• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    Die Erfindung betrifft ein Verfahren von periodisch auftretenden Nutzsignalen.
    公开号:DE102004028441A1
    申请号:DE200410028441
    申请日:2004-06-14
    公开日:2005-12-29
    发明作者:Jürgen Dr. Dietrich；Istvan Mohos
    申请人:Forschungszentrum Julich GmbH；
    IPC主号:G01R19-00
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung für die Messungeines periodisch auftretenden Signals, welches zum Beispiel vongebündeltenund geladenen Teilchen stammt. Ein solches periodisches Signal trittu. a. bei ringförmigen Teilchenbeschleunigernmit zirkulierenden Teilchen auf.
    [0002] Für die Bestimmungder Position von Teilchen in Teilchenbeschleunigern werden die Signale vonPositionsmonitoren fürdie Kontrolle oder Regelung des Beschleunigers verarbeitet und dargestellt. Kondensatorenbzw. kapazitive Elektroden werden regelmäßig als Monitor für die Bestimmungder Position der Teilchen eingesetzt. Fliegt ein elektrisch geladenesTeilchen durch einen Kondensator, so verschiebt dieses elektrischeLadung im Kondensator. Es wird also in jeder Elektrode des Kondensatorsein elektrisches Signal erzeugt. Weist ein Teilchen beim Fliegendurch den Kondensator exakt den gleichen Abstand zu den zwei Elektrodeneines Kondensators auf, so gleichen sich die beiden elektrischenSignale dem Betrag nach. Werden diese elektrischen Signale gemessenund werden die beiden Messwerte voneinander subtrahiert, so istdas Ergebnis Null, wenn der vorgenannte gleiche Abstand vorlag.Eine Differenz der Messwerte ungleich Null ergibt sich, wenn dievorgenannten Abständezu den Elektroden bzw. Platten des Kondensators ungleich sind. Diein einem Kondensator erzeugten elektrischen Signale sind somit einMaß für die Positiondes Teilchens.
    [0003] Umdie horizontale Position der Teilchen bestimmen zu können, sinddie Elektroden bzw. Platten eines ersten Kondensator links und rechtsvon der zu erwartenden Bahn der Teilchen angeordnet. Es resultierenMesswerte „L" bzw. „R" von der linken bzw. rechtenKondensatorplatte. Um die vertikale Position der Teilchen bestimmenzu können,sind die Platten eines zweiten Kondensators oberhalb und unterhalb vonder zu erwartenden Bahn der Teilchen angeordnet. Es resultierenMesswerte „U" bzw. „D" von der oberen bzw.unteren Kondensatorplatte.
    [0004] Für die Beschleunigungwerden die in einem ringförmigenTeilchenbeschleuniger fliegenden Teilchen durch das beschleunigendeWechselfeld räumlichgebündeltbzw. in sogenannte Bunche komprimiert. Die Positionsmonitore, alsodie Kondensatoren liefern folglich periodische Impulse bzw. Signale.Die Frequenz und die relative zeitliche Länge der Impulse bezogen aufdie Periodenzeit (Tastenverhältnis) ändern sichim Laufe des Beschleunigungsprozesses mit großer Dynamik. Besonders beischwereren Teilchen ist dieser Effekt deutlich ausgeprägt.
    [0005] Einetypische Umlauffrequenz in einem ringförmigen Teilchenbeschleunigerliegt bei 1 MHz. Die Erfassung der Position der Teilchen bzw. Teilchenbündel unddie Verarbeitung muss also entsprechend schnell erfolgen. Bei einerderart hohen Umlauffrequenz resultiert eine entsprechend große Datenmenge,die verarbeitet werden muss. Die Nutzsignale müssen ferner von den Störsignalen,also dem Untergrund getrennt werden.
    [0006] DieMonitorsignale, also die von Kondensatoren stammenden Spannungssignalebzw. Messwerte L und R sowie U und D werden üblicherweise verstärkt unddurch analoge Tiefpassfilter bandbegrenzt. Typischerweise wird derFrequenzbereich von 0 bis 500 MHz herausgefiltert. Bei schwerenTeilchen liegt der heraus gefilterte Frequenzbereich bei 0 bis 100MHz. So gelingt eine erste Abtrennung von Störsignalen.
    [0007] DieMonitorsignale, also die Messwerte können durch eine geeignete analogeElektronik vor der Digitalisierung in SUM (L+R+U+D) und DIF (L-R, U-D)Werte umgewandelt werden. Die Werte werden dann digitalisiert, sozum Beispiel mit einer Abtastrate im GHz – Bereich. Die weitere Verarbeitungkann rein digital erfolgen. Die Summe (SUM) vermittelt eine Information über dieAnzahl der Teilchen, die sich in einem Bündel befinden.
    [0008] Fallseine hierfürgeeignete analoge Elektronik nicht vorhanden ist, können dieSUM und DIF Werte nach der Digitalisierung numerisch erzeugt werden.
    [0009] JedemMonitor ist eine eigene Elektronik zugeordnet. Die Elektronik bestehtregelmäßig auseinem Taktgenerator, einem Vorverstärker, einem Datenerfassung-und Speichermodul, einer Steuer- und Kommunikationseinheit. DieseElektronik wird BPM Station genannt. Die BPM Stationen sowie Referenz- undTriggerverbindungen werden überein elektronisches Netzwerk ins Kontrollsystem der Anlage eingebunden.
    [0010] Nutzsignaletreten in Form von abgerundeten Impulsen (Gaußimpulse) auf, die wir nachfolgend auch „Peaks" nennen. Werden vonden Impulsen nur die Spitzenwerte gemessen und verarbeitet, so kann sodie anfallende Datenmenge minimiert werden. Auch geben die Messwertedann besonders rauscharm z. B. die zu ermittelnde Position der Teilchen bzw.Bündelwieder.
    [0011] Zielsetzungeiner solchen Messung ist es daher, periodisch oder nicht-periodisch auftretende Spitzenwertebei den entlang der Flugbahn installierten Monitoren erfassen zukönnen.Dies ist nicht nur fürdie Beobachtung von Teilchenbündelnoder Teilchen in einem Teilchenbeschleuniger von Vorteil. Eine gleichgelagerte Problemstellung gibt es auch bei der Spitzenwerterfassungvon allen periodisch oder nichtperiodisch auftretenden Signalenmit symmetrischer Spitzenform, einzeln oder mehrfach entlang einesMediums, in dem sich die Signale ausbreiten.
    [0012] Esist Aufgabe der Erfindung, auftretende Nutzsignale verbessert messenzu können.
    [0013] Gelöst wirddie Aufgabe der Erfindung durch ein Verfahren mit den Merkmalendes Anspruchs 1. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfasstdie Merkmale des nebengeordneten Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungenergeben sich aus den Unteransprüchen.
    [0014] ZurLösungder Aufgabe erzeugt ein Oszillator oder Taktgenerator ein periodischesSignal und zwar insbesondere ein periodisches Rechtecksignal, welchesin Frequenz und Phase mit dem in Form eines Peaks bzw. Impulsesauftretenden Nutzsignals so verknüpft wird, dass eine steigendeoder fallende Flanke des periodisch erzeugten Signals mit dem Spitzenwertdes Impulses wiederkehrend zeitlich zusammenfällt. Es wird dann der jeweilsauftretende Wert des Peaks im Zeitpunkt der steigendenden bzw. fallendenFlanke des periodisch auftretenden Signals gemessen.
    [0015] Aufdiese Weise kann der Messwert besonders genau erfasst werden, dadas Nutzsignal sich dann besonders stark von Störsignalen abhebt und auch dieSpitze eines Peaks bzw. Impulses regelmäßig besonders gut die gesuchteInformation wiedergibt. Auch wird erreicht, dass für die Erfassungeines Nutzsignals die Zahl der Messwerte gering gehalten wird. Daentsprechend wenig Messwerte verarbeitet werden müssen, gelingteine schnelle Auswertung der Messwerte.
    [0016] Ineiner vorteilhaften Ausführungsformder Erfindung wird mit Hilfe eines Phasendetektors die gewünschte Verknüpfung desperiodischen Signals mit dem periodisch auftretenden Nutzsignalvorgenommen.
    [0017] Ausdem Stand der Technik ist bekannt, für die Regelung der PhasenlageRegelschleifen mit geschlossener Phase (Phase Locked Loop, PLL)einzusetzen. Der Phasendetektor einer aus dem Stand der Technikbekannten PLL vergleicht einen Nulldurchgang eines Nutzsignals mitdem Nulldurchgang eines vom Oszillator oder Taktgenerator stammendenSignals. Gibt es eine zeitliche Differenz zwischen diesen Nulldurchgängen, sowird das Signal des Oszillators oder Taktgenerators so verändert, bisdie beiden Nulldurchgängezeitgleich auftreten. Im Unterschied hierzu wird erfindungsgemäß zunächst diezeitliche Differenz t1 ermittelt, die zwischen der Flanke F1 [auchF(1) genannt] eines durch einen Oszillator oder Taktgenerator periodischerzeugten Signals und der zeitlich folgenden ansteigenden Flankeeines Nutzsignals auftritt. Anschließend wird die zeitliche Differenzt2 ermittelt, die zwischen der fallenden Flanke eines Nutzsignalsund der zeitlich folgenden Flanke F(1 + 2n) (n = ganze Zahl) desperiodisch erzeugten Signals auftritt. Anschließend wird die Differenz zwischent1 und t2 gebildet und das periodisch erzeugte Signal so geregelt,dass diese Differenz Null ist. Die Phasenschleife ist dann geschlossen.
    [0018] DieRegelung kann durch t1 und t2 gesteuerte Gegentakt-Ladungspumpen analogoder durch t1 und t2 als Gatesignal gesteuerten up-down Zähler digitalerfolgen.
    [0019] Für analogabstimmbare VCO (Voltage Controlled Oscillator) kann das durch analogeLoopfilter gefilterte Signal der Ladungspumpen verwendet werden.
    [0020] Für rein digitalePLLs mit Direct Digital Synthesizer (DDS) kann ein phasenproportionalernumerischer Wert durch einen Up-Down Zähler erzeugt werden. Der Zähler zählt untert1 in einer Richtung, dann unter t2 in der anderen Richtung, wobeials Zählfrequenzeine Harmonische (x16) der erzeugten Frequenz, oder eine beliebigehöhereaber auch niedrigere Hilfsfrequenz, die kein harmonisches Verhältnis zurNutzfrequenz aufweist, anwendbar ist. Durch Anwendung einer niedrigenHilfsfrequenz kann das Verfahren auch bei Bunchfrequenzen von mehrerenHundert MHz (z.B. Elektronensynchrotrons) eingesetzt werden.
    [0021] ImZeitpunkt des Auftretens der periodisch erzeugten Flanke F([1 +1 + 2n]/2) wird das Nutzsignal erfasst, wenn t1 – t2 = 0. Die Flanken der periodischerzeugten Signale werden dabei durchnummeriert. F1 bezeichnet diezeitlich zuerst auftretende Flanke. Die zeitlich nachfolgende Flankewird mit F2 bezeichnet usw..
    [0022] Fällt dasNutzsignal beispielsweise zwischen zwei aufeinander folgende ansteigendeFlanken F1 und F3 von periodisch erzeugten Signalen, so sind dieseansteigenden Flanken F1 und F3 sowie die zeitlich dazwischen liegende,fallende Flanke F2 von zwei aufeinander folgenden, periodisch erzeugtenSignalen maßgeblich.Zunächstwird die zeitliche Differenz t1 zwischen der steigenden Flanke F1und der steigenden Flanke des Nutzsignals gemessen. Anschließend wirddie zeitliche Differenz t2 zwischen der fallenden Flanke des Nutzsignalsund der steigenden Flanke F3 gemessen. Die periodische Signalerzeugungwird so geregelt, dass t1 – t2= 0 ist. Im Zeitpunkt der Flanke F2 wird dann der Spitzenwert desimpulsförmigenNutzsignals gemessen.
    [0023] Umbesonders zuverlässigmessen zu können,werden die Nulldurchgängeder vorgenannten Flanken als maßgeblicheZeitpunkte herangezogen. T1 und t2 geben dann die zeitliche Differenzzwischen zwei Nulldurchgängender jeweiligen Flanken wieder. Gemessen wird dann zum Zeitpunktdes Nulldurchgangs der betroffenen Flanke F([1 + 1 + 2n]/2).
    [0024] Umdie Messung weiter zu verbessern, wird vorteilhaft ein digitalerOszillator zur Bereitstellung der periodisch erzeugten Signale eingesetzt.Im Vergleich zu einem analogen Oszillator können beim digitalen Oszillatordie Flanken der Signale genauer ermittelt werden. Insgesamt kanndaher das Endergebnis genauer ermittelt werden.
    [0025] Vorteilhaftwerden die Zeiträumet1 und t2 ebenfalls digital erfasst und verarbeitet, um so zu besserenErgebnissen gelangen zu können.Aus demselben Grund wird der Oszillator vorteilhaft digital geregelt.
    [0026] Mitder Erfindung wird erreicht, dass beispielsweise im Fall der Beobachtungvon Teilchen oder Teilchenbündeln(Bunchen) im Teilchenbeschleuniger die Daten im Vergleich zum Standder Technik schneller zur Verfügungstehen und besser geregelt werden können. Es ist dann möglich, die Qualität des Teilchenstrahlszu verbessern. Hieraus resultiert die Möglichkeit, Teilchenstrahl-Experimente zuverbessern und zu verfeinern.
    [0027] DieErfindung wird anhand von nachfolgenden Beispielen weiter erläutert.
    [0028] 1 zeigtein gaußimpulsförmiges Nutzsignalmit einer steigenden Flanke 1, einer fallenden Flanke 2 undeinem dazwischen liegenden Spitzenwert 3. Durch einen digitalenOszillator werden periodisch Rechtecksignale 4 erzeugt.Die Flanke eines Rechtecksignals, die zeitlich vor der ansteigenden Flanke 1 desNutzsignals liegt, wird mit F1 nummeriert. Die nachfolgenden Flankenwerden fortlaufend weiter nummeriert, also mit F2, F3 usw.. DieZeitpunkte der Nulldurchgängeder steigenden Flanken F1 und 1 werden bestimmt und hierausdie Differenz t1 ermittelt. Die Zeitpunkte der Nulldurchgänge der fallendenFlanke 2 sowie der steigenden Flanke F3 werden bestimmtund hieraus die Differenz t2 ermittelt. Die Frequenz und Phase desdigitalen Oszillators wird so eingestellt, dass t1 = t2 ist undzwar unabhängigvon der Breite des Referenzsignals. Diese Betriebsart wird nachfolgend „Spitzentracking" genannt. Es wirdnun zum Zeitpunkt des Nulldurchgangs der fallenden Flanke F2 dasNutzsignal gemessen und dieser Messwert weiter verarbeitet. Gemessenwird dann der Spitzenwert 3.
    [0029] AlsReferenz wird das SUM Signal verwendet. Beim zirkulierenden Strahl überwachtder Regelkreis des Taktgenerators die Phasenlage der zirkulierendenBunche autonom und kontinuierlich. Dadurch ist die Phase der Spitzenwerterfassungnach einer Einstellzeit immer richtig.
    [0030] Inder 2 wird eine prinzipielle Schaltung des verwendetendigitalen Phasendetektors fürdas erfindungsgemäße Spitzentrackinggezeigt.
    权利要求:
    Claims (5)
    [1] Verfahren zur Ermittlung von periodisch auftretenden Nutzsignalen(1, 2, 3) mit den Schritten; – periodischeErzeugung von Signalen (4), – Verknüpfung der periodisch erzeugtenSignale (4) mit den periodisch auftretenden Nutzsignalen(1, 2, 3) derart, dass eine steigendeoder fallende Flanke (F2) der periodisch erzeugten Signale mit demSpitzenwert (3) des Nutzsignals (1, 2, 3)wiederkehrend zeitlich zusammenfällt, Ermittelnder Nutzsignale (1, 2, 3) im Zeitpunktder steigendenden bzw. fallenden Flanken (F2) der periodisch auftretendenSignale (4).
    [2] Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem das periodischerzeugte Signal ein Rechtecksignal ist,
    [3] Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem mit einemPhasendetektor die Verknüpfungzwischen dem periodisch erzeugten Signal und dem periodisch auftretendenNutzsignal vorgenommen wird.
    [4] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, beidem – einezeitliche Differenz t1 ermittelt wird, die zwischen einer FlankeF(1) eines periodisch erzeugten Signals und der zeitlich folgenden,ansteigenden Flanke eines Nutzsignals eines Nutzsignals auftritt, – anschließend einezeitliche Differenz t2 ermittelt wird, die zwischen der fallendenFlanke des Nutzsignals und der zeitlich folgenden Flanke F(1 + 2n)des periodisch erzeugten Signals auftritt, wobei n ∈ 1 , 2, 3,4 .... ist, – anschließend dieDifferenz zwischen t1 und t2 gebildet und das periodisch erzeugteSignal so geregelt wird, dass diese Differenz Null wird, – anschließend imZeitpunkt des Auftretens der periodisch erzeugten Flanke F([2 +2n]/2) das Nutzsignal erzeugt wird.
    [5] RingförmigerTeilchenbeschleuniger mit – Monitorenfür dieErfassung der im Teilchenbeschleuniger fliegenden Teilchen: – Mittelnfür dieperiodische Erzeugung von Signalen (4), – Mittelnfür dieVerknüpfungder periodisch erzeugten Signale (4) mit den periodischauftretenden Monitorsignalen (1, 2, 3)derart, dass eine steigende oder fallende Flanke (F2) der periodischerzeugten Signale mit dem Spitzenwert (3) eines Monitorsignals(1, 2, 3) wiederkehrend zeitlich zusammenfällt, – Mittelnfür dieErfassung der Monitorsignale (1, 2, 3) imZeitpunkt der steigendenden bzw. fallenden Flanken (F2) der periodischauftretenden Signale (4).
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    US9244113B2|2016-01-26|Method of locating faults on a cable
    EP2232962B1|2016-09-07|Abstimmen einer resonanzfrequenz eines resonators mit einer frequenz eines eingangssignals
    US7532145B2|2009-05-12|High resolution and wide dynamic range integrator
    US7474087B2|2009-01-06|Energy meter system and method for calibration
    TWI404941B|2013-08-11|用於量測高頻電壓與電流之同步低取樣技術
    US6636122B2|2003-10-21|Analog frequency locked loop with digital oversampling feedback control and filter
    CN101832928B|2014-05-07|监控等离子放电的方法
    US5920233A|1999-07-06|Phase locked loop including a sampling circuit for reducing spurious side bands
    TWI528707B|2016-04-01|感測器系統及方法
    ES2321309T3|2009-06-04|Procedimiento y dispositivo para deteccion de un arco.
    US2243234A|1941-05-27|Wave indication
    JP4526043B2|2010-08-18|製造物の誘電特性、特に、湿度及び／又は密度を計測するための測定装置及び測定方法
    US5483558A|1996-01-09|Method and apparatus for detecting phase or frequency lock
    JP4445114B2|2010-04-07|ジッタ測定装置及びその方法
    CH635423A5|1983-03-31|Messvorrichtung zur kapazitiven bestimmung der relativen lagen zweier zueinander beweglicher teile.
    JPWO2004031784A1|2006-02-02|Jitter measuring apparatus and jitter measuring method
    US2522367A|1950-09-12|Radio distance measuring system
    JP5624524B2|2014-11-12|光子検出の光子検出システムおよび方法
    KR20010042459A|2001-05-25|지터측정장치 및 방법
    TWI444636B|2014-07-11|內建抖動測試功能之時脈與資料回復電路及其方法
    JP2006227009A|2006-08-31|ジッタ測定装置、ジッタ測定方法、試験装置、及び電子デバイス
    CA2091349A1|1992-03-13|Frequency counter and method of counting frequency of a signal to minimize effects of duty cycle modulation
    WO2007123055A1|2007-11-01|試験装置、試験方法、ジッタフィルタ回路、及びジッタフィルタ方法
    EP2567459B1|2014-05-21|Erfassung eines dielektrischen objekts
    US4651089A|1987-03-17|Frequency counting arrangement
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    WO2005121818A1|2005-12-22|
    DE102004028441B4|2007-09-27|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-12-29| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2008-03-27| 8364| No opposition during term of opposition|
    2013-09-12| R120| Application withdrawn or ip right abandoned|Effective date: 20130718 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE200410028441|DE102004028441B4|2004-06-14|2004-06-14|Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Spitzenwerte von periodisch auftretenden Nutzsignalen|DE200410028441| DE102004028441B4|2004-06-14|2004-06-14|Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Spitzenwerte von periodisch auftretenden Nutzsignalen|
    PCT/EP2005/052147| WO2005121818A1|2004-06-14|2005-05-11|Verfahren und vorrichtung für die messung eines signals|
    [返回顶部]