CN105071791A - 高频腔射频击穿保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了高频腔射频击穿保护装置，包括模拟比较器、两路检波采样保持电路、线性放大器和波形鉴别单元，所述两路检波采样保持电路包括检波采样保持电路A和检波采样保持电路B，其中的检波采样保持电路A的输入端连接入射信号端，检波采样保持电路A的输出端连接线性放大器，线性放大器输出端连接模拟比较器的反向输入端，其中的检波采样保持电路B的输入端连接反射信号端，检波采样保持电路B的输出端连接模拟比较器的同向输入端；所述模拟比较器的输出端连接波形鉴别单元；所述波形鉴别单元包括射频击穿类型鉴别单元和射频击穿保护单元。本发明通过上述原理，能够对高频腔射频击穿信号采集、分析，控制高频腔射频击穿的次数，避免平均束流流强降低。<b />

Description

高频腔射频击穿保护装置

技术领域

本发明涉及核技术和电子信息领域，具体地，涉及高频腔射频击穿保护装置。

背景技术

在加速器高频腔运行当中，常常会出现射频击穿现象，表现为高频腔内部电磁场峰值忽然下降，反射信号增加，并伴有腔体内部发光。射频击穿若反复出现，有可能会对高频腔造成不可逆转的伤害，降低高频腔表面电场耐受能力。对于射频击穿，通常采取的办法是停机恢复，即等待一定时间后降低输入功率，随后缓慢提升输入功率至正常运行水平。对于PET回旋加速器这种对平均束流流强要求较高的场合，这样的做法将降低平均束流流强，影响加速器的运行效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供高频腔射频击穿保护装置，该装置能够对高频腔射频击穿信号采集、分析，控制高频腔射频击穿的次数，避免过多的射频击穿降低高频腔表面电场耐受能力，保证回旋加速器停机恢复时间最短，保持最大平均流强。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：高频腔射频击穿保护装置，其特征在于，包括模拟比较器、两路检波采样保持电路、线性放大器和波形鉴别单元，所述两路检波采样保持电路包括检波采样保持电路A和检波采样保持电路B，其中的检波采样保持电路A的输入端连接入射信号端，检波采样保持电路A的输出端连接线性放大器，线性放大器输出端连接模拟比较器的反向输入端，其中的检波采样保持电路B的输入端连接反射信号端，检波采样保持电路B的输出端连接模拟比较器的同向输入端；所述模拟比较器的输出端连接波形鉴别单元，波形鉴别单元还同时连接存储器和信号源；所述波形鉴别单元包括射频击穿类型鉴别单元和射频击穿保护单元。

入射信号端和反射新号端分别输出入射信号和反射信号，入射信号和反射信号分别经过检波采样保持电路A和检波采样保持电路B的检波、采样保持，转换成射频功率信号的包络信号，入射信号包络经过线性放大器后，与反射信号包络一同输入模拟比较器，放大倍率设定于0.6~0.8之间。当射频击穿发生时，高频腔发生全反射，反射信号突然增大，比较器输出脉冲信号，经过波形鉴别单元后，利用存储器记录射频击穿事件，以提供必要的在线分析数据；若波形鉴别单元中的射频击穿保护单元中测得的射频击穿次数大于设定的限值，波形鉴别输出保护信号，信号源延迟一段时间输出，信号源禁止输出，保护信号解除后信号源正常输出。避免射频击穿反复出现，击穿次数超过高频腔表面电场的耐受能力，影响高频腔的性能。对于绝大多数加速器是要避免射频击穿反复出现的，但对于某些加速器，例如医用回旋加速器，少数的击穿不会影响高频腔的性能。而波形鉴别单元中的射频击穿类型鉴别单元则用于记录射频击穿时该脉冲的序号（第几个脉冲）以及射频击穿在脉冲内发生的时刻。实现对击穿信号的采集和分析，提供给后期使用。本方案中当出现射频击穿次数大于设定值时，是通过设定延迟时间的保护信号，信号源禁止输出，保护信号解除后信号源正常输出，该种方法与现有出现射频击穿，采用停机恢复相比，无需等待一定时间后降低输入功率，随后缓慢提升输入功率至正常运行水平，这样一个过程，因而也不会出现降低平均束流流强，影响加速器的运行效果的情况发生，既控制高频腔射频击穿的次数，又保证回旋加速器停机恢复时间最短，保持最大平均流强，非常适合于对平均束流流强要求较高的场合使用。

进一步的，所述射频击穿保护单元包括计数器、用于计时时间的自锁型计时器A、用于延迟时间的自锁型计时器B和数字比较器，计数器和自锁型计时器A的触发端均连接模拟比较器的输出信号，自锁型计时器A的重置端、自锁型计时器A的计时完成端和计数器的清零端同时连接；其中计数器的计数输出端连接数字比较器的同向输入端，数字比较器的输出端连接自锁型计时器B的触发端，自锁型计时器B计时完成端连接自锁型计时器B的重置端，在自锁型计时器B上还设置保护信号输出端，数字比较器的反向输入端连接射频击穿次数限值输入端。射频击穿保护单元用于甄别射频击穿状况，判断是否应该输出保护信号。实现的具体功能是统计设定时间内发生射频击穿的次数，若超过设定值，输出保护信号。比较器输出信号首先作为计时器的触发信号，只有当计时器完成计数时，才对自身进行重置；同时，计数器记录计时周期内比较器输出脉冲的次数，计时完成后与设定值进行比较，若大于设定值，输出持续设定延迟时间的保护信号，信号源禁止输出，保护信号解除后信号源正常输出。该种射频击穿保护单元装置紧凑，价格低廉，既能避免加速器高频腔内部射频击穿频繁发生，保护加速器，又能最大限度提升加速器运行效率。

进一步的，所述射频击穿类型鉴别单元为数字信号处理器，数字信号处理器设置入射信号包络输入端、模拟比较器输出信号接收端、时钟信号输入端、脉冲序号输出端和模拟比较器输出信号脉冲宽度端。数字信号处理器通过分析处理入射信号以及比较器输出信号，得出发生射频击穿时该脉冲的序号（第几个脉冲）以及射频击穿在脉冲内发生的时刻。该射频击穿类型鉴别单元装置紧凑、价格低廉，能够进行射频击穿模式、出现概率的在线统计，为后续使用。

进一步的，所述入射信号端和反射信号端均连接加速器高频腔前端功率传输线。

综上，本发明的有益效果是：

1、本方案能够对高频腔射频击穿信号采集、分析，控制高频腔射频击穿的次数，避免过多的射频击穿降低高频腔表面电场耐受能力，保证回旋加速器停机恢复时间最短，保持最大平均流强。

2、本方案既能避免加速器高频腔内部射频击穿频繁发生，保护加速器，又能最大限度提升加速器运行效率。

3、本装置结构紧凑、价格低廉，能够进行射频击穿模式、出现概率的在线统计。

附图说明

图1是本发明的原理框图；

图2是射频击穿保护单元的信号流程原理框图；

图3是射频击穿类型鉴别单元的信号流程原理框图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1-3所示，本发明包括模拟比较器、两路检波采样保持电路、线性放大器和波形鉴别单元，所述两路检波采样保持电路包括检波采样保持电路A和检波采样保持电路B，其中的检波采样保持电路A的输入端连接入射信号端，检波采样保持电路A的输出端连接线性放大器，线性放大器输出端连接模拟比较器的反向输入端，其中的检波采样保持电路B的输入端连接反射信号端，检波采样保持电路B的输出端连接模拟比较器的同向输入端；所述模拟比较器的输出端连接波形鉴别单元，波形鉴别单元还同时连接存储器和信号源；所述波形鉴别单元包括射频击穿类型鉴别单元和射频击穿保护单元。

入射信号端和反射新号端分别输出入射信号和反射信号，入射信号和反射信号分别经过检波采样保持电路A和检波采样保持电路B的检波、采样保持，转换成射频功率信号的包络信号，入射信号包络经过线性放大器后，与反射信号包络一同输入模拟比较器，放大倍率设定于0.6~0.8之间。当射频击穿发生时，高频腔发生全反射，反射信号突然增大，比较器输出脉冲信号，经过波形鉴别单元后，利用存储器记录射频击穿事件，以提供必要的在线分析数据；若波形鉴别单元中的射频击穿保护单元中测得的射频击穿次数大于设定的限值，波形鉴别输出保护信号，信号源延迟一段时间输出，信号源禁止输出，保护信号解除后信号源正常输出。避免射频击穿反复出现，击穿次数超过高频腔表面电场的耐受能力，影响高频腔的性能。对于绝大多数加速器是要避免射频击穿反复出现的，但对于某些加速器，例如医用回旋加速器，少数的击穿不会影响高频腔的性能。而波形鉴别单元中的射频击穿类型鉴别单元则用于记录射频击穿时该脉冲的序号（第几个脉冲）以及射频击穿在脉冲内发生的时刻。实现对击穿信号的采集和分析，提供给后期使用。本方案中当出现射频击穿次数大于设定值时，是通过设定延迟时间的保护信号，信号源禁止输出，保护信号解除后信号源正常输出，该种方法与现有出现射频击穿，采用停机恢复相比，无需等待一定时间后降低输入功率，随后缓慢提升输入功率至正常运行水平，这样一个过程，因而也不会出现降低平均束流流强，影响加速器的运行效果的情况发生，既控制高频腔射频击穿的次数，又保证回旋加速器停机恢复时间最短，保持最大平均流强，非常适合于对平均束流流强要求较高的场合使用。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上优选如下：射频击穿保护单元包括计数器、用于计时时间的自锁型计时器A、用于延迟时间的自锁型计时器B和数字比较器，计数器和自锁型计时器A的触发端均连接模拟比较器的输出信号，自锁型计时器A的重置端、自锁型计时器A的计时完成端和计数器的清零端同时连接；其中计数器的计数输出端连接数字比较器的同向输入端，数字比较器的输出端连接自锁型计时器B的触发端，自锁型计时器B计时完成端连接自锁型计时器B的重置端，在自锁型计时器B上还设置保护信号输出端，数字比较器的反向输入端连接射频击穿次数限值输入端。

射频击穿保护单元用于甄别射频击穿状况，判断是否应该输出保护信号。实现的具体功能是统计设定时间内发生射频击穿的次数，若超过设定值，输出保护信号。比较器输出信号首先作为计时器的触发信号，只有当计时器完成计数时，才对自身进行重置；同时，计数器记录计时周期内比较器输出脉冲的次数，计时完成后与设定值进行比较，若大于设定值，输出持续设定延迟时间的保护信号，信号源禁止输出，保护信号解除后信号源正常输出。该种射频击穿保护单元装置紧凑，价格低廉，既能避免加速器高频腔内部射频击穿频繁发生，保护加速器，又能最大限度提升加速器运行效率。

实施例3：

本实施例在上述任意一个实施例的基础上优选如下：射频击穿类型鉴别单元为数字信号处理器，数字信号处理器设置入射信号包络输入端、模拟比较器输出信号接收端、时钟信号输入端、脉冲序号输出端和模拟比较器输出信号脉冲宽度端。

入射信号端和反射信号端均连接加速器高频腔前端功率传输线。数字信号处理器通过分析处理入射信号以及比较器输出信号，得出发生射频击穿时该脉冲的序号（第几个脉冲）以及射频击穿在脉冲内发生的时刻。该射频击穿类型鉴别单元装置紧凑、价格低廉，能够进行射频击穿模式、出现概率的在线统计，为后续使用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.高频腔射频击穿保护装置，其特征在于，包括模拟比较器、两路检波采样保持电路、线性放大器和波形鉴别单元，所述两路检波采样保持电路包括检波采样保持电路A和检波采样保持电路B，其中的检波采样保持电路A的输入端连接入射信号端，检波采样保持电路A的输出端连接线性放大器，线性放大器输出端连接模拟比较器的反向输入端，其中的检波采样保持电路B的输入端连接反射信号端，检波采样保持电路B的输出端连接模拟比较器的同向输入端；所述模拟比较器的输出端连接波形鉴别单元，波形鉴别单元还同时连接存储器和信号源；所述波形鉴别单元包括射频击穿类型鉴别单元和射频击穿保护单元。

2.根据权利要求1所述的高频腔射频击穿保护装置，其特征在于，所述射频击穿保护单元包括计数器、用于计时时间的自锁型计时器A、用于延迟时间的自锁型计时器B和数字比较器，计数器和自锁型计时器A的触发端均连接模拟比较器的输出信号，自锁型计时器A的重置端、自锁型计时器A的计时完成端和计数器的清零端同时连接；其中计数器的计数输出端连接数字比较器的同向输入端，数字比较器的输出端连接自锁型计时器B的触发端，自锁型计时器B计时完成端连接自锁型计时器B的重置端，在自锁型计时器B上还设置保护信号输出端，数字比较器的反向输入端连接射频击穿次数限值输入端。

3.根据权利要求1或2所述的高频腔射频击穿保护装置，其特征在于，所述射频击穿类型鉴别单元为数字信号处理器，数字信号处理器设置入射信号包络输入端、模拟比较器输出信号接收端、时钟信号输入端、脉冲序号输出端和模拟比较器输出信号脉冲宽度端。

4.根据权利要求1所述的高频腔射频击穿保护装置，其特征在于，所述入射信号端和反射信号端均连接加速器高频腔前端功率传输线。