本發(fā)明涉及rfq加速器的冷模測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種四翼型rfq加速器腔體冷模測量裝置。

背景技術(shù)：

在加速器領(lǐng)域，四翼型射頻四極場（radiofrequencyquadrupole，rfq）加速器腔體是粒子加速器低能段的核心部件，其通過四翼將腔體內(nèi)部氣隙分隔成四個象限，四翼及對稱布置于四翼上的調(diào)制線使腔體束流中心線產(chǎn)生橫向、縱向電場，用于聚焦和加速離子源產(chǎn)生的質(zhì)子束。為控制加速器的束流損失和束流發(fā)射度增長，需要rfq腔體的場沿縱向分布并且場的橫向模式分量符合設(shè)計指標，而通過腔體的冷模測量可以實現(xiàn)指標評估、頻率和q值（即品質(zhì)因數(shù)）分析以及對場分布平整度調(diào)諧方法的研究等。

目前，四翼型rfq腔體冷模測量方法均基于微擾理論，測量過程中，將4個象限內(nèi)rf場相位相對于攝動體微擾的變化換算為頻率變化，以此計算出rf場幅的變化。具體地，攝動體在可忽略重力和彈性力的環(huán)形細線牽引下穿過由待測腔體、固定式短路端板形成的密封電磁場環(huán)境并在其中做往復(fù)直線運動，環(huán)形細線由若干v型輪張緊，其中一個為主動輪；利用網(wǎng)絡(luò)分析儀提取待測腔體中的測量信號，用以分析腔體的q值、頻率、電場平整性與對稱性。

但是，在上述測量過程中，固定式短路端板移動精度低、范圍連續(xù)性差，即使是通過更換不同端板實現(xiàn)分析的優(yōu)化也會影響重復(fù)測量精度和測量效率，不能滿足腔體物理性能連續(xù)分析的要求。另外，由于自重因素，細線牽引的攝動體在固定的待測腔體內(nèi)四個象限的相對位置狀態(tài)不能完全一致，引入了系統(tǒng)測量誤差，影響分析結(jié)果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種四翼型rfq加速器腔體冷模測量裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)中固定式短路端板移動精度低、范圍連續(xù)性差的缺陷。

為解決上述問題，本發(fā)明所述的一種四翼型rfq加速器腔體冷模測量裝置，該裝置對稱設(shè)在待測腔體兩端，其包括設(shè)在所述待測腔體端口處的極頭，與該極頭同軸相連的固定腔體，與該固定腔體的外側(cè)凸緣通過導(dǎo)向機構(gòu)順序連接的活動端板和固定端板，設(shè)在所述活動端板上嵌入所述固定腔體內(nèi)且其外徑與該固定腔體內(nèi)徑相等的短路端板，以及設(shè)在所述固定端板外、通過絲杠螺母機構(gòu)與該固定端板和所述活動端板相連的帶傳動機構(gòu)；所述短路端板中部開設(shè)有通孔和以該通孔為中心的十字槽，所述通孔與所述極頭中部的長條通道對齊，所述十字槽用于卡住環(huán)形牽引細線進而定位攝動體在所述待測腔體內(nèi)四個象限的位置；

所述絲杠螺母機構(gòu)能夠在所述帶傳動機構(gòu)的驅(qū)動下帶動所述活動端板在所述導(dǎo)向機構(gòu)的直線導(dǎo)向下平穩(wěn)移動，進而帶動所述短路端板沿所述固定腔體內(nèi)壁平穩(wěn)移動，以調(diào)節(jié)所述攝動體在所述待測腔體中的位置。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)向機構(gòu)包括導(dǎo)向軸和直線軸承；所述導(dǎo)向軸貫通所述活動端板邊緣，其首端連在所述固定腔體的外側(cè)凸緣上，尾端連在所述固定端板上；所述直線軸承設(shè)在所述活動端板上配合所述導(dǎo)向軸實現(xiàn)直線導(dǎo)向功能。

優(yōu)選地，所述短路端板側(cè)邊設(shè)有高頻彈簧槽，用于安放高頻彈簧。

優(yōu)選地，所述絲杠螺母機構(gòu)有兩組，每組包括軸承支座、絲杠和螺母；所述絲杠貫通所述固定端板，其頭部由所述螺母螺紋連接在所述活動端板上，尾部設(shè)有所述帶傳動機構(gòu)；所述軸承支座設(shè)在所述固定端板上，用于支撐和鎖緊所述絲杠。

優(yōu)選地，所述帶傳動機構(gòu)包括分別套裝于兩個所述絲杠尾部的同步帶輪，設(shè)在所述固定端板上起張緊功能的同步帶惰輪以及套裝在該同步帶惰輪和兩個所述同步帶輪上的同步帶；所述同步帶輪上設(shè)有供測量人員操作的手柄。

優(yōu)選地，所述手柄設(shè)在兩個所述同步帶輪中任意一個輪上。

優(yōu)選地，所述固定腔體的內(nèi)徑與所述極頭的內(nèi)徑相等。

優(yōu)選地，所述活動端板和所述固定端板的中部均設(shè)有開口，便于測量人員在所述短路端板的十字槽上定位所述攝動體的位置。

優(yōu)選地，該裝置還包括設(shè)在所述待測腔體上的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，所述待測腔體能夠在所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)上全方位滾動。

優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)對稱設(shè)在所述待測腔體兩端，其包括設(shè)在所述待測腔體端口與所述極頭之間的旋轉(zhuǎn)圓盤，支撐該旋轉(zhuǎn)圓盤呈u型的支架以及設(shè)在該支架兩端凸臺上處于所述旋轉(zhuǎn)圓盤兩邊的軸承組件。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明中設(shè)有的短路端板為可移動式，攝動體在環(huán)形細線牽引下在短路端板與固定腔體、極頭、待測腔體形成的密閉電磁場環(huán)境中做往復(fù)直線運動，測量時操作帶傳動機構(gòu)能夠調(diào)節(jié)短路端板與極頭之間的間隙距離，在導(dǎo)向機構(gòu)和絲杠螺母機構(gòu)的配合下，可移動式短路端板運動精度高，可調(diào)節(jié)范圍連續(xù)性好，相對于通過更換不同端板實現(xiàn)分析優(yōu)化，能夠有效提高測量效率和重復(fù)測量精度，也解決了固定式端板在優(yōu)化分析方面的缺陷。

2、基于上述優(yōu)點，本發(fā)明進一步為待測腔體設(shè)置了旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，待測腔體能夠在旋轉(zhuǎn)機構(gòu)上全方位滾動，測量時保持攝動體的位置狀態(tài)不變，通過旋轉(zhuǎn)機構(gòu)調(diào)整待測腔體，使用短路端板上的十字槽定位攝動體在待測腔體內(nèi)各象限的位置，以此保持攝動體在待測腔體內(nèi)四個象限的相對位置一致，減少了攝動體自重引入的系統(tǒng)誤差，進一步提高分析結(jié)果準確度。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細的說明。

圖1為本發(fā)明實施例提供的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例提供的圖1的側(cè)視圖。

圖3為本發(fā)明實施例提供的圖1中單邊測量裝置的剖視圖。

圖4為本發(fā)明實施例提供的圖1中短路端板5的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明實施例提供的圖1中極頭3的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明實施例提供的沿短路端板5開槽方向上電極間電場相對幅值分布圖。

圖中：1—待測腔體，2—可調(diào)式調(diào)諧器，3—極頭，4—固定腔體，5—短路端板，6—活動端板，7—固定端板，8—軸承支座，9—同步帶，10—同步帶輪，11—手柄，12—同步帶惰輪，13—絲杠，14—螺母，15—導(dǎo)向軸，16—直線軸承，17—信號提取端口，18—支架，19—旋轉(zhuǎn)圓盤，20—軸承組件，21—雙頭螺柱。

具體實施方式

如圖1~5所示，一種四翼型rfq加速器腔體冷模測量裝置，該裝置對稱設(shè)在待測腔體1兩端，其具體包括從待測腔體1端口開始依次安裝的極頭3、固定腔體4、嵌入固定腔體4內(nèi)的短路端板5、活動端板6、固定端板7以及帶傳動機構(gòu)，還有連著固定腔體4、活動端板6和固定端板7的導(dǎo)向機構(gòu)，在導(dǎo)向機構(gòu)內(nèi)側(cè)連著活動端板6、固定端板7和帶傳動機構(gòu)的絲杠螺母機構(gòu)；絲杠螺母機構(gòu)能夠在帶傳動機構(gòu)的驅(qū)動下帶動活動端板6在導(dǎo)向機構(gòu)的直線導(dǎo)向下在固定腔體4和固定端板7之間平穩(wěn)移動，進而帶動短路端板5沿固定腔體4內(nèi)壁平穩(wěn)移動，以調(diào)節(jié)短路端板5與極頭3之間的間隙。

其中，短路端板5與極頭3電極端部之間的距離變化會引起電感l(wèi)和電容c的變化，而電感l(wèi)和電容c的變化會改變測試腔段的頻率和q值，因此需要精確調(diào)節(jié)端板與電極端部的距離。

極頭3安裝在待測腔體1端口處，其按照rfq加速器腔體入口或出口的端部底切尺寸設(shè)計，其中部有四個朝向固定腔體4、呈中心對稱并且高度與極頭3端口邊緣平齊的凸起（即四翼），如圖5所示，四翼將極頭3內(nèi)部氣隙分隔成i、ii、iii、iv四個象限，且四翼中間形成一個長條通道，可以理解的是，極頭3四翼劃分出的這四個象限與待測腔體1內(nèi)的四個象限相對應(yīng)；在實際應(yīng)用中，極頭3的材質(zhì)可以為無氧銅。

固定腔體4與極頭3通過螺栓同軸相連在一起，即兩者的中心軸線在一條直線上，兩者外壁上均設(shè)有用于螺栓銜接的凸緣；固定腔體4的內(nèi)徑與極頭3的內(nèi)徑相等，使得兩者內(nèi)壁銜接順暢看起來也美觀。

活動端板6和固定端板7的中部均設(shè)有開口，供測量人員在短路端板5的十字槽上定位攝動體位置用；活動端板6和固定端板7由導(dǎo)向機構(gòu)連接至固定腔體4外側(cè)凸緣；導(dǎo)向機構(gòu)具體包括導(dǎo)向軸15和直線軸承16；四個導(dǎo)向軸15均勻分布，貫通活動端板6邊緣，其首端連在固定腔體4的外側(cè)凸緣上，可以理解的是，連接至固定腔體4外側(cè)凸緣遠離極頭3的一側(cè)，尾端螺栓連接在固定端板7上；直線軸承16固定在活動端板6靠近固定端板7一側(cè)，配合導(dǎo)向軸15實現(xiàn)直線導(dǎo)向功能；由于直線軸承16摩擦小，能使活動端板6獲得靈敏度高、精度高的平穩(wěn)直線運動。

短路端板5由數(shù)個雙頭螺柱21固定在活動端板6靠近極頭3一側(cè)，其外徑與該固定腔體4內(nèi)徑相等且嵌入固定腔體4內(nèi)，其能夠隨活動端板6的移動而沿固定腔體4內(nèi)壁軸向移動；短路端板5中部開設(shè)有通孔和以該通孔為中心用于卡住環(huán)形牽引細線的十字槽，通孔與極頭3中部的長條通道對齊，使攝動體可以穿過短路端板5并且定位攝動體在待測腔體1四個象限內(nèi)的位置。短路端板5側(cè)邊設(shè)有高頻彈簧槽，用于安放高頻彈簧，觸點彈簧的使用能夠提高其與固定腔體4內(nèi)壁的接觸性能。短路端板5與固定腔體4、極頭3、待測腔體1形成密閉電磁場環(huán)境，攝動體能夠在環(huán)形細線牽引下在其中做往復(fù)直線運動。

絲杠螺母機構(gòu)有兩組，位于導(dǎo)向機構(gòu)內(nèi)側(cè)，每組包括軸承支座8、絲杠13和螺母14；絲杠13貫通固定端板7，其頭部由螺母14螺紋連接在活動端板6上，尾部伸出固定端板7的部分設(shè)有帶傳動機構(gòu)；軸承支座8固定在固定端板7上，用于支撐和鎖緊絲桿13。其中，螺母14可以為黃銅螺母。

基于上述絲杠螺母機構(gòu)，帶傳動機構(gòu)包括分別套裝于兩個絲杠13尾部的同步帶輪10，設(shè)在固定端板7上起張緊功能的同步帶惰輪12以及套裝在該同步帶惰輪12和兩個同步帶輪10上的同步帶9，三個輪子呈三角形布置；同步帶輪10上設(shè)有供測量人員操作的手柄11，從實際使用出發(fā)，將手柄11設(shè)在兩個同步帶輪10中任意一個輪上即可，當然，也可以兩個輪上都設(shè)置上。

測量人員通過旋轉(zhuǎn)一個同步帶輪10上的手柄11能夠驅(qū)動絲杠13運動，并通過同步帶9使得另外一個絲杠13同步運行，形成雙絲杠螺母驅(qū)動機構(gòu)，平衡與絲杠13對活動端板6的驅(qū)動力矩，提高了活動端板6的移動精度，也就是提高了短路端板5的移動精度。

基于上述實施例公開的測量裝置，本實施例中測量裝置進一步包括設(shè)在待測腔體1上的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，待測腔體1能夠在旋轉(zhuǎn)機構(gòu)上全方位滾動，對稱象限位置的測量可以抵消攝動體自重對分析結(jié)果的影響；具體地，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)對稱設(shè)在待測腔體1兩端，其包括設(shè)在待測腔體1端口與極頭3之間的旋轉(zhuǎn)圓盤19，支撐該旋轉(zhuǎn)圓盤19呈u型的支架18以及設(shè)在該支架18兩端凸臺上處于旋轉(zhuǎn)圓盤19兩邊的軸承組件20。其中，待測腔體1與旋轉(zhuǎn)圓盤19通過螺栓連接，支架18所呈的u型是中間低兩邊有凸臺的結(jié)構(gòu)，這樣是為了方便旋轉(zhuǎn)圓盤19搭架在上面。

圖6示出了沿短路端板5開槽方向上電極間電場相對幅值分布，此區(qū)域為測量區(qū)域。可見，在測量范圍內(nèi)電場在不同位置變化劇烈，因此測量位置的定位精度將極大地影響測量結(jié)果。如果將待測腔體1按固定方式擺放在支撐架上，那么測量位置的定位必須同時調(diào)整牽引細線在兩個自由度上的位置，其定位誤差較大且調(diào)整困難。本發(fā)明將待測腔體1的支撐架做成可全方位滾動的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，在測量相對象限的場時，只需要調(diào)節(jié)牽引細線在一個自由度上的位置，提高了調(diào)節(jié)精度和效率。

由圖6還可以看出，在測量刻度位置（20mm）附近，越靠近中束流中心，電場值越大，然而重力因素導(dǎo)致攝動體在對稱象限的位置不能完全一致，上方象限電場測量結(jié)果偏大，下方象限電場測量結(jié)果偏小，使得對稱性測量結(jié)果的誤差增大。如果在測量相對象限時，把所測象限統(tǒng)一旋轉(zhuǎn)至上方或下方，那么在測量時的條件均是一樣的，將消除重力造成的測量差異。

在實際應(yīng)用中，待測腔體1上還設(shè)置有可調(diào)式調(diào)諧器2和信號提取端口17，其中，可調(diào)式調(diào)諧器2用于研究電場分布平整度的調(diào)諧方法，信號提取端口17連至網(wǎng)絡(luò)分析儀，用于將待測腔體1中的測量信號傳至網(wǎng)絡(luò)分析儀，用于分析腔體的q值、頻率、電場平整性與對稱性。

基于上述測量裝置，測量時，保持攝動體的位置狀態(tài)不變，通過旋轉(zhuǎn)機構(gòu)調(diào)整待測腔體1，使用短路端板5上的十字槽定位攝動體在待測腔體1內(nèi)四個象限的位置，保持相對位置一致后反復(fù)測量并提取相應(yīng)信號。同時，可改變導(dǎo)向機構(gòu)和絲杠螺母機構(gòu)驅(qū)動的短路端板5與極頭3的間隙，或者改變可調(diào)調(diào)諧器2深入待測腔體1的距離，實現(xiàn)rfq腔體電場平整性能的優(yōu)化分析。