电容位移传感器,直击核工业

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发布日期:2017-05-09 13:38 浏览: 次



粒子加速器最初是作为人们探索原子核的重要手段而发展起来的。其发展历史概括如下:

1919年,卢瑟福用天然放射源实现了历史上第一个人工核反应,激发了人们用快速粒子束变革原子核的强烈愿望。

1928年,伽莫夫关于量子隧道效应的计算表明,能量远低于天然射线的α粒子也有可能透入原子核内。该研究结果进一步增强了人们研制人造快速粒子源的兴趣和决心。

1932年,J.D.考克饶夫特(John D. Cockroft)和E.T.瓦尔顿(Earnest T. S. Walton)在England的 Cavendish实验室开发制造了700kV高压倍加速器加速质子,即Cockroft-Walton 加速器,实现了第一个由人工加速的粒子引起的Li(p,α)He核反应。由多级电压分配器(multi-step voltage divider )产生恒定的梯度直流电压,使离子进行直线加速。

1930年,Earnest.O. Lawrence制作了第一台回旋加速器,这台加速器的直径只有10cm。随后,经M. Stanley Livingston资助,建造了一台25cm直径的较大回旋加速器,其被加速粒子的能量可达到1MeV。几年后,他们用由回旋加速器获得的4.8MeV氢离子和氘束轰击靶核产生了高强度的中子束,还首次生产出了、和等人工放射性核素。

1940 由 D. W. Kerst 利用电磁感应产生的涡旋电场发明了新型的加速电子电子感应加速器(Betatrons)。它是加速电子的圆形加速器。与回旋加速器的不同之处是通过增加穿过电子轨道的磁通量(magnetic flux )完成对电子的加速作用,电子在固定的轨道中运行。在该加速器中,必须和处理电子的相对论作用一样来处理由辐射而丢失的能量。所有被加速的粒子辐射电磁能,并且在一定动能范围内,被加速电子的辐射损失能量比质子的多。这种丢失的辐射能称同步加速辐射。因此,电子感应加速器的最大能量限制在几百MeV内。

E. 卢瑟福

在研制电子感应加速器的过程中提出了电子的振荡理论,并解决了带电粒子在加速过程中的稳定性问题。该理论适用于各种类型的梯度磁场聚焦的加速器。因此,在加速器的发展历史上,该加速器起了重要的作用。电子感应加速器除了主要用于产生的γ射线做核反应等方面的应用外,还广泛用于工业和医疗方面:如无损探伤、工业辐照、放射治疗等。1945年,维克斯勒尔和E.M.麦克米伦分别提出了谐振加速中的自动稳相原理,从理论上提出了突破回旋加速器能量上限的方法,从而推动了新一代中高能回旋谐振式加速器如电子同步加速器、同步回旋加速器和质子同步加速器等的建造和发展。






当今世界上最知名的粒子加速器,属于欧洲原子核研究组织CERN (Conseil Europeén pour la Recherche Nucléaire),其是同类加速器中最强大的一台。CERN作为欧洲原子核研究组织,其基础物理研究中心是全球最大的一个。作为全球在运行的最大粒子加速器,其隧道可达27公里长,位于法国和瑞士边界地下。历史上,从来没有哪个科学研究项目引入了如此多的各国科学家和学者参与。

在CERN庞大的研究机构中,物理学家们通过模拟的方法验证宇宙大爆炸后宇宙的组成及其他一些流行理论。粒子加速器和探测器被用于给管道中微小的粒子提供极高的能量。随后,这些粒子直接发生碰撞。碰撞之后,科学家们可以开展广泛研究,从而进一步验证宇宙运行的规律。

德国米铱公司提供的CHLS4型电容式液压静力水平测量系统特别适合该类型粒子加速器。支撑管道的水泥地基因为泥土的自然移动可能改变高度,德国米铱CHLS4液压静力水平检测系统可以确保粒子通过的管道高度一致。对于一公里长的管道,高度必须实时连续被测量,且测量精度需要达到亚微米级别。这也是确保粒子碰撞高安全性和效率的唯一方法。水泥支柱之间的距离大约被控制在6到8米。每一支CHLS4被分别安装在每一根水泥柱的基座上。这些传感器之间采用软管系统相互连接。与传统水平测量原理类似,整体高度变化还是通过水面高度来精确检测。CHLS4电容式液压静力水平测量系统包含双层不锈钢外壳,一支电容位移传感器嵌入安装在上半部分。这支传感器用于测量水面到底部的距离,水体位于传感器下半部分,被叫做水壶。上半部分和下半部分被螺丝紧密固定在一起,水嘴的入口和出口仅在稍后软管联通时才能打通。为了测量水面高度,多个水平测量系统通过软管被连接起来,“水壶”中的水平面在一定时间后被拉平。

水面的高度可以表明两个水泥基座是否在同一水平高度上。由于重力因素,各个CHLS4系统通过软管连接后,水面会拉平。如果某一根水泥柱子高度因为地壳移动而发生了变化,传感器可以高精度检测到高度的变化量。获得高度变化后,安装在同一根柱子上的驱动器根据地基高度变化改变自身长度,从而平衡整体高度,实现各个水泥柱子高度维持一致。驱动器长度变化也是通过标准电容位移传感器进行检测和控制。

电容式位移传感器测量原理决定了一个理想盘状电容极板至关重要。极板间距变化(传感器为一极板,被测物为另外一个极板)导致电容值发生变化。如果探头内线圈通过恒定频率和恒定幅值的交流电,交流电压的幅值与探头到被测物的间距成正比。被测物和传感器之间的距离被检测到后,经过处理后可以通过多种接口输出。

使用环境是本测量任务一大挑战。电容式位移传感器在一开始并不适合这个测量环境。电容位移传感器通常需要洁净,干燥的环境,以确保提供高精度的测量结果。德国米铱公司将创新的专利技术应用于液压静力水平测量仪CHLS4当中。传感器嵌入到防护外壳内,且配备加热系统。确保传感器整体比环境高几度,从而确保传感器保持干燥。传感器可以监控液面高度变化。由于整个测量必须处于放射性环境下,米铱公司仅将探头至于放射环境下,其余部件,如电缆和控制器会被置于辐射环境以外,大大方便后期维护。因此,所有部件可以更换。在类似粒子加速器应用的强辐射环境下,可以将控制器和评估单元置于6-8m的安全距离外,这也得益于德国米铱公司电容位移传感器允许的长电缆。

创立45年以来,德国米铱公司致力于位移,距离,位置,颜色和温度信息的测量领域。不仅仅有适合工业在线检测的解决方案,还可以根据客户特殊需要,量身定制合适的传感器测量解决方案。客户定制传感器源自客户需要,米铱通过对应用的理解,定义出产品的特性指标,再到产品开发和生产制造,以及最后的售后服务,德国米铱公司为客户定制了一条龙解决方案。米铱的客户从这种共同研发的合作伙伴关系中获益匪浅,不仅如此,长期稳定的技术支持,使客户可以持续获得可靠和有效的改进。

德国米铱,精益求精















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