回旋加速器射頻諧振腔體自動鍛鍊系統的製作方法
2023-12-09 00:18:06 1
專利名稱：回旋加速器射頻諧振腔體自動鍛鍊系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於加速器射頻技術領域，具體涉及一種回旋加速器射頻諧振腔體自動鍛鍊系統。
背景技術：
回旋加速器射頻諧振腔內次級電子倍增效應的抑制是一個漫長而艱難的過程(通常會持續數周時間)，直接影響到回旋加速器的工程進度。射頻諧振腔體的人工鍛鍊受制因素較多，例如，對多電子效應區域的判別因人而異，鍛鍊時採取的功率、脈衝寬度各有不同，失諧調整的閾值技術人員對腔體進行不間歇的鍛鍊無法進行其他工作，反應不夠靈敏以及容易對大功率器件造成不必要的損壞等。在這種情況下，設計一套對腔體內的次級電子倍增效應進行自動鍛鍊的系統成為迫切的需求。腔體的自動鍛鍊不僅從時間和勞動力上解放了技術人員，使調整的過程更加精確、連貫，使得這個過程更加安全、省時和高效。
發明內容
本發明的目的是為了解決現有技術中存在的問題，提供一種回旋加速器射頻諧振腔體自動鍛鍊系統，以克服次級電子倍增效應。本發明的技術方案如下一種回旋加速器射頻諧振腔體自動鍛鍊系統,包括 綜合控制模塊，用於對採集的信號進行綜合處理、分析以及轉換和作出邏輯響應，具體
採集鍛鍊過程中的回旋加速器射頻諧振腔體電壓信號、真空比較器輸出信號、幅度調整模塊輸出信號、可編程控制器連鎖信號及控制面板給出的信號，通過預設程序，控制綜合控制模塊中DDS (直接數字合成器)發出適應的信號，並達到自動控制整個系統的目的；
幅度調整模塊，用於對回旋加速器射頻諧振腔信號幅度進行追蹤、與脈衝轉連續設置點(鋸齒波發生器相關電路)以及回旋加速器腔體電壓設置點進行對比，為綜合控制模塊提供數據以及作出邏輯響應；
調諧模塊，用於將腔體信號與高頻耦合窗取樣信號通過鑑相器處理，輸出結果與相位設置點進行對比，為綜合控制模塊提供數據及作出邏輯響應；
狀態控制模塊通過各邏輯電路、開關、定向耦合器等，用於選擇自動斷鏈系統使用的功能鍛鍊或運行、脈衝或連續、升幅或降幅等狀態，使回旋加速器射頻諧振腔自動鍛鍊系統能夠適應各種工作需求；
電機模塊，用於對綜合控制模塊控制回旋加速器射頻諧振腔微調電容給予相應的傳動支持。進一步，如上所述的回旋加速器射頻諧振腔體自動鍛鍊系統，其中，還包括工作模式選擇模塊，用於設定系統工作在鍛鍊模式或運行模式下；所述的鍛鍊模式包括手動鍛鍊模式和自動鍛鍊模式，所述的自動鍛鍊模式包括連續鍛鍊模式和脈衝鍛鍊模式，所述的連續鍛鍊模式包括升幅鍛鍊模式和降幅鍛鍊模式；工作模式選擇模塊通過控制器的數字邏輯組合功能實現模式選擇。
進一步，如上所述的回旋加速器射頻諧振腔體自動鍛鍊系統，其中，所述的綜合控制模塊包括數位訊號處理器，以及與數位訊號處理器相連接的模數轉換器、真空比較器、直接數字合成器。進一步，如上所述的回旋加速器射頻諧振腔體自動鍛鍊系統，其中，所述的狀態控制模塊包括定向耦合器以及兩個射頻開關，由幅度調整模塊調製後的射頻信號經定向耦合器送至第一射頻開關的一個輸入端，耦合信號經第二射頻開關送至第一射頻開關的另一個輸入端，第一射頻開關的輸出射頻信號送至中間級功率放大器。進一步，如上所述的回旋加速器射頻諧振腔體自動鍛鍊系統，其中，所述的真空比較器與設置在腔體內的真空探頭連接，真空比較器採集並比較信號數據，通過數位訊號處理器的內置程序控制信號的響應，實現連續鍛鍊的升幅鍛鍊模式和降幅鍛鍊模式。本發明的有益效果如下本發明所提供的回旋加速器射頻諧振腔體自動鍛鍊系統實現了運行、鍛鍊模式可選，手動鍛鍊、自動鍛鍊模式可選，脈衝鍛鍊、連續鍛鍊模式可選，升幅鍛鍊、降幅鍛鍊模式可選，使得系統能夠靈活多變的分別完成各種任務，應付多種情況。該系統利用現代鑑相器技術高動態範圍的特點在功率非常小的情況下進行調諧。這種情況下的功率與滿功率相比只有滿功率的千分之一至萬分之五左右，在很小的功率下沒有次級電子倍增效應發生，所以能夠達到很好的調諧效果。連續鍛鍊採用周期性鍛鍊與單次鍛鍊相結合的方法，靈活應對可能遇到的各級次級電子倍增效應區域以及加速器真空被破壞後的短期鍛鍊需求，使得鍛鍊過程更為高效靈活。本發明針對不同的鍛鍊模式採用不同的腔體鍛鍊方法，能夠方便有效地完成射頻諧振腔體鍛鍊。
圖1為回旋加速器射頻腔體自動鍛鍊系統框圖2為回旋加速器射頻腔體自動鍛鍊系統狀態轉換圖3為回旋加速器射頻腔體自動鍛鍊系統脈衝鍛鍊信號示意圖4為回旋加速器射頻腔體自動鍛鍊系統的調諧模塊電路圖5為回旋加速器射頻腔體自動鍛鍊系統的真空比較器電路圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。如圖1所示，本發明所提供的回旋加速器射頻諧振腔體自動鍛鍊系統，包括綜合控制模塊1，包括數位訊號處理器(DSP)，以及與數位訊號處理器相連接的模數轉
換器、真空比較器、直接數字合成器；用於對採集的信號進行綜合處理、分析以及轉換和作出邏輯響應，具體採集鍛鍊過程中的回旋加速器射頻諧振腔體電壓信號、真空比較器輸出信號、幅度調整模塊輸出信號、可編程控制器連鎖信號及控制面板給出的信號，通過預設程序，控制綜合控制模塊中DDS (直接數字合成器)發出適應的信號，並達到自動控制整個系統的目的；
幅度調整模塊2. 1，用於對回旋加速器射頻諧振腔信號幅度進行追蹤、與脈衝轉連續設置點(鋸齒波發生器相關電路)以及回旋加速器腔體電壓設置點進行對比，為綜合控制模塊提供數據以及作出邏輯響應；調諧模塊2. 2，用於將腔體信號與高頻耦合窗取樣信號通過鑑相器處理，輸出結果與相位設置點進行對比，為綜合控制模塊提供數據及作出邏輯響應；
狀態控制模塊3，用於通過各邏輯電路、開關、定向耦合器等，用於選擇自動斷鏈系統使用的功能鍛鍊或運行、脈衝或連續、升幅或降幅等狀態，使回旋加速器射頻諧振腔自動鍛鍊系統能夠適應各種工作需求；狀態控制模塊包括定向耦合器以及兩個射頻開關，由幅度調整模塊調製後的射頻信號經定向耦合器送至第一射頻開關的一個輸入端，耦合信號經第二射頻開關送至第一射頻開關的另一個輸入端，第一射頻開關的輸出射頻信號送至中間級功率放大器；
電機模塊4，用於對綜合控制模塊、幅度調整模塊、調諧模塊做出的各種相關邏輯響應作出相對應的實際響應，對綜合控制模塊控制回旋加速器射頻諧振腔微調電容給予相應的傳動支持；
工作模式選擇模塊5，用於設定系統工作在鍛鍊模式或運行模式下；所述的鍛鍊模式包括手動鍛鍊模式和自動鍛鍊模式，所述的自動鍛鍊模式包括連續鍛鍊模式和脈衝鍛鍊模式，所述的連續鍛鍊模式包括升幅鍛鍊模式和降幅鍛鍊模式；工作模式選擇模塊通過控制器的數字邏輯組合功能實現模式選擇。各個工作模式都是通過圖2所示的所有或部分階段實現，包括，階段1:脈衝模式，階段2 :直接數字合成器調諧模式，階段3 :電容調諧模式，階段4 :直接數字合成器爬坡模式。在脈衝鍛鍊的條件下，可採用脈衝內檢測射頻腔體失諧角並調諧，但脈衝射頻信號持續時間較短，調諧效果並不好。本發明對脈衝射頻信號做改進，採用圖3所示的曲線，在原來無射頻信號的時間內用較低的射頻信號7驅動腔體，利用這段時間檢測射頻腔體失諧角並調諧。狀態控制模塊的具體電路如圖4所示，經幅度調製後的射頻信號經定向耦合器8送至射頻開關ADG918 (Ul)IO的RF2輸入端，-1OdB耦合信號經另一射頻開關ADG918 (U2)9送至Ul的RFl輸入端，Ul輸出射頻信號至中間級功率放大器11。其中，定向耦合器耦合度為-10dB，同時在耦合輸出至射頻開關U2之間增加一級衰減器，保證合適的低功率驅動射頻腔體，需現場標定。連續鍛鍊時，射頻系統啟動邏輯與運行時相同射頻系統以佔空比1:10的脈衝狀態運行，信號源以一定的步進間隔掃描可能的腔體諧振頻率。當信號源頻率接近腔體諧振頻率時，通過幅度調整模塊2.1中的正反饋邏輯線路(2.1中鋸齒波發生器等相關電路)，經綜合控制模塊調整射頻信號，使其快速增至連續狀態。根據射頻信號正向採樣與腔體採樣的鑑相誤差動態調整信號源頻率，直到滿足頻率變化小於lkHz/min，隨後轉為微調電容板調諧。本發明的特點在於在原有低電平系統的基礎上，利用真空探頭監視真空室內真空度變化的前提下，在連續波狀態下動態調整信號源幅度及腔體Dee電壓工作點，以達到消除次級電子倍增效應的最終目的。這一過程的核心內容是要判斷腔體反射波與入射波是否「分開」(取樣值之比小於一定數值)來動態調整信號源幅度及腔體Dee電壓工作點；這一過程中，通過真空探頭採集到的真空信號映射到(TlOV電壓範圍，與真空比較器所設置的上限與下限比較後通過緩衝器進入數位訊號處理器(DSP)進行處理，對腔Dee電壓工作點及DDS信號源進行調整，從而自動完成整個連續鍛鍊過程。具體來說，真空比較器與設置在腔體內的真空探頭連接，真空比較器的電路結構如圖5所示，包括兩個數字比較電路12、13，真空比較器採集並比較信號數據，通過數位訊號處理器的內置程序控制信號的響應，實現連續鍛鍊的升幅鍛鍊模式和降幅鍛鍊模式。為了調試便利，在電路中設計跳線，手動對DDS輸出功率進行調整。本發明在低電平控制系統的基礎上，完成運行模式與鍛鍊模式可選，脈衝鍛鍊與連續鍛鍊可選的功能，使加速器迅速進入高效運行期，大大縮短運行前的調試與準備周期。以上內容是結合優選的實施例對本發明所做的具體說明，不能認定本發明的具體實施方式
僅限於這些說明。顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若對本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其同等技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種回旋加速器射頻諧振腔體自動鍛鍊系統，包括:綜合控制模塊，用於對採集的信號進行綜合處理、分析以及轉換和作出邏輯響應，具體採集鍛鍊過程中的回旋加速器射頻諧振腔體電壓信號、真空比較器輸出信號、幅度調整模塊輸出信號、可編程控制器連鎖信號及控制面板給出的信號，通過預設程序，控制綜合控制模塊中的直接數字合成器發出適應的信號，並達到自動控制整個系統的目的；幅度調整模塊，用於對回旋加速器射頻諧振腔信號幅度進行追蹤、與脈衝轉連續設置點以及回旋加速器腔體電壓設置點進行對比，為綜合控制模塊提供數據以及作出邏輯響應；調諧模塊，用於將腔體信號與高頻耦合窗取樣信號通過鑑相器處理，輸出結果與相位設置點進行對比，為綜合控制模塊提供數據及作出邏輯響應；狀態控制模塊，用於通過各邏輯電路、開關、定向耦合器，選擇自動鍛鍊系統使用的功能:鍛鍊或運行、脈衝或連續、升幅或降幅狀態，使回旋加速器射頻諧振腔自動鍛鍊系統能夠適應各種工作需求；電機模塊，用於對綜合控制模塊控制回旋加速器射頻諧振腔微調電容給予相應的傳動支持。
2.如權利要求1所述的回旋加速器射頻諧振腔體自動鍛鍊系統，其特徵在於:還包括工作模式選擇模塊，用於設定系統工作在鍛鍊模式或運行模式下；所述的鍛鍊模式包括手動鍛鍊模式和自動鍛鍊模式，所述的自動鍛鍊模式包括連續鍛鍊模式和脈衝鍛鍊模式，所述的連續鍛鍊模式包括升幅鍛鍊模式和降幅鍛鍊模式；工作模式選擇模塊通過控制器的數字邏輯組合功能實現模式選擇。
3.如權利要求1或2所述的回旋加速器射頻諧振腔體自動鍛鍊系統，其特徵在於:所述的綜合控制模塊包括數位訊號處理器，以及與數位訊號處理器相連接的模數轉換器、真空比較器、直接數字合成器。
4.如權利要求1或2所述的回旋加速器射頻諧振腔體自動鍛鍊系統，其特徵在於:所述的狀態控制模塊包括定向耦合器以及兩個射頻開關，由幅度調整模塊調製後的射頻信號經定向耦合器送至第一射頻開關的一個輸入端，耦合信號經第二射頻開關送至第一射頻開關的另一個輸入端，第一射頻開關的輸出射頻信號送至中間級功率放大器。
5.如權利要求3所述的回旋加速器射頻諧振腔體自動鍛鍊系統，其特徵在於:所述的真空比較器與設置在腔體內的真空探頭連接，真空比較器採集並比較信號數據，通過數位訊號處理器的內置程序控制信號的響應， 實現連續鍛鍊的升幅鍛鍊模式和降幅鍛鍊模式。
全文摘要
本發明屬於加速器射頻技術領域，具體涉及一種回旋加速器射頻諧振腔體自動鍛鍊系統。該系統採用綜合控制模塊對採集的信號進行綜合處理、分析以及轉換和作出邏輯響應，採用幅度調整模塊對信號幅度進行追蹤、對比，為綜合控制模塊提供數據以及作出邏輯響應，採用調諧模塊對信號頻率進行追蹤、對比，為綜合控制模塊提供數據及作出邏輯響應，採用狀態控制模塊完成各種工作狀態之間的切換和選擇，此系統採用電機模塊對綜合控制模塊、幅度調整模塊、調諧模塊做出各種相關邏輯響應作出相對應的實際響應。本發明針對不同的鍛鍊模式採用不同的腔體鍛鍊方法，能夠方便有效地完成射頻諧振腔體鍛鍊。
文檔編號H05H13/00GK103079334SQ20131000113
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月4日 優先權日2013年1月4日
發明者殷治國, 張天爵, 雷鈺, 李鵬展, 趙振魯, 紀彬 申請人:中國原子能科學研究院