CN103079334A - 回旋加速器射频谐振腔体自动锻炼系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于加速器射频技术领域，具体涉及一种回旋加速器射频谐振腔体自动锻炼系统。该系统采用综合控制模块对采集的信号进行综合处理、分析以及转换和作出逻辑响应，采用幅度调整模块对信号幅度进行追踪、对比，为综合控制模块提供数据以及作出逻辑响应，采用调谐模块对信号频率进行追踪、对比，为综合控制模块提供数据及作出逻辑响应，采用状态控制模块完成各种工作状态之间的切换和选择，此系统采用电机模块对综合控制模块、幅度调整模块、调谐模块做出各种相关逻辑响应作出相对应的实际响应。本发明针对不同的锻炼模式采用不同的腔体锻炼方法，能够方便有效地完成射频谐振腔体锻炼。

Description

回旋加速器射频谐振腔体自动锻炼系统

技术领域

本发明属于加速器射频技术领域，具体涉及一种回旋加速器射频谐振腔体自动锻炼系统。

背景技术

回旋加速器射频谐振腔内次级电子倍增效应的抑制是一个漫长而艰难的过程（通常会持续数周时间），直接影响到回旋加速器的工程进度。射频谐振腔体的人工锻炼受制因素较多，例如，对多电子效应区域的判别因人而异，锻炼时采取的功率、脉冲宽度各有不同，失谐调整的阈值技术人员对腔体进行不间歇的锻炼无法进行其他工作，反应不够灵敏以及容易对大功率器件造成不必要的损坏等。在这种情况下，设计一套对腔体内的次级电子倍增效应进行自动锻炼的系统成为迫切的需求。腔体的自动锻炼不仅从时间和劳动力上解放了技术人员，使调整的过程更加精确、连贯，使得这个过程更加安全、省时和高效。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的问题，提供一种回旋加速器射频谐振腔体自动锻炼系统，以克服次级电子倍增效应。

本发明的技术方案如下：一种回旋加速器射频谐振腔体自动锻炼系统，包括：

综合控制模块，用于对采集的信号进行综合处理、分析以及转换和作出逻辑响应，具体采集锻炼过程中的回旋加速器射频谐振腔体电压信号、真空比较器输出信号、幅度调整模块输出信号、可编程控制器连锁信号及控制面板给出的信号，通过预设程序，控制综合控制模块中DDS（直接数字合成器）发出适应的信号，并达到自动控制整个系统的目的；

幅度调整模块，用于对回旋加速器射频谐振腔信号幅度进行追踪、与脉冲转连续设置点（锯齿波发生器相关电路）以及回旋加速器腔体电压设置点进行对比，为综合控制模块提供数据以及作出逻辑响应；

调谐模块，用于将腔体信号与高频耦合窗取样信号通过鉴相器处理，输出结果与相位设置点进行对比，为综合控制模块提供数据及作出逻辑响应；

状态控制模块：通过各逻辑电路、开关、定向耦合器等，用于选择自动断链系统使用的功能：锻炼或运行、脉冲或连续、升幅或降幅等状态，使回旋加速器射频谐振腔自动锻炼系统能够适应各种工作需求；

电机模块，用于对综合控制模块控制回旋加速器射频谐振腔微调电容给予相应的传动支持。

进一步，如上所述的回旋加速器射频谐振腔体自动锻炼系统，其中，还包括工作模式选择模块，用于设定系统工作在锻炼模式或运行模式下；所述的锻炼模式包括手动锻炼模式和自动锻炼模式，所述的自动锻炼模式包括连续锻炼模式和脉冲锻炼模式，所述的连续锻炼模式包括升幅锻炼模式和降幅锻炼模式；工作模式选择模块通过控制器的数字逻辑组合功能实现模式选择。

进一步，如上所述的回旋加速器射频谐振腔体自动锻炼系统，其中，所述的综合控制模块包括数字信号处理器，以及与数字信号处理器相连接的模数转换器、真空比较器、直接数字合成器。

进一步，如上所述的回旋加速器射频谐振腔体自动锻炼系统，其中，所述的状态控制模块包括定向耦合器以及两个射频开关，由幅度调整模块调制后的射频信号经定向耦合器送至第一射频开关的一个输入端，耦合信号经第二射频开关送至第一射频开关的另一个输入端，第一射频开关的输出射频信号送至中间级功率放大器。

进一步，如上所述的回旋加速器射频谐振腔体自动锻炼系统，其中，所述的真空比较器与设置在腔体内的真空探头连接，真空比较器采集并比较信号数据，通过数字信号处理器的内置程序控制信号的响应，实现连续锻炼的升幅锻炼模式和降幅锻炼模式。

本发明的有益效果如下：本发明所提供的回旋加速器射频谐振腔体自动锻炼系统实现了运行、锻炼模式可选，手动锻炼、自动锻炼模式可选，脉冲锻炼、连续锻炼模式可选，升幅锻炼、降幅锻炼模式可选，使得系统能够灵活多变的分别完成各种任务，应付多种情况。该系统利用现代鉴相器技术高动态范围的特点在功率非常小的情况下进行调谐。这种情况下的功率与满功率相比只有满功率的千分之一至万分之五左右，在很小的功率下没有次级电子倍增效应发生，所以能够达到很好的调谐效果。连续锻炼采用周期性锻炼与单次锻炼相结合的方法，灵活应对可能遇到的各级次级电子倍增效应区域以及加速器真空被破坏后的短期锻炼需求，使得锻炼过程更为高效灵活。本发明针对不同的锻炼模式采用不同的腔体锻炼方法，能够方便有效地完成射频谐振腔体锻炼。

附图说明

图1为回旋加速器射频腔体自动锻炼系统框图；

图2为回旋加速器射频腔体自动锻炼系统状态转换图；

图3为回旋加速器射频腔体自动锻炼系统脉冲锻炼信号示意图；

图4为回旋加速器射频腔体自动锻炼系统的调谐模块电路图；

图5为回旋加速器射频腔体自动锻炼系统的真空比较器电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明所提供的回旋加速器射频谐振腔体自动锻炼系统，包括：

综合控制模块1，包括数字信号处理器（DSP），以及与数字信号处理器相连接的模数转换器、真空比较器、直接数字合成器；用于对采集的信号进行综合处理、分析以及转换和作出逻辑响应，具体采集锻炼过程中的回旋加速器射频谐振腔体电压信号、真空比较器输出信号、幅度调整模块输出信号、可编程控制器连锁信号及控制面板给出的信号，通过预设程序，控制综合控制模块中DDS（直接数字合成器）发出适应的信号，并达到自动控制整个系统的目的； 

幅度调整模块2.1，用于对回旋加速器射频谐振腔信号幅度进行追踪、与脉冲转连续设置点（锯齿波发生器相关电路）以及回旋加速器腔体电压设置点进行对比，为综合控制模块提供数据以及作出逻辑响应；

调谐模块2.2，用于将腔体信号与高频耦合窗取样信号通过鉴相器处理，输出结果与相位设置点进行对比，为综合控制模块提供数据及作出逻辑响应；

状态控制模块3，用于通过各逻辑电路、开关、定向耦合器等，用于选择自动断链系统使用的功能：锻炼或运行、脉冲或连续、升幅或降幅等状态，使回旋加速器射频谐振腔自动锻炼系统能够适应各种工作需求；状态控制模块包括定向耦合器以及两个射频开关，由幅度调整模块调制后的射频信号经定向耦合器送至第一射频开关的一个输入端，耦合信号经第二射频开关送至第一射频开关的另一个输入端，第一射频开关的输出射频信号送至中间级功率放大器；

电机模块4，用于对综合控制模块、幅度调整模块、调谐模块做出的各种相关逻辑响应作出相对应的实际响应，对综合控制模块控制回旋加速器射频谐振腔微调电容给予相应的传动支持；

工作模式选择模块5，用于设定系统工作在锻炼模式或运行模式下；所述的锻炼模式包括手动锻炼模式和自动锻炼模式，所述的自动锻炼模式包括连续锻炼模式和脉冲锻炼模式，所述的连续锻炼模式包括升幅锻炼模式和降幅锻炼模式；工作模式选择模块通过控制器的数字逻辑组合功能实现模式选择。各个工作模式都是通过图2所示的所有或部分阶段实现，包括，阶段1：脉冲模式，阶段2：直接数字合成器调谐模式，阶段3：电容调谐模式，阶段4：直接数字合成器爬坡模式。

在脉冲锻炼的条件下，可采用脉冲内检测射频腔体失谐角并调谐，但脉冲射频信号持续时间较短，调谐效果并不好。本发明对脉冲射频信号做改进，采用图3所示的曲线，在原来无射频信号的时间内用较低的射频信号7驱动腔体，利用这段时间检测射频腔体失谐角并调谐。

状态控制模块的具体电路如图4所示，经幅度调制后的射频信号经定向耦合器8送至射频开关ADG918（U1）10的RF2输入端，-10dB耦合信号经另一射频开关ADG918（U2）9送至U1的RF1输入端，U1输出射频信号至中间级功率放大器11。其中，定向耦合器耦合度为-10dB，同时在耦合输出至射频开关U2之间增加一级衰减器，保证合适的低功率驱动射频腔体，需现场标定。

连续锻炼时，射频系统启动逻辑与运行时相同：射频系统以占空比1：10的脉冲状态运行，信号源以一定的步进间隔扫描可能的腔体谐振频率。当信号源频率接近腔体谐振频率时，通过幅度调整模块2.1中的正反馈逻辑线路（2.1中锯齿波发生器等相关电路），经综合控制模块调整射频信号，使其快速增至连续状态。根据射频信号正向采样与腔体采样的鉴相误差动态调整信号源频率，直到满足频率变化小于1kHz/min，随后转为微调电容板调谐。本发明的特点在于在原有低电平系统的基础上，利用真空探头监视真空室内真空度变化的前提下，在连续波状态下动态调整信号源幅度及腔体Dee电压工作点，以达到消除次级电子倍增效应的最终目的。这一过程的核心内容是要判断腔体反射波与入射波是否“分开”（取样值之比小于一定数值）来动态调整信号源幅度及腔体Dee电压工作点；这一过程中，通过真空探头采集到的真空信号映射到0~10V电压范围，与真空比较器所设置的上限与下限比较后通过缓冲器进入数字信号处理器（DSP）进行处理，对腔Dee电压工作点及DDS信号源进行调整，从而自动完成整个连续锻炼过程。具体来说，真空比较器与设置在腔体内的真空探头连接，真空比较器的电路结构如图5所示，包括两个数字比较电路12、13，真空比较器采集并比较信号数据，通过数字信号处理器的内置程序控制信号的响应，实现连续锻炼的升幅锻炼模式和降幅锻炼模式。为了调试便利，在电路中设计跳线，手动对DDS输出功率进行调整。

本发明在低电平控制系统的基础上，完成运行模式与锻炼模式可选，脉冲锻炼与连续锻炼可选的功能，使加速器迅速进入高效运行期，大大缩短运行前的调试与准备周期。

以上内容是结合优选的实施例对本发明所做的具体说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于这些说明。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种回旋加速器射频谐振腔体自动锻炼系统，包括：

综合控制模块，用于对采集的信号进行综合处理、分析以及转换和作出逻辑响应，具体采集锻炼过程中的回旋加速器射频谐振腔体电压信号、真空比较器输出信号、幅度调整模块输出信号、可编程控制器连锁信号及控制面板给出的信号，通过预设程序，控制综合控制模块中的直接数字合成器发出适应的信号，并达到自动控制整个系统的目的；

幅度调整模块，用于对回旋加速器射频谐振腔信号幅度进行追踪、与脉冲转连续设置点以及回旋加速器腔体电压设置点进行对比，为综合控制模块提供数据以及作出逻辑响应；

调谐模块，用于将腔体信号与高频耦合窗取样信号通过鉴相器处理，输出结果与相位设置点进行对比，为综合控制模块提供数据及作出逻辑响应；

状态控制模块，用于通过各逻辑电路、开关、定向耦合器，选择自动锻炼系统使用的功能：锻炼或运行、脉冲或连续、升幅或降幅状态，使回旋加速器射频谐振腔自动锻炼系统能够适应各种工作需求；

电机模块，用于对综合控制模块控制回旋加速器射频谐振腔微调电容给予相应的传动支持。

2.如权利要求1所述的回旋加速器射频谐振腔体自动锻炼系统，其特征在于：还包括工作模式选择模块，用于设定系统工作在锻炼模式或运行模式下；所述的锻炼模式包括手动锻炼模式和自动锻炼模式，所述的自动锻炼模式包括连续锻炼模式和脉冲锻炼模式，所述的连续锻炼模式包括升幅锻炼模式和降幅锻炼模式；工作模式选择模块通过控制器的数字逻辑组合功能实现模式选择。

3.如权利要求1或2所述的回旋加速器射频谐振腔体自动锻炼系统，其特征在于：所述的综合控制模块包括数字信号处理器，以及与数字信号处理器相连接的模数转换器、真空比较器、直接数字合成器。

4.如权利要求1或2所述的回旋加速器射频谐振腔体自动锻炼系统，其特征在于：所述的状态控制模块包括定向耦合器以及两个射频开关，由幅度调整模块调制后的射频信号经定向耦合器送至第一射频开关的一个输入端，耦合信号经第二射频开关送至第一射频开关的另一个输入端，第一射频开关的输出射频信号送至中间级功率放大器。

5.如权利要求3所述的回旋加速器射频谐振腔体自动锻炼系统，其特征在于：所述的真空比较器与设置在腔体内的真空探头连接，真空比较器采集并比较信号数据，通过数字信号处理器的内置程序控制信号的响应，实现连续锻炼的升幅锻炼模式和降幅锻炼模式。

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