[發明專利]基于迭代反饋的X射線精準調制裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 201710145927.8
• 申請日: 2017-03-13
• 公開（公告）號: CN106937469B
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發明（設計）人: 詹亞鋒;萬鵬;梁昊
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H05G1/30
• 分類號: H05G1/30
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張潤

1.一種基于迭代反饋的X射線精準調制裝置，其特征在于，包括：

測量模塊，用于實時測量X光管陽極附近的高速電流密度和X光管輸出的X光子流密度，其中，所述X光管內部的高速電流密度測量為實時觀測、短周期數值計算過程，所述的X光管外部的光子流密度測量為累積觀測、長周期數據統計過程；

調控模塊，用于將接收到的高速電流密度和X光子流密度與外部輸入信號進行比較，以得到調控信號；

反饋環路，用于將所述調控信號發送至所述X光管，以便所述X光管根據所述調控信號進行相應的反饋控制。

2.根據權利要求1所述的基于迭代反饋的X射線精準調制裝置，其特征在于，所述測量模塊包括：

管內電流密度探針，用于實時測量X光管陽極附近的高速電流密度；

管外光子流探測器，用于實時測量X光管輸出的X光子流密度。

3.根據權利要求2所述的基于迭代反饋的X射線精準調制裝置，其特征在于，所述調控模塊包括：

短期調控子模塊，用于計算所述高速電流密度與所述外部輸入信號的函數關系，并生成短期調控信號；

長期調控子模塊，用于計算所述X光子流密度與所述外部輸入信號的統計關系，并生成長期調控信號。

4.根據權利要求3所述的基于迭代反饋的X射線精準調制裝置，其特征在于，所述反饋環路包括：

第一反饋環路，用于接收所述短期調控信號并發送至所述X光管，以便所述X光管進行短期反饋控制；

第二反饋環路，用于接收所述長期調控信號并發送至所述X光管，以便所述X光管進行長期反饋控制。

5.根據權利要求1-4任一項所述的基于迭代反饋的X射線精準調制裝置，其特征在于，

所述X光管由金屬熱陰極、受控管電壓電路、陽極靶材構成；或者，

所述X光管由光電陰極、受控管電壓電路、陽極靶材構成，其中，

所述金屬熱陰極或光電陰極用于產生X光管的初始電流密度，受到陰極電壓的調控；

所述受控管電壓電路用于形成時變電磁場以調制X光管的高速電流密度，受到陽極電壓與控制電壓的調控；

所述陽極靶材用于產生X光子。

6.根據權利要求1所述的基于迭代反饋的X射線精準調制裝置，其特征在于，所述X光管輸出的光子流為一個強度隨機變化的泊松過程，隨機因素包括陰極初始電流、外部輸入信號、陽極靶材特性，并利用重隨機泊松過程對光子到達時間序列進行數學建模與統計分析。

7.根據權利要求1所述的基于迭代反饋的X射線精準調制裝置，其特征在于，所述外部輸入信號為根據預設要求模擬的脈沖星的標準輪廓、航天器運行軌道，同時考慮大尺度四維時空變換、宇宙X射線干擾信號得到的X射線脈沖星光子到達航天器的時間序列，所述外部輸入信號的強度為一個可以用非齊次泊松過程描述的光子到達強度。

8.根據權利要求1所述的基于迭代反饋的X射線精準調制裝置，其特征在于，所述外部輸入信號為X射線脈沖星模擬電信號的時倚強度，其中，所述調控模塊用于根據所述X射線脈沖星模擬電信號的時倚強度計算X光管內部電磁場參數，以便X光管根據所述X光管內部電磁場參數對其陰極與陽極工作電壓進行高精度調控，其中，計算X光管內部電磁場參數的過程為：根據靜態電磁場解析解設置陰極與陽極的初始工作電壓，根據時域有限差分法實時計算得到需要調控的工作電壓以精確逼近所述外部輸入信號。

9.一種如權利要求1-8任一項所述的基于迭代反饋的X射線精準調制裝置的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

通過電陰極電路施加電壓對陰極金屬進行加熱，生成初始電子流密度；

通過陽極受控高壓對初始電子流進行加速，得到陽極靶材附近的高速電子流密度；

所述高速電子流撞擊所述陽極靶材，形成陽極靶材所對應的X射線特征譜線與連續譜線；

根據管內電流密度探針實時測量X光管陽極附近的高速電流密度，并將高速電流密度傳遞至調控模塊，以便調控模塊根據高速電流密度計算得到短期調控信號，并將短期調控信號傳遞至X光管，以進行短期反饋控制；

根據管外光子流探測器實時測量X光管輸出的X光子流密度，并將X光子流密度傳遞至調控模塊，以便調控模塊根據X光子流密度得到的長期調控信號，并將長期調控信號傳遞至X光管，以進行長期反饋控制。