CN103595021B - 高功率微波主动保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高功率微波主动保护装置，包括有速调管，速调管的输出端连接有双定向耦合器，双定向耦合器依次与隔直器、检波器、隔离放大器、高反射保护箱和快保护箱连接，高反射保护箱还与微波源连接，快保护箱分别与两个数字隔离器连接，两个数字隔离器分别与PLC和高压源连接。本发明提供的保护方式是通过判断反射功率的大小，在打火发生前及时切断微波源信号，避免打火现象的发生，同时对于对反射功率有严格要求的微波器件，如速调管，提供了一种环行器发生故障时的保护措施，提高系统可靠性，保护了速调管的安全，避免了重大的经济损失。

Description

高功率微波主动保护装置

技术领域

本发明涉及受控热核聚变技术领域，尤其涉及一种高功率微波主动保护装置。

背景技术

低杂波目前广泛的应用于核聚变实验中，其主要作用是电流驱动和辅助加热。低杂波系统主要通过多只高功率速调管输出功率。在聚变实验过程中，经常发生因为等离子体与微波耦合不好，造成部分微波反射回来现象，此时很容易在波导管内发生打火现象从而损害用于真空密封的陶瓷窗，影响实验运行，另外，如果保护速调管的环行器出现故障时，较高的反射功率同样会损坏速调管，造成巨大损失。尽管系统上已经安装有打火保护系统，但它是在打火发生后的一种被动的保护动作。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种高功率微波主动保护装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高功率微波主动保护装置，包括有速调管，速调管的输出端连接有双定向耦合器，双定向耦合器依次与隔直器、检波器、隔离放大器、高反射保护箱和快保护箱连接，高反射保护箱还与微波源连接，快保护箱分别与两个数字隔离器连接，两个数字隔离器分别与PLC和高压源连接，从速调管输出的微波传输进双定向耦合器中，双定向耦合器耦合出的反射功率通过隔直器、检波器将反射信号转换为电压信号，电压信号经隔离放大器隔离放大后传送给高反射保护箱，高反射保护箱实时判断波导内反射功率的大小，当反射功率超过阀值，高反射保护箱输出保护信号给微波源和快保护箱，微波源收到保护信号后，快速关断微波输出，快保护箱将保护信号转换为光信号经数字隔离器传送给高压源和PLC，进行故障判断。

所述的高反射保护箱是由比较器一、延时器和光电隔离器组成的，所述的隔离放大器连接比较器一的输入端，比较器一的输出端连接延时器，延时器的输出端分别连接有两个光电隔离器，其中一个光电隔离器连接所述的微波源，可以判断反射功率是否过高，从而给出保护信号；所述的快保护箱是由比较器二、参考电压芯片、DAC芯片、FPGA芯片、光纤收发器、RS485收发器和光隔离芯片组成的，高反射保护箱中的另一个光电隔离器连接FPGA芯片，比较器二的输入端输入磁场电流，比较器二的输入端还与所述的DAC芯片连接，DAC芯片与参考电压芯片连接，比较器二的输出端与FPGA芯片连接，FPGA芯片还分别与DAC芯片、RS485收发器、光纤收发器连接，RS485收发器还与光隔离芯片连接，可以根据输入的数字信号或者模拟信号判断是否发生故障，根据故障源将故障信号转换为光信号传送给PLC和高压源。同时，通过RS485接口，保护阈值可以进行远程更改。

托卡马克实验中低杂波装置，包括有多个大功率速调管，速调管的输出端安装有双定向耦合器，双定向耦合器耦合出来的反射功率通过隔直器、检波器将反射信号转换为电压信号，电压信号经隔离放大器、高反射保护箱判断反射保护状态，传送保护信号给微波源和快保护箱，快保护箱汇总故障信号转换为光信号，光信号经数字隔离器转换为电信号传给系统用于实验数据的监视和记录。

所述的检波器出来的检波电压信号0-100mv通过同轴线连接到附近的隔离放大器上，隔离放大器输出4-20mA电流信号，通过同轴线连接到高反射保护箱。高反射保护箱通过同轴线输出两路保护信号给微波源和快保护箱。微波源收到保护信号，快速关断微波输出。快保护箱汇总保护信号通过ST接口光纤连接到高压数字光隔离上，数字隔离器将保护信号转换为电信号传送PLC和高压源，然后进行下一步保护动作。

本发明的优点是：本发明提供的保护方式是通过判断反射功率的大小，在打火发生前及时切断微波源信号，避免打火现象的发生，同时对于对反射功率有严格要求的微波器件，如速调管，提供了一种环行器发生故障时的保护措施，提高系统可靠性，保护了速调管的安全，避免了重大的经济损失。

附图说明

图1为本发明的结构框图。

图2为高反射保护箱的电路原理图。

图3为快保护箱的电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，一种高功率微波主动保护装置，包括有速调管10，速调管10的输出端连接有双定向耦合器1，双定向耦合器1依次与隔直器2、检波器3、隔离放大器4、高反射保护箱5和快保护箱7连接，高反射保护箱5还与微波源6连接，快保护箱7分别与两个数字隔离器8连接，两个数字隔离器分8别与PLC9和高压源11连接，从速调管10输出的微波传输进双定向耦合器1中，双定向耦合器1耦合出的反射功率通过隔直器2、检波器3将反射信号转换为电压信号，电压信号经隔离放大器4隔离放大后传送给高反射保护箱5，高反射保护箱5实时判断波导内反射功率的大小，当反射功率超过阀值，高反射保护箱5输出保护信号给微波源6和快保护箱7，微波源6收到保护信号后，快速关断微波输出，快保护箱7将保护信号转换为光信号经数字隔离器8传送给高压源11和PLC9，进行故障判断。

如图2所示，所述的高反射保护箱5是由比较器一12、延时器13和光电隔离器14组成的，所述的隔离放大器4连接比较器一12的输入端，比较器一12的输出端连接延时器13，延时器13的输出端分别连接有两个光电隔离器14，其中一个光电隔离器连接所述的微波源6，可以判断反射功率是否过高，从而给出保护信号；如图3所示，所述的快保护箱7是由比较器二15、参考电压芯片16、DAC芯片17、FPGA芯片18、光纤收发器19、RS485收发器20和光隔离芯片21组成的，高反射保护箱5中的另一个光电隔离器连接FPGA芯片18，比较器二15的输入端输入磁场电流，比较器二15的输入端还与所述的DAC芯片17连接，DAC芯片17与参考电压芯片16连接，比较器二15的输出端与FPGA芯片18连接，FPGA芯片18还分别与DAC芯片17、RS485收发器20、光纤收发器19连接，RS485收发器20还与光隔离芯片21连接，可以根据输入的数字信号或者模拟信号判断是否发生故障，根据故障源将故障信号转换为光信号传送给PLC和高压源。同时，通过RS485接口，保护阈值可以进行远程更改。

一只4.6GHz/250KW速调管10，从速调管10输出的微波经过波导进行传输，经过定向耦合器1耦合出少量微波信号，经过隔直器2、检波器3转换为0-100mv电压信号，经过隔离放大器4转换为4-20mA电流信号，便于远距离传输。高反射保护箱5输入端阻值为250欧姆，将电流信号转换为电压信号1-5V。此信号同时供数据采集系统进行数据采集，此速调管10要求的反射功率小于2KW。通过测定定耦的耦合度和整个链路的定标，确定2KW对应的反射信号的电压值为1.6V，调整反射保护箱5的阈值为1.6V.高反射保护箱5输出的故障信号是+9V和+5V两个信号，时长为60秒。+9V信号传送给微波源6，用于关断微波源的输出，进而关断速调管的功率输出。+5V信号传送给快保护箱7，该箱可以将故障信号转换为光信号经过数字隔离器8传送个PLC9进行故障判断，经过数字隔离器8传送给高压源11，进而关断高压，保障整个系统的安全。

Claims (1)

1.一种高功率微波主动保护装置，其特征在于：包括有速调管，速调管的输出端连接有双定向耦合器，双定向耦合器、隔直器、检波器、隔离放大器、高反射保护箱和快保护箱依次连接，高反射保护箱还与微波源连接，快保护箱分别与两个数字隔离器连接，其中一个数字隔离器与PLC连接，另一个数字隔离器与高压源连接，从速调管输出的微波传输进双定向耦合器中，双定向耦合器耦合出的反射功率通过隔直器、检波器将反射信号转换为电压信号，电压信号经隔离放大器隔离放大后传送给高反射保护箱，高反射保护箱实时判断波导内反射功率的大小，当反射功率超过阀值，高反射保护箱输出保护信号给微波源和快保护箱，微波源收到保护信号后，快速关断微波输出，快保护箱将保护信号转换为光信号经数字隔离器传送给高压源和PLC，进行故障判断；

所述的高反射保护箱是由比较器一、延时器和光电隔离器组成的，所述的隔离放大器连接比较器一的输入端，比较器一的输出端连接延时器，延时器的输出端分别连接有两个光电隔离器，其中一个光电隔离器连接所述的微波源；所述的快保护箱是由比较器二、参考电压芯片、DAC芯片、FPGA芯片、光纤收发器、RS485收发器和光隔离芯片组成的，高反射保护箱中的另一个光电隔离器连接FPGA芯片，比较器二的输入端输入磁场电流，比较器二的输入端还与所述的DAC芯片连接，DAC芯片与参考电压芯片连接，比较器二的输出端与FPGA芯片连接，FPGA芯片还分别与DAC芯片、RS485收发器、光纤收发器连接，RS485收发器还与光隔离芯片连接。