CN109932621B - 速调管内部打火监测联锁装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了速调管内部打火监测联锁装置，包括：打火信号采集系统、打火信号处理系统、定时系统和联锁系统；打火信号采集系统包括金属暗室、光电二极管和信号放大器；打火信号处理系统包括信号采集卡和信号处理系统；光电二极管采集速调管内部的打火情况并生成打火信号，经信号放大器放大后传输到打火信号处理系统；信号采集卡采集到放大后的打火信号并转换成数字信号并传输给信号处理系统；信号处理系统解调打火信号并记录打火情况，并根据打火情况生成相应的联锁信号传递给定时系统和联锁系统；联锁系统根据信号处理系统传递的联锁信号控制下级系统的启停。本发明通过对速调管内部打火信息的绝对监测，更可靠的保护速调管的安全。

Description

速调管内部打火监测联锁装置

技术领域

本发明涉及对速调管内部打火情况实时监测并对打火进行联锁保护的装置，属于速调管打火保护领域。

背景技术

大连相干光源自由电子激光装置的核心功率源器件采用日本东芝公司生产的速调管，造价昂贵。在速调管工作过程中，尤其是当速调管内部高压产生打火之后，会对整个功率系统输出的稳定性造成很大影响。如果不及时采取措施，切断速调管的工作电源，将对速调管造成永久的损伤。

目前速调管现有的速调管内部打火保护措施是对速调管内部高压结束后的反向电压及电流幅值进行监测。当该幅值超过阈值时，就会报警并对整个功率系统进行联锁保护。由于这种监控是间接性的监控，因此存在着极大的安全隐患。一旦保护电路出现故障，整个保护装置将会失去作用。

目前大功率微波系统的内部打火保护装置的监测阈值是人工设置，并不能很好的反映其中的打火情况。阈值设定的高低直接反映出对速调管内部打火的容忍程度。由于速调管等大功率器件的工作电压在数万伏特，一旦发生内部打火现象，无论对输出微波功率的幅度相位稳定性还是速调管本身安全，都有着极大的影响。

因此就需要发明一种可以绝对的监测加速管内部打火的装置。作为现有打火监测装置的补充，二者一同作用，从而保证速调管在内部打火后，可以立刻对功率源进行联锁，切断速调管的工作电源。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种稳定性高，实时性好可以准确监控速调管内部打火情况，并对速调管系统进行联锁保护的装置。

本发明的技术方案是：使用高精度光电二极管通过速调管的观察窗，对速调管内部打火信息进行实时监控，并对打火信号强度、频率等信息进行采集分析，同时将打火信号转换成联锁信号，用来联锁整个速调管系统，从而起到保护速调管系统的作用。

速调管内部打火监测联锁装置，包括：打火信号采集系统、打火信号处理系统、定时系统5和联锁系统17；

所述打火信号采集系统包括金属暗室11、光电二极管9和信号放大器10；

所述打火信号处理系统包括信号采集卡12和信号处理系统13；

所述金属暗室11安装在速调管3的观察窗14上，所述光电二极管9安装在金属暗室11内部并通过信号线将信号引出金属暗室11；所述信号放大器10置于金属暗室11外，连接光电二极管9和信号采集卡12；所述光电二极管9用于采集速调管3内部的打火情况并生成打火信号，经信号放大器10放大后传输到打火信号处理系统；所述信号采集卡12采集到放大后的打火信号并转换成数字信号并传输给信号处理系统13；所述信号处理系统13用于解调打火信号并记录打火情况，并根据打火情况生成相应的联锁信号传递给定时系统5和联锁系统17；

所述定时系统5包括时序生成器和定时分配器，所述定时分配器安装在时序生成器下游，所述时序生成器根据信号处理系统13传递的联锁信号进行启停并生成定时信号，并通过定时分配器将定时信号分成多路后送到下级系统，用来作为下级系统的触发信号；

所述联锁系统17包括PLC，所述联锁系统17根据信号处理系统13传递的联锁信号控制下级系统的启停。

优选的，所述下级系统包括速调管3、微波功率源4、充电电源1、调制器2。

优选的，所述金属暗室11由2mm厚金属制成，通过法兰安装在速调管3的观察窗14上。

本发明具有以下有益的效果：

本发明通过对速调管内部打火信息的绝对监测，可以更可靠的保护速调管的安全，具有绝对监控，结构简单，布局紧凑，抗干扰性好等优点。较好补充对速调管打火监控与联锁的系统要求。

附图说明

图1为本发明的原理框图；

图2为本发明的结构图；

图3为本发明中FPGA信号流图；

图中：1、充电电源；2、调制器；3、速调管；4、微波功率源；5、定时系统；6、微波加速管；7、石英窗口；8、波导；9、光电二极管；10、信号放大器；11、金属暗室；12、信号采集卡；13、信号处理系统；14、观察窗；15、触发信号；16、联锁信号；17联锁系统。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

如图1-3所示，速调管内部打火监测联锁装置，包括：打火信号采集系统、打火信号处理系统、定时系统5和联锁系统17；

打火信号采集系统包括金属暗室11、光电二极管9和信号放大器10；金属暗室11由2mm厚金属制成，通过一个法兰安装在速调管3的观察窗14上，从而保证金属暗室11内无可见光进入；光电二极管9安装在金属暗室11内，其正面面对速调管观察窗14，使用信号线将信号引出金属暗室11；

打火信号处理系统包括信号采集卡12和信号处理系统13；

信号放大器10置于金属暗室11外，连接光电二极管9和信号采集卡12；

光电二极管9用于采集速调管3内部的打火情况并生成打火信号，经信号放大器10放大后传输到打火信号处理系统；信号采集卡12安装在信号放大器10与信号处理系统13之间，用来采集光电二极管9采集到的打火信号，并将其转换成数字信号，一般采用高速ADC；信号采集卡12采集到放大后的打火信号并转换成数字信号并传输给信号处理系统13；信号处理系统13用于解调打火信号并记录打火情况(包括记录和统计其强度和频率等信息)，并根据打火情况生成相应的联锁信号传递给定时系统5和联锁系统17；

定时系统5包括时序生成器和定时分配器，时序生成器用来生成系列固定周期的时序脉冲，被称为定时信号，它的工作状态由一个联锁信号控制；当联锁信号为高电平时，时序生成器工作；当联锁信号为低电平时，时序生成器停止工作；

定时分配器安装在时序生成器下游，时序生成器根据信号处理系统13传递的联锁信号进行启停并生成定时信号，并通过定时分配器将定时信号分成多路后送到下级系统，用来作为下级系统的触发信号；

联锁系统17包括PLC，联锁系统17根据信号处理系统13传递的联锁信号控制下级系统的启停，其输入端由信号处理系统13输出的联锁信号控制，输出端信号送到下游的速调管3，微波功率源4，充电电源1，调制器2等系统中，用来作为各个系统的联锁信号；联锁系统17的联锁信号变为低时，下游的速调管3，微波功率源4，充电电源1，调制器2等系统停止工作；联锁系统17具有反映时间快的优点。

一种速调管内部打火监测方法，包括以下步骤：

第一步：将光电二极管9安装在速调管3的观察窗14上，并使用一个带法兰的金属暗室11将光电二极管9包裹在其中，保证光电二极管9既可以接受到速调管内的打火信息，又能避免外界可见光信号对其干扰；

第二步：将光电二极管9设置好正常工作所需要的偏置电压，并将其输出信号引出金属暗室11，通过一个信号放大器10，将打火信号传输到一个信号采集卡12上；

第三步：使用信号采集卡12将光电二极管9输出的模拟信号转换成数字信号，将该信号输出到信号处理系统13中；

第四步：通过信号处理系统13对输入信号的处理，去掉背底噪声，记录每次输入信号突变时的幅度和频率，从而统计和记录速调管内部打火次数和幅度；同时，当检测到速调管3内部有打火现象时，立即向定时系统5和联锁系统17输出一个联锁信号；

第五步：定时系统5中的时序生成器产生一个系列固定周期的触发信号，该信号与整个加速器系统的周期相同，并由定时系统5中的定时分配器分配给下级系统；

第六步：设置各个下级系统的控制模块中联锁信号与定时信号的逻辑；当连锁信号是高电平时，定时系统5、微波功率源4、速调管3、充电电源1和调制器2正常工作；当联锁信号为低电平时，定时系统5、微波功率源4、速调管3、充电电源1和调制器2停止工作；当微波功率源4、速调管3、充电电源1和调制器2接受到定时系统5的触发信号时，微波功率源4、速调管3、充电电源1和调制器2正常工作；当触发信号停止时，微波功率源4、速调管3、充电电源1和调制器2不再工作。

实施例2

基于2856MHz 280MW速调管内部打火的监测联锁装置：

2856MHz 280MW速调管是大连相干光源重要的功率源设备，该系统由日本东芝公司生产的两根E3730A速调管和两根E3712速调管组成，每一根速调管在工作时的内部打火现象必须单独保护，为了提高打火保护的可靠性，在本实施例中同时对每一路速调管的内部打火信号进行监测。速调管内部信号组要通过光电二极管9采集，经过信号放大器10放大，被采集到ADC采集卡中，将模拟信号转换成数字信号，使用FPGA电路对采集到的信号进行处理。FPGA工作时，向外部输出一个高电平的联锁信号，当FPGA发现解调后的打火信号幅度超过阈值时，则将联锁信号设置为0。定时系统5由DG645和BNC588组成，DG645根据设定定时向BNC588发出一系列连续的周期性信号，BNC588将这些信号分为若干路，送到各个系统，作为触发信号使用。一个由信号控制系统提供的联锁信号用来控制DG645是否工作。当定式信号为1时，DG645正常工作，反之停止工作。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.速调管内部打火监测联锁装置，其特征在于：包括：打火信号采集系统、打火信号处理系统、定时系统(5)和联锁系统(17)；

所述打火信号采集系统包括金属暗室(11)、光电二极管(9)和信号放大器(10)；

所述打火信号处理系统包括信号采集卡(12)和信号处理系统(13)；

所述金属暗室(11)安装在速调管(3)的观察窗(14)上，所述光电二极管(9)安装在金属暗室(11)内部并通过信号线将信号引出金属暗室(11)；所述信号放大器(10)置于金属暗室(11)外，连接光电二极管(9)和信号采集卡(12)；所述光电二极管(9)用于采集速调管(3)内部的打火情况并生成打火信号，经信号放大器(10)放大后传输到打火信号处理系统；所述信号采集卡(12)采集到放大后的打火信号并转换成数字信号并传输给信号处理系统(13)；所述信号处理系统(13)用于解调打火信号并记录打火情况，并根据打火情况生成相应的联锁信号传递给定时系统(5)和联锁系统(17)；

所述定时系统(5)包括时序生成器和定时分配器，所述定时分配器安装在时序生成器下游，所述时序生成器根据信号处理系统(13)传递的联锁信号进行启停并生成定时信号，并通过定时分配器将定时信号分成多路后送到下级系统，用来作为下级系统的触发信号；

所述联锁系统(17)包括PLC，所述联锁系统(17)根据信号处理系统(13)传递的联锁信号控制下级系统的启停；所述下级系统包括速调管(3)、微波功率源(4)、充电电源(1)、调制器(2)；

所述金属暗室(11)由2mm厚金属制成，通过法兰安装在速调管(3)的观察窗(14)上；

一种速调管内部打火监测方法，包括以下步骤：

第一步：将光电二极管(9)安装在速调管(3)的观察窗(14)上，并使用一个带法兰的金属暗室(11)将光电二极管(9)包裹在其中，保证光电二极管(9)既可以接受到速调管内的打火信息，又能避免外界可见光信号对其干扰；

第二步：将光电二极管(9)设置好正常工作所需要的偏置电压，并将其输出信号引出金属暗室(11)，通过一个信号放大器(10)，将打火信号传输到一个信号采集卡(12)上；

第三步：使用信号采集卡(12)将光电二极管(9)输出的模拟信号转换成数字信号，将该信号输出到信号处理系统(13)中；

第四步：通过信号处理系统(13)对输入信号的处理，去掉背底噪声，记录每次输入信号突变时的幅度和频率，从而统计和记录速调管内部打火次数和幅度；同时，当检测到速调管(3)内部有打火现象时，立即向定时系统(5)和联锁系统(17)输出一个联锁信号；

第五步：定时系统(5)中的时序生成器产生一个系列固定周期的触发信号，该信号与整个加速器系统的周期相同，并由定时系统(5)中的定时分配器分配给下级系统；

第六步：设置各个下级系统的控制模块中联锁信号与定时信号的逻辑；当连锁信号是高电平时，定时系统(5)、微波功率源(4)、速调管(3)、充电电源(1)和调制器(2)正常工作；当联锁信号为低电平时，定时系统(5)、微波功率源(4)、速调管(3)、充电电源(1)和调制器(2)停止工作；当微波功率源(4)、速调管(3)、充电电源(1)和调制器(2)接受到定时系统(5)的触发信号时，微波功率源(4)、速调管(3)、充电电源(1)和调制器(2)正常工作；当触发信号停止时，微波功率源(4)、速调管(3)、充电电源(1)和调制器(2)不再工作。