CN109219227B - 调谐装置及具有其的超导加速腔 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种调谐装置，用于调谐超导加速腔，该调谐装置包括：固定框架、驱动机构、第一联动机构、压电陶瓷致动器及第二联动机构，所述驱动机构设置于所述固定框架，所述驱动机构通过所述第一联动机构与所述压电陶瓷致动器的一端连接，所述压电陶瓷致动器的另一端通过所述第二联动机构与所述超导加速腔的调谐板连接。本发明还提供一种超导加速腔。

Description

调谐装置及具有其的超导加速腔

技术领域

本发明属于超导技术领域，特别涉及一种调谐装置及具有其的超导加速腔。

背景技术

随着超导技术的不断发展，其应用也越来越广泛，其中，超导加速器就是利用超导性的加速腔可以在很小的微波功率下产生很强的加速电场的这一特性，而发展起来的新型加速器，超导加速器的应用可大大缩减加速器的尺寸，降低加速器的功率消耗，因此在经济上和技术上具有巨大的优越性。

在超导直线加速器中，四分之一波长谐振腔(Quarter Wave Resonator，QWR)作为超导加速腔，主要运用于粒子的稳定高效加速。QWR腔体在工作过程中会受到氦压波动、洛伦兹失谐、颤噪等因素影响而发生频率变化。为了使QWR腔体能在设定的频率范围内正常工作，不仅需要在设计和加工上精确调整，同时还需要调谐装置来调节外界因素对腔体的影响，使QWR腔体正常工作。现有的调谐装置由于无法跟上QWR腔体频率的变化，通常会使得频率调谐滞后，达不到实时调谐QWR腔体的目的，进而影响QWR腔体的加速效果。

发明内容

鉴于上述技术问题，为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种调谐装置及具有其的超导加速腔。

根据本发明的一个方面，提供了一种调谐装置，用于调谐超导加速腔，该调谐装置包括：固定框架、驱动机构、第一联动机构、压电陶瓷致动器及第二联动机构，所述驱动机构设置于所述固定框架，所述驱动机构通过所述第一联动机构与所述压电陶瓷致动器的一端连接，所述压电陶瓷致动器的另一端通过所述第二联动机构与所述超导加速腔的调谐板连接。

根据一些实施方式，所述固定框架包括底板、顶板、第一连接杆、导向轴、中间板及第二连接杆，所述底板与所述顶板相对设置，并通过所述第一连接杆连接，所述导向轴底端与所述底板连接，顶端与所述顶板连接，所述中间板设置于所述底板与所述顶板之间，并通过所述第二连接杆与所述底板连接。

根据一些实施方式，所述驱动机构包括步进电机、丝杆、联轴器、步进电机连接座及两个轴承支座，所述步进电机固定于所述步进电机连接座，所述步进电机连接座固定于所述底板，所述丝杆通过所述联轴器与所述步进电机的输出轴连接，所述两个轴承支座分别套设于所述丝杆的两端，且所述两个轴承支座分别固定于所述底板、所述中间板。

根据一些实施方式，所述驱动机构还包括电源，所述电源与所述压电陶瓷致动器电连接，以对所述压电陶瓷致动器通电，使得所述压电陶瓷致动器产生伸缩变形而产生驱动力。

根据一些实施方式，所述第一联动机构包括第一滑动板、螺母、第二滑动板及第三连接杆，所述第一滑动板设置于所述底板与所述中间板之间，并套设于所述导向轴，所述螺母固定于所述第一滑动板并套设于所述丝杆，所述第二滑动板设置于所述中间板与所述顶板之间，并通过所述第三连接杆与所述第一滑动板连接。

根据一些实施方式，所述压电陶瓷致动器的底端与所述第二滑动板固定连接。

根据一些实施方式，所述第二联动机构包括第三滑动板及内导杆，所述第三滑动板设置于所述压电陶瓷致动器的顶端，且套设于所述导向轴，所述内导杆底端与所述第三滑动板固定连接。

根据一些实施方式，所述调谐装置还包括限位机构，所述限位机构包括限位开关座、第一限位开关、第二限位开关及触头，所述限位开关座设置于所述底板的一侧，所述第一限位开关固定于所述限位开关座，并设置于所述第一滑动板的下方，所述第二限位开关固定于所述限位开关座，并设置于所述第一滑动板的上方，所述第一限位开关、第二限位开关均与所述步进电机的电源电连接，所述触头固定于所述第一滑动板的靠近所述限位开关座的一侧。

根据一些实施方式，所述调谐装置还包括辅助机构，所述辅助机构包括弹簧座及弹簧，所述弹簧座固定于所述第三滑动板的上端，并套设于所述第一连接杆，所述弹簧设置于所述弹簧座与所述顶板之间，并套设于所述第一连接杆，所述弹簧两端分别与所述弹簧座、所述顶板连接。

根据本发明的另一方面，还提供了一种超导加速腔，包括调谐装置、腔体及调谐板，所述调谐板设置于所述腔体的底部端口，所述调谐板与所述调谐装置的第二联动机构连接。

本发明的有益效果为：本发明的调谐装置结构紧凑、传动机构短，使得步进电机和压电陶瓷致动器的行程能最大限度地传递到调谐板。而且，压电陶瓷致动器既能产生驱动力起到快速精确响应的效果，同时也能作为传动部件传递步进电机的驱动力，通过步进电机和压电陶瓷致动器的配合使用以实现超导加速腔的实时、精密的调谐。

附图说明

图1为本发明实施例的调谐装置的结构示意图；

图2为本发明实施例的超导加速腔的结构示意图。

附图标记：1-超导加速腔；10-固定框架；11-底板；12-顶板；13-第一连接杆；14-导向轴；15-中间板；16-第二连接杆；20-驱动机构；21-步进电机；22-丝杆；23-联轴器；24-步进电机连接座；25-轴承支座；30-第一联动机构；31-第一滑动板；32-螺母；33-第二滑动板；34-第三连接杆；40-压电陶瓷致动器；50-第二联动机构；52-第三滑动板；51-内导杆；60-限位机构；61-限位开关座；62-第一限位开关；63-第二限位开关；64-触头；70-辅助机构；71-弹簧座；72-弹簧；73-第一波纹管；74-外导杆；75-第一安装板；76-第二波纹管；77-第二安装板；100-调谐装置；201-腔体；202-调谐板；203-法兰；204第四连接杆；205-第四滑动板；206-第五连接杆

具体实施方式

本发明某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本发明的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本发明满足适用的法律要求。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

图1为本发明实施例的调谐装置的结构示意图。如图1所示，该调谐装置100包括固定框架10、驱动机构20、第一联动机构30、压电陶瓷致动器40、第二联动机构50及限位机构60。

如图1所示，固定框架10包括底板11、顶板12、第一连接杆13、导向轴14、中间板15及第二连接杆16。底板11与顶板12相对设置，并通过第一连接杆13连接。导向轴14底端与底板11连接，顶端与顶板12连接。中间板15设置于底板11与顶板12之间，并通过第二连接杆16与底板11连接。

如图1所示，驱动机构20包括步进电机21、丝杆22、联轴器23、步进电机连接座24及轴承支座25。步进电机21固定于步进电机连接座24，步进电机连接座24固定于底板11。丝杆22通过联轴器23与步进电机21的输出轴连接。两个轴承支座25分别套设于丝杆22的两端，且两个轴承支座25分别固定于底板11、中间板15。当步进电机21启动时，步进电机21的输出轴通过联轴器23带动丝杆22转动。

如图1所示，第一联动机构30包括第一滑动板31、螺母32、第二滑动板33及第三连接杆34。第一滑动板31设置于底板11与中间板15之间，并套设于导向轴14，第一滑动板31可于导向轴14上滑动。螺母32固定于第一滑动板31并套设于丝杆22。第二滑动板33设置于中间板15与顶板12之间，并通过第三连接杆34与第一滑动板31连接。当步进电机21的输出轴通过联轴器23带动丝杆22转动时，使得螺母32带动第一滑动板31于导向轴14上滑动，从而通过第三连接杆34带动第二滑动板33一同于导向轴14上滑动。本实施例中，第一联动机构30还包括直线轴承35，直线轴承35设置于第一滑动板31与导向轴14之间以及第二滑动板33与导向轴14之间，当第一滑动板31、第二滑动板33于导向轴14上滑动时，可减小板体直线运动的摩擦力，使板体获得灵敏度高、精度高的平稳直线运动。可以理解，第二连接杆16贯穿第一滑动板31，第三连接杆34贯穿中间板15。

如图1所示，压电陶瓷致动器40的底端与第二滑动板33固定连接。当第二滑动板33于导向轴14上滑动时，可带动压电陶瓷致动器40运动。本实施中，压电陶瓷致动器40是作为传动部件来传递步进电机21的驱动力。可以理解，压电陶瓷致动器40也可以作为驱动部件来产生驱动力的作用，例如，驱动机构20还包括电源(图未示)，电源与压电陶瓷致动器40电连接，可通过电源对压电陶瓷致动器40通电，使得压电陶瓷致动器40产生伸缩变形而产生驱动力。

如图1所示，第二联动机构50包括第三滑动板52及内导杆51。第三滑动板52设置于压电陶瓷致动器40的顶端，并与压电陶瓷致动器40固定连接。第三滑动板52套设于导向轴14，并可于导向轴14上滑动。内导杆51底端与第三滑动板52固定连接。压电陶瓷致动器40运动过程中可驱动第三滑动板52于导向轴14上滑动，并带动内导杆51运动。可以理解，第二联动机构50还包括直线轴承53，直线轴承53设置于第三滑动板52与导向轴14之间，以减小第三滑动板52板体直线运动的摩擦力，使板体获得灵敏度高、精度高的平稳直线运动。

如图1所示，限位机构60包括限位开关座61、第一限位开关62、第二限位开关63及触头64。限位开关座61设置于底板11的一侧，并与底板11固定连接。第一限位开关62固定于限位开关座61，并设置于第一滑动板31的上方。第二限位开关63固定于限位开关座61，并设置于第一滑动板31的下方。第一限位开关62、第二限位开关63均与步进电机21的电源电连接。触头64固定于第一滑动板31的靠近限位开关座61的一侧。当第一滑动板31于导向轴14上滑动时，触头64由第一滑动板31带动于第一限位开关62与第二限位开关63之间运动。当触头64在运动过程中与第一限位开关62或第二限位开关63相触碰时，第一限位开关62或第二限位开关63将断开步进电机21的电源，使得步进电机21停止工作，以防止调谐装置100的行程超出限制，避免造成装置损坏。

如图1所示，调谐装置100还包括辅助机构70。辅助机构70包括弹簧座71、弹簧72、第一波纹管73、外导杆74、第一安装板75、第二波纹管76、第二安装板77。弹簧座71固定于第三滑动板52的上端，并套设于第一连接杆13。弹簧72设置于弹簧座71与顶板12之间，并套设于第一连接杆13。弹簧72两端分别与弹簧座71、顶板连接12。弹簧72通过弹簧座71与第三滑动板52连接，可以增加第三滑动板52与顶板12之间的预紧力，当调谐装置100完成调谐而停止工作时，由于弹簧72的作用，可以防止第三滑动板52由于惯性继续于导向轴14上滑动，从而确保调谐装置100的调谐精度。第一波纹管73设置于第三滑动板52与顶板12之间，并套设于内导杆51。第一波纹管73一方面可以起隔绝真空作用，同时也便于安装时的微调。外导杆74套设于内导杆52，外导杆74底端与顶板12固定连接。第一安装板75固定于外导杆74的顶端。第二波纹管76套设于外导杆74，第二波纹管76的底端与顶板12固定连接。第二安装板77固定于第二波纹管76的顶端。可以理解，第二波纹管76一方面可以起隔绝真空作用，同时也便于安装时的微调。

图2为本发明又一实施例提供的超导加速腔的结构示意图，如图2所示，该超导加速腔1包括调谐装置100腔体201、调谐板202、法兰203、第四连接杆204、第四滑动板205及第五连接杆206。调谐板202设置于腔体201的底部端口。法兰203设置于腔体201的底部端口并将调谐板202密封。第四连接杆204上端与法兰203固定连接，下端与第一安装板75固定连接。第四滑动板205设置于法兰203与第一安装板75之间，并与内导杆52顶端固定连接。第四滑动板205套设于第四连接杆204，并可于第四连接杆204上滑动。第五连接杆206底端与第四滑动板205固定连接，顶端与调谐板202连接。内导杆52运动过程中，可带动第四滑动板205于第四连接杆204上滑动，从而驱动第五连接杆206运动，进而使得调谐板202发生变形，最终来实现对腔体201的调谐。

结合图1及图2，详细介绍本发明实施例的调谐装置100的工作原理如下：

当腔体201需要调谐时，步进电机21启动，步进电机21的输出轴通过联轴器23带动丝杆22转动，丝杆22转动过程中，使得螺母32带动第一滑动板31于导向轴14上滑动，从而通过第三连接杆34带动第二滑动板33一同于导向轴14上滑动，当第二滑动板33于导向轴14上滑动时，可带动压电陶瓷致动器40运动，压电陶瓷致动器40运动过程中可驱动第三滑动板52于导向轴14上滑动，并带动内导杆51运动，内导杆51运动过程中，可带动第四滑动板205于第四连接杆204上滑动，从而驱动第五连接杆206运动，进而使得调谐板202发生变形，最终来实现对腔体201的调谐。

其中，当第一滑动板31于导向轴14上滑动时，触头64由第一滑动板31带动于第一限位开关62与第二限位开关63之间运动，当触头64在运动过程中与第一限位开关62或第二限位开关63相触碰时，第一限位开关62或第二限位开关63将断开步进电机21的电源，使得步进电机21停止工作，从而终止调谐装置100对腔体201的调谐，以防止调谐装置100的行程超出限制，避免造成装置损坏。

可以理解，为实现对腔体201实时、精密的调谐，本发明实施例的调谐装置100在使用时，可首先通过网分仪测试腔体201的频率，再根据腔体201的频率计算并获得所需要调谐的行程，即内导杆52上下运动的距离范围，最后根据所需要调谐的行程制定相应的调谐策略。当腔体201所需要调谐的行程大于100微米，即内导杆52向上或向下运动的距离大于50微米，按照上述工作方式通过步进电机21来实现对腔体201的调谐；当腔体201所需要调谐的行程在0至100微米之间，即内导杆52向上或向下运动的距离小于或等于50微米，可通过电源对压电陶瓷致动器40通电，使得压电陶瓷致动器40产生伸缩变形而产生驱动力，来驱动第三滑动板52于导向轴14上滑动，并带动内导杆51运动，从而通过第四滑动板205及第五连接杆206的传动，进而使得调谐板202发生变形，以实现对腔体201的快速调谐。

需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式。

还需要说明的是，本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，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。

需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

Claims (4)

1.一种调谐装置，用于调谐超导加速腔，该调谐装置包括：固定框架、驱动机构、第一联动机构、压电陶瓷致动器、第二联动机构及辅助机构，所述驱动机构设置于所述固定框架，所述驱动机构通过所述第一联动机构与所述压电陶瓷致动器的一端连接，所述压电陶瓷致动器的另一端通过所述第二联动机构与所述超导加速腔的调谐板连接；

其中，所述固定框架包括：底板、顶板、第一连接杆、导向轴、中间板及第二连接杆，所述底板与所述顶板相对设置，并通过所述第一连接杆连接，所述导向轴底端与所述底板连接，顶端与所述顶板连接，所述中间板设置于所述底板与所述顶板之间，并通过所述第二连接杆与所述底板连接；

其中，所述驱动机构包括：步进电机、丝杆、联轴器、步进电机连接座及两个轴承支座，所述步进电机固定于所述步进电机连接座，所述步进电机连接座固定于所述底板，所述丝杆通过所述联轴器与所述步进电机的输出轴连接，所述两个轴承支座分别套设于所述丝杆的两端，且所述两个轴承支座分别固定于所述底板、所述中间板；

所述第一联动机构包括：第一滑动板、螺母、第二滑动板及第三连接杆，所述第一滑动板设置于所述底板与所述中间板之间，并套设于所述导向轴，所述螺母固定于所述第一滑动板并套设于所述丝杆，所述第二滑动板设置于所述中间板与所述顶板之间，并通过所述第三连接杆与所述第一滑动板连接；其中，所述压电陶瓷致动器的底端与所述第二滑动板固定连接；

所述第二联动机构包括：第三滑动板及内导杆，所述第三滑动板设置于所述压电陶瓷致动器的顶端，且套设于所述导向轴，所述内导杆底端与所述第三滑动板固定连接；

所述辅助机构包括：弹簧座、弹簧、第一波纹管、外导杆及第二波纹管，所述弹簧座固定于所述内导杆的上端，并套设于所述第一连接杆，所述弹簧设置于所述弹簧座与所述顶板之间，并套设于所述第一连接杆，所述弹簧两端分别与所述弹簧座、所述顶板连接；所述第三滑动板与所述顶板之间设置所述第一波纹管，所述第一波纹管并套设于所述内导杆；所述第二波纹管套设于所述外导杆，所述第二波纹管的底端与所述顶板固定连接；所述外导杆套设于所述内导杆，所述外导杆底端与所述顶板连接。

2.根据权利要求1所述的调谐装置，其中，所述驱动机构还包括电源，所述电源与所述压电陶瓷致动器电连接，以对所述压电陶瓷致动器通电，使得所述压电陶瓷致动器产生伸缩变形而产生驱动力。

3.根据权利要求1所述的调谐装置，其中，所述调谐装置还包括限位机构，所述限位机构包括限位开关座、第一限位开关、第二限位开关及触头，所述限位开关座设置于所述底板的一侧，所述第一限位开关固定于所述限位开关座，并设置于所述第一滑动板的上方，所述第二限位开关固定于所述限位开关座，并设置于所述第一滑动板的下方，所述第一限位开关、第二限位开关均与所述步进电机的电源电连接，所述触头固定于所述第一滑动板的靠近所述限位开关座的一侧。

4.一种超导加速腔，包括：如权利要求1-3中任一项所述的调谐装置、腔体及调谐板，所述调谐板设置于所述腔体的底部端口，所述调谐板与所述调谐装置的第二联动机构连接。

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