如圖1所示，該系統(tǒng)硬件主要由監(jiān)控計算機、真空傳感器和真空聯(lián)鎖保護單元等幾部分組成。

　　(1)監(jiān)控計算機由通用PC機加PC-CAN適配卡及多媒體外設構成。PC-CAN適配卡采用國產(chǎn)的Hilon系列CAN總線工控產(chǎn)品，隨卡的軟件包可支持用戶開發(fā)專用的監(jiān)控和驅(qū)動程序。

　　(2)真空傳感器由規(guī)管和真空計組成。本實驗室大多使用熱陰極電離超高真空計和冷陰極磁控超高真空計。根據(jù)多年的使用經(jīng)驗，國外品牌性能較穩(wěn)定、可靠，而國內(nèi)品牌相比之下較差，返修率也非常高。為此根據(jù)不同規(guī)管特性要求和結(jié)合國外產(chǎn)品經(jīng)驗的基礎上開發(fā)出兩種類型的超高真空計：熱陰極電離超高真空計和冷陰極磁控超高真空計。

　　熱陰極電離超高真空計的內(nèi)核為51系列單片機。經(jīng)過細致的布線、制版和抗干擾設計，其A/D模塊可準確測量300 fA～1 μA的離子流，已超出大多數(shù)熱陰極電離規(guī)正常工作時收集的離子流范圍。規(guī)管陰極燈絲電源設計為開關電源(100 kHz)，可提供0～5 A的電流，能有效驅(qū)動國外的大功率規(guī)管，保護性能極好。非易失性SRAM和時鐘芯片可提供真空報警閾值設定及時鐘。報警輸出采用20 mA電流環(huán)，便于光隔離和抗干擾。報警反應時間小于200 ms，滿足除快閥外對一般閥門的控制。通訊接口有RS232C和CAN。CAN接口采用Philips公司的82C200通訊控制器和82C250總線收發(fā)器[2]。另外采用Watchdog技術和數(shù)字濾波以增加可靠性。軟件用工程C語言編寫。顯示采用6位高亮度數(shù)碼管。鍵盤功能包括：除氣、發(fā)射、報警閾值設定、時間顯示等功能。根據(jù)規(guī)管生產(chǎn)廠家提供的離子流與真空度曲線，目前該真空計適用于日本ANLVA公司的954-7902型規(guī)管，美國Varian公司的UHV-24型規(guī)管，以及國產(chǎn)的DL7和M001型規(guī)管。圖2的Gao.Hot是在本實驗室按照ISO/DIS3568國際標準建造的比對系統(tǒng)上為該真空計做的比對結(jié)果，使用的規(guī)管為954-7902型規(guī)管。圖中的橫坐標為BALZERS公司的IMG040型真空計的測量值，相當于二次標準。

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　　冷陰極磁控超高真空計的設計除規(guī)管所需電源為高壓電源外，其它類似于熱陰極電離超高真空計。高壓電源采用為微通道板和光電倍增管設計的高精度電源模塊，其結(jié)構緊湊、小巧。目前該真空計適用于BALZERS公司的IKR 020規(guī)管和國產(chǎn)M014型規(guī)管。比對結(jié)果如圖2的Gao.Cold所示，使用的規(guī)管為IKR 020型規(guī)管。圖中的彎曲是因為測試時的規(guī)管下限為1×10-7 Pa。

　　(3)將冷陰極磁控超高真空計的設計簡化后，用于光束線前端的快速關閉閥傳感器及控制器，該傳感器有兩個20 mA電流環(huán)輸出，一路用于關斷快閥，一路去真空聯(lián)鎖保護控制器，用于聯(lián)動光束線前端的水冷光屏和氣動閥門。傳感器所用規(guī)管位于光束線后端的實驗站附近，報警閾值在1×10-1～1×10-5 Pa之間。在去除各種可能的窄脈沖干擾后，報警響應時間小于500 μs，最后快閥關斷應小于7 ms[3]。

　　(4)真空聯(lián)鎖保護控制器的設計強調(diào)可靠性和抗干擾性。設計中采用全隔離技術。單片機系統(tǒng)的5 V電源直接由目前流行的AC/DC開關電源功率模塊得到，來自各種真空傳感器的報警信號通過光偶陣列輸入，數(shù)字系統(tǒng)的輸出通過光偶陣列驅(qū)動開關閥門的功率可控硅陣列。由于開關無觸點，使用壽命長。通訊接口CAN也通過兩片數(shù)字式光偶隔離。工作框圖如圖3。該裝置的工作方式分聯(lián)鎖控制和手控兩種方式。在儲存環(huán)、光束線實驗站正常工作情況下，裝置處于聯(lián)鎖狀態(tài);而在光束線調(diào)試的情況下，通常處于手控工作方式。需要手控工作時，必須敲入密碼方可進入。由于手控工作時必須能任意開關控制各閥門，本設計最多可驅(qū)動24個閥門。一片8243用于擴展輸出口，一片可編程的GAL16V8可以在出現(xiàn)異常情況時進行必要的邏輯處理和控制。由于開關閥門所需的組合邏輯完全是可編程的，因此同一設計可以適用于不同類型的光束線實驗站。

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