CN102984878B - 医用回旋加速器的多态调谐方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于加速器技术领域，公开了医用回旋加速器的多态调谐方法。该方法包括以下几个步骤：(1)射频系统启动并转为连续状态运行后，采用PLL追踪腔体谐振频率的方式调谐，微调电容板处于调节行程的中间位置；(2)？当PLL频率更新调谐运行5~10分钟时，由数字信号处理器控制切换模拟开关，微调电容板由位置反馈转换为电容板调谐。同时，PLL以当前频率值为起点，最终工作频率值为终点，以步进0.002MHz、间隔1s的方式减至工作频率并固定；(3)持续监测电容板位置信号，以行程中间点为基准，左右各4/5处设置保护点，当电容板超过该位置时，采用PLL调节后固定。该方法可完整便利地覆盖射频启动运行的全过程，提高整机时间利用效率。

Description

医用回旋加速器的多态调谐方法
技术领域
 本发明属于加速器技术领域，具体涉及医用回旋加速器的多态调谐方法。
背景技术
射频系统热效应的存在，使得腔体谐振频率在热平衡过程前后出现较大偏差，该偏差导致与理论设计值不符，无法实现束流的正确加速及引出。一般地，在腔体设计中增加频率调节装置用于动态调谐，通常采用微调电容板调谐。实际上，腔体热效应与水冷、系统环境及功耗设计相关，当水冷不足、功耗过大及空间散热不利等情况出现，微调电容板将无法实现射频系统热平衡过程调谐功能的完整实施，直接的影响将是射频功率利用效率降低，反射过大，最终触发射频系统保护导致停机。也可采用多次主动停机的方式，人为干涉热平衡过程，避免腔体频率的过多偏离，此方法时间利用效率太低，一般不予采用。
发明内容
（一）   发明目的
根据现有技术所存在的问题，本发明提供了一种能弥补水冷及使用环境不足，完整覆盖腔体的热平衡过程的多态调谐方法。
（二）  技术方案
为解决现有技术所存在的问题，本发明通过以下技术方案实现的：
(1)射频系统启动并转为连续状态运行后，采用PLL追踪腔体谐振频率的方式调谐，微调电容板处于调节行程的中间位置；
(2) 当PLL频率更新调谐运行5~10分钟时，微调电容板由位置反馈转换为电容板调谐。同时，PLL以当前频率值为起点，最终工作频率值为终点，以步进0.002MHz、间隔1s的方式减至工作频率并固定；
(3)持续监测电容板位置信号，以行程中间点为基准，左右各4/5处设置保护点，当电容板超过该位置时，采用PLL调节后固定。
优选地，采用PLL信号源追踪腔体谐振频率的方式调谐的过程为：通过检测耦合窗处耦合器电压和电流取样两向量之间的差值得到腔体失谐角度，该电压值与设置工作点电压比较后得到误差信号，经过模拟数字转换后送至数字信号处理器参与比例积分运算，得到PLL需调整的频率值，进而对信号发生器频率字更新，实现调谐环路的完整闭环。
优选地，在检测电容板位置信号时，当PLL信号源调节量被触发时，微调磁场。
优选地，微调电容板由位置反馈转换为电容板调谐是由数字信号处理器控制切换模拟开关实现的。
（三）有益效果
本发明提供的医用回旋加速器的PLL信号源和微调电容板相结合的多态调谐方法，具有以下有益效果：
由于热平衡过程中腔体谐振频率偏移量可能达到MHz量级，微调电容板可能无法覆盖该偏移量，本发明中将PLL信号源频率更新调谐设置在热平衡过程的前期，微调电容板调谐在射频系统的中后期，可完整便利地覆盖射频启动运行的全过程，提高整机时间利用效率。
附图说明
图1是医用回旋加速器多态调谐流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述。
某医用回旋加速器的多态调谐环路的流程图如图1所示。该加速器射频系统冷态谐振频率72.9MHz，实际工作频率72.7MHz，设计损耗为10kW，实际运行出束约需16kW。
实施例1
该医用回旋加速器射频低电平系统调谐环路采用多态调谐。系统上电后，射频信号由脉冲转为连续状态，经过功率提升至所需工作电压达到幅度闭环。工作点电压的设置需要现场标定，腔体工作频率处谐振时，以误差信号为零为基准，调整工作点电压；数字信号处理器运算中的比例积分参数同样需要在线训练，首先仅使用比例参数，积分参数置零，增大比例参数至出现过调振荡，随后将该比例参数减小至90%，并设置积分参数为0.001，以该组参数值为基准，在±10%区间内优化至最佳值。系统转为连续状态后调谐环工作，初期采用信号源频率更新的调谐方式，此时微调电容板处于调节行程中间位置。为避免频率意外过调，设置信号源追踪频率区间为72.7MHz~73.1MHz，若频率超限，将其直接限制为该超限频率值。
在连续状态下，启动数字信号处理器内部定时器，设置为5min。当定时器溢出时则置标志位为1。此时，由数字信号处理器控制切换模拟开关，微调电容板由位置反馈转换为调谐误差驱动，即常规的电容板调谐。同时，以当前频率值为起点，最终工作频率值72.7MHz为终点，步进0.002MHz，间隔1s的方式减至工作频率并固定。该转换过程需检测反射信号及微调电容板位置的变化，避免频率变化瞬间反射过大或者电容板位置超行程。根据反射保护容限，本系统设置反射保护限值为3.0V，对应反射功率约为700W。
长期运行中微调电容板位置未超限，故信号源调整未被触发。
实施例2
与实施例1的方法、原理相同，不同的是定时器设置为10min。在某强流回旋加速器上调谐环测试中观测到微调电容板行程超限触发信号源调整，调节量为0.003MHz，该调节量足够响应，且瞬间反射可接受。

Claims (3)

1.医用回旋加速器的多态调谐方法，其特征在于，该方法包括以下几个步骤：
(1)射频系统启动并转为连续状态运行后，采用PLL追踪腔体谐振频率的方式调谐，微调电容板处于调节行程的中间位置；
(2)当PLL频率更新调谐运行5～10分钟时，微调电容板由位置反馈转换为电容板调谐；同时，PLL以当前频率值为起点，最终工作频率值为终点，以步进0.002MHz、间隔1s的方式减至工作频率并固定；
(3)持续监测电容板位置信号，以行程中间点为基准，左右各4/5处设置保护点，当电容板超过该保护点时，采用PLL调节后固定；
所述的步骤(1)中采用PLL追踪腔体谐振频率的方式调谐的过程为：通过检测耦合窗处耦合器电压和电流取样两向量之间的差值得到腔体失谐角度，该电压值与设置工作点电压比较后得到误差信号，经过模拟数字转换后送至数字信号处理器参与比例积分运算，得到PLL需调整的频率值，进而对信号发生器频率字更新，实现调谐环路的完整闭环。
2.根据权利要求1所述的医用回旋加速器的多态调谐方法，其特征在于，步骤(3)中所述的检测电容板位置信号，当PLL调节量被触发时，微调磁场。
3.根据权利要求1所述的医用回旋加速器的多态调谐方法，其特征在于，步骤(2)中所述的微调电容板由位置反馈转换为电容板调谐是通过数字信号处理器控制的。
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