CN108034835A - 电子束扫描控制系统及与其配套使用的电子束加速电源和电子束熔炼炉 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电子束扫描控制系统及与其配套使用的电子束加速电源和电子束熔炼炉，本发明的电子束扫描控制系统包括正交振荡器、用于将正弦波变换为梯形波的两个梯形波变换模块、满幅发生模块、两个功率放大器和线圈组，两个梯形波变换模块分别连接在正交振荡器的输出端；满幅发生模块的两个输入端分别连接有一个满幅选择开关；两个功率放大器的输入端分别连接有一个扫描选择开关。本发明的电子束扫描控制系统采用恒定频率，并通过改变信号的电压幅度来改变扫描幅度，并通过改变信号的波形来实现电子束的扫描方式，使得电子束扫描的稳定性高、可靠性高，同时也扩展了电子束的功能和使用范围。

Description

电子束扫描控制系统及与其配套使用的电子束加速电源和电 子束熔炼炉
技术领域
本发明涉及一种电子束扫描控制系统及与其配套使用的电子束加速电源和电子束熔炼炉。
背景技术
目前，作为制备与加工难熔金属的核心技术之一，电子束技术已在高熔点金属的精炼、提纯及难熔金属的回收再利用等领域得到了广泛应用，并将不断涉足航空航天、国防军工以及核工业等各个领域中，电子束加热技术是在高真空条件下利用高速运动的电子能转换成热能的一种加热技术，在真空条件下利用材料电子热发射在加速电场的作用下，电子产生定向运动，通过聚焦形成电子束，当高能电子束轰击到所需加热的金属靶时，高能电子束与所需加热金属靶发生碰撞，将电子动能转换为热能，由于电子束功率密度大，使金属靶温度瞬时升高熔化，材料过热温度高，分解、脱气、脱氧、低熔点杂质快速挥发，从而达到精炼提纯、铸锭的目的。但现有的电子束扫描方式单一、不易改变，扫描轨迹也不稳定，且在电子束加速电源工作的过程中，由于熔炼材料的放气，使电子枪真空度下降，容易造成短路、放电，对电源造成很大冲击，使得电源不稳定。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种电子束扫描控制系统及与其配套使用的电子束加速电源和电子束熔炼炉，本发明的电子束扫描控制系统采用恒定频率，并通过改变信号的电压幅度来改变扫描幅度，并通过改变信号的波形来实现电子束的扫描方式，使得电子束扫描的稳定性高、可靠性高，同时也扩展了电子束的功能和使用范围。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种电子束扫描控制系统，它包括：
用于产生相位相差90°、同频率的两路正弦波的正交振荡器；
用于将正弦波变换为梯形波的两个梯形波变换模块，两个梯形波变换模块分别连接在正交振荡器的输出端，以便通过两个梯形波变换模块将两路正弦波变换为相互对称的两路梯形波；
满幅发生模块，所述满幅发生模块的两个输入端分别连接有一个满幅选择开关，所述满幅选择开关包括满幅公共接线端、圆满幅扫描接线端和方满幅扫描接线端，所述满幅公共接线端与满幅发生模块的输入端相连，所述圆满幅扫描接线端与正交振荡器的输出端相连，所述方满幅扫描接线端与梯形波变换模块的输出端相连；
两个功率放大器，两个功率放大器的输入端分别连接有一个扫描选择开关，所述扫描选择开关包括扫描公共接线端、圆扫描接线端、方扫描接线端和满幅扫描接线端，所述扫描公共接线端与功率放大器的输入端相连，所述圆扫描接线端与正交振荡器的输出端相连，所述方扫描接线端与梯形波变换模块的输出端相连，所述满幅扫描接线端与满幅发生模块的输出端相连；
线圈组，所述线圈组包括水平线圈和垂直线圈，所述水平线圈与一个功率放大器的输出端相连，所述垂直线圈与另一个功率放大器的输出端相连，以便当扫描公共接线端连接圆扫描接线端时，所述线圈组产生的磁场驱动电子束进行圆扫描；当扫描公共接线端连接方扫描接线端时，所述线圈组产生的磁场驱动电子束进行方扫描；当扫描公共接线端连接满幅扫描接线端且所述满幅公共接线端连接圆满幅扫描接线端时，所述线圈组产生的磁场驱动电子束进行圆满幅扫描；当扫描公共接线端连接满幅扫描接线端且满幅公共接线端连接方满幅扫描接线端时，所述线圈组产生的磁场驱动电子束进行方满幅扫描。
进一步提供了一种满幅发生模块的具体结构，所述满幅发生模块包括三角波发生器和两个可变增益放大器，两个可变增益放大器均和三角波发生器相连，以便通过三角波发生器控制两个可变增益放大器的输出信号的幅值，进而实现满幅扫描，所述满幅公共接线端与可变增益放大器的输入端相连，所述满幅扫描接线端与可变增益放大器的输出端相连。
为了减少电子枪短路对电源及设备的冲击，提高设备的可靠性，本发明还提供了一种电子束加速电源，它包括依次连接的三相可控硅调压器、升压变压器和三相全波整流器，所述升压变压器用于将三相可控硅调压器的输出电压变换至所需电压，所述三相全波整流器用于将三相电压整定为直流电压。
进一步为了稳定三相可控硅调压器的输出，电子束加速电源还包括反馈调节电路，所述反馈调节电路包括电流检测模块和控制器，所述电流检测模块的输入端和三相可控硅调压器的输出端相连，所述控制器的输入端和电流检测模块的输出端相连，所述控制器的输出端和三相可控硅调压器的输入端相连，以便电流检测模块将三相可控硅调压器的输出电流值反馈至控制器，控制器根据接收到的输出电流值对三相可控硅调压器进行 PID调节，进而稳定三相可控硅调压器的输出。
本发明还提供了一种电子束熔炼炉，它包括电子束扫描控制系统和电子束加速电源。
采用了上述技术方案后，本发明的电子束扫描控制系统的原理框图采用恒定频率，通过改变信号的电压幅度来改变扫描幅度，同时利用信号的波形方式来实现扫描方式，当扫描公共接线端连接圆扫描接线端时，所述线圈组产生的磁场驱动电子束进行圆扫描；当扫描公共接线端连接方扫描接线端时，所述线圈组产生的磁场驱动电子束进行方扫描；当扫描公共接线端连接满幅扫描接线端且所述满幅公共接线端连接圆满幅扫描接线端时，所述线圈组产生的磁场驱动电子束进行圆满幅扫描；当扫描公共接线端连接满幅扫描接线端且满幅公共接线端连接方满幅扫描接线端时，所述线圈组产生的磁场驱动电子束进行方满幅扫描，本发明的电子束扫描控制系统可实现圆扫描、方扫描、圆满幅扫描、方满幅扫描，本发明的电子束扫描控制系统具有工作稳定、可靠性高，同时具有多种功能，扩展了电子束炉使用功能；本发明的电子束加速电源，采用恒流调压，减少电子枪短路对电源及设备的冲击，提高设备的可靠性。
附图说明
图1为本发明的电子束扫描控制系统的原理框图；
图2为本发明的电子束加速电源的原理框图。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图1所示，一种电子束扫描控制系统，它包括：
用于产生相位相差90°、同频率的两路正弦波的正交振荡器1；
用于将正弦波变换为梯形波的两个梯形波变换模块2，两个梯形波变换模块2分别连接在正交振荡器1的输出端，以便通过两个梯形波变换模块2将两路正弦波变换为相互对称的两路梯形波；
满幅发生模块，所述满幅发生模块的两个输入端分别连接有一个满幅选择开关，所述满幅选择开关包括满幅公共接线端31、圆满幅扫描接线端32和方满幅扫描接线端33，所述满幅公共接线端31与满幅发生模块的输入端相连，所述圆满幅扫描接线端32与正交振荡器1的输出端相连，所述方满幅扫描接线端33与梯形波变换模块2的输出端相连；
两个功率放大器4，两个功率放大器4的输入端分别连接有一个扫描选择开关，所述扫描选择开关包括扫描公共接线端51、圆扫描接线端52、方扫描接线端53和满幅扫描接线端54，所述扫描公共接线端51与功率放大器4的输入端相连，所述圆扫描接线端52与正交振荡器1的输出端相连，所述方扫描接线端53与梯形波变换模块2的输出端相连，所述满幅扫描接线端54与满幅发生模块的输出端相连；
线圈组，所述线圈组包括水平线圈61和垂直线圈62，所述水平线圈61与一个功率放大器4的输出端相连，所述垂直线圈62与另一个功率放大器4的输出端相连，以便当扫描公共接线端51连接圆扫描接线端52时，所述线圈组产生的磁场驱动电子束进行圆扫描；当扫描公共接线端51连接方扫描接线端53时，所述线圈组产生的磁场驱动电子束进行方扫描；当扫描公共接线端51连接满幅扫描接线端54且所述满幅公共接线端 31连接圆满幅扫描接线端32时，所述线圈组产生的磁场驱动电子束进行圆满幅扫描；当扫描公共接线端51连接满幅扫描接线端54且满幅公共接线端31连接方满幅扫描接线端33时，所述线圈组产生的磁场驱动电子束进行方满幅扫描。
如图1所示，所述满幅发生模块包括三角波发生器71和两个可变增益放大器72，两个可变增益放大器72均和三角波发生器71相连，以便通过三角波发生器71控制两个可变增益放大器72的输出信号的幅值，进而实现满幅扫描，所述满幅公共接线端31 与可变增益放大器72的输入端相连，所述满幅扫描接线端54与可变增益放大器72的输出端相连。
实施例二
如图2所示，一种电子束加速电源，它包括依次连接的三相可控硅调压器8、升压变压器9和三相全波整流器10，所述升压变压器9用于将三相可控硅调压器8的输出电压变换至所需电压，所述三相全波整流器10用于将三相电压整定为直流电压。
如图2所示，为了稳定三相可控硅调压器8的输出，电子束加速电源还包括反馈调节电路，所述反馈调节电路包括电流检测模块111和控制器112，所述电流检测模块111 的输入端和三相可控硅调压器8的输出端相连，所述控制器112的输入端和电流检测模块111的输出端相连，所述控制器112的输出端和三相可控硅调压器8的输入端相连，以便电流检测模块111将三相可控硅调压器8的输出电流值反馈至控制器112，控制器 112根据接收到的输出电流值对三相可控硅调压器8进行PID调节，进而稳定三相可控硅调压器8的输出。
实施例三
如图1、2所示，一种电子束熔炼炉，它包括如实施例一所述的电子束扫描控制系统和如实施例二所述的电子束加速电源。
本发明的工作原理如下：
本发明的电子束扫描控制系统的原理框图采用恒定频率，通过改变信号的电压幅度来改变扫描幅度，同时利用信号的波形方式来实现扫描方式，当扫描公共接线端51连接圆扫描接线端52时，所述线圈组产生的磁场驱动电子束进行圆扫描；当扫描公共接线端51连接方扫描接线端53时，所述线圈组产生的磁场驱动电子束进行方扫描；当扫描公共接线端51连接满幅扫描接线端54且所述满幅公共接线端31连接圆满幅扫描接线端32时，所述线圈组产生的磁场驱动电子束进行圆满幅扫描；当扫描公共接线端51 连接满幅扫描接线端54且满幅公共接线端31连接方满幅扫描接线端33时，所述线圈组产生的磁场驱动电子束进行方满幅扫描，本发明的电子束扫描控制系统可实现圆扫描、方扫描、圆满幅扫描、方满幅扫描，本发明的电子束扫描控制系统具有工作稳定、可靠性高，同时具有多种功能，扩展了电子束炉使用功能；本发明的电子束加速电源，采用恒流调压，减少电子枪短路对电源及设备的冲击，提高设备的可靠性。
以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电子束扫描控制系统，其特征在于，它包括：
用于产生相位相差90°、同频率的两路正弦波的正交振荡器(1)；
用于将正弦波变换为梯形波的两个梯形波变换模块(2)，两个梯形波变换模块(2)分别连接在正交振荡器(1)的输出端，以便通过两个梯形波变换模块(2)将两路正弦波变换为相互对称的两路梯形波；
满幅发生模块，所述满幅发生模块的两个输入端分别连接有一个满幅选择开关，所述满幅选择开关包括满幅公共接线端(31)、圆满幅扫描接线端(32)和方满幅扫描接线端(33)，所述满幅公共接线端(31)与满幅发生模块的输入端相连，所述圆满幅扫描接线端(32)与正交振荡器(1)的输出端相连，所述方满幅扫描接线端(33)与梯形波变换模块(2)的输出端相连；
两个功率放大器(4)，两个功率放大器(4)的输入端分别连接有一个扫描选择开关，所述扫描选择开关包括扫描公共接线端(51)、圆扫描接线端(52)、方扫描接线端(53)和满幅扫描接线端(54)，所述扫描公共接线端(51)与功率放大器(4)的输入端相连，所述圆扫描接线端(52)与正交振荡器(1)的输出端相连，所述方扫描接线端(53)与梯形波变换模块(2)的输出端相连，所述满幅扫描接线端(54)与满幅发生模块的输出端相连；
线圈组，所述线圈组包括水平线圈(61)和垂直线圈(62)，所述水平线圈(61)与一个功率放大器(4)的输出端相连，所述垂直线圈(62)与另一个功率放大器(4)的输出端相连，以便当扫描公共接线端(51)连接圆扫描接线端(52)时，所述线圈组产生的磁场驱动电子束进行圆扫描；当扫描公共接线端(51)连接方扫描接线端(53)时，所述线圈组产生的磁场驱动电子束进行方扫描；当扫描公共接线端(51)连接满幅扫描接线端(54)且所述满幅公共接线端(31)连接圆满幅扫描接线端(32)时，所述线圈组产生的磁场驱动电子束进行圆满幅扫描；当扫描公共接线端(51)连接满幅扫描接线端(54)且满幅公共接线端(31)连接方满幅扫描接线端(33)时，所述线圈组产生的磁场驱动电子束进行方满幅扫描。
2.根据权利要求1所述的电子束扫描控制系统，其特征在于：所述满幅发生模块包括三角波发生器(71)和两个可变增益放大器(72)，两个可变增益放大器(72)均和三角波发生器(71)相连，以便通过三角波发生器(71)控制两个可变增益放大器(72)的输出信号的幅值，进而实现满幅扫描，所述满幅公共接线端(31)与可变增益放大器(72)的输入端相连，所述满幅扫描接线端(54)与可变增益放大器(72)的输出端相连。
3.一种电子束加速电源，其特征在于，它与如权利要求1或2中所述的电子束扫描控制系统配套使用，它包括依次连接的三相可控硅调压器(8)、升压变压器(9)和三相全波整流器(10)，所述升压变压器(9)用于将三相可控硅调压器(8)的输出电压变换至所需电压，所述三相全波整流器(10)用于将三相电压整定为直流电压。
4.根据权利要求3所述的电子束加速电源，其特征在于：还包括反馈调节电路，所述反馈调节电路包括电流检测模块(111)和控制器(112)，所述电流检测模块(111)的输入端和三相可控硅调压器(8)的输出端相连，所述控制器(112)的输入端和电流检测模块(111)的输出端相连，所述控制器(112)的输出端和三相可控硅调压器(8)的输入端相连，以便电流检测模块(111)将三相可控硅调压器(8)的输出电流值反馈至控制器(112)，控制器(112)根据接收到的输出电流值对三相可控硅调压器(8)进行PID调节，进而稳定三相可控硅调压器(8)的输出。
5.一种电子束熔炼炉，其特征在于，它包括如权利要求1或2所述的电子束扫描控制系统和如权利要求3或4所述的电子束加速电源。
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