CN112763827B - 一种加速器电子管老化预警系统及其判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种加速器电子管老化预警系统及其判断方法，包括高频机单元、加速器单元以及控制单元，采集高频机单元内的阳极电流信号与阳极电压信号输送至控制单元内，采集加速器单元内的输出能量信号以及输出束流信号输送至控制单元内，采集高频机单元内电子管的出水温度信号输送至控制单元内，控制单元对阳极电流信号、阳极电压信号、输出能量信号、输出束流信号以及出水温度信号进行处理分析并发出老化预警提醒。通过各个采集电路采集所需的各个信号，然后对各种信号进行处理，并与内置的预警阈值进行对比，从而判断是否已经老化，实现了实时监控以及精准的预警判断，从而降低了维修成本，提高了电子加速器的使用效率。

Description

一种加速器电子管老化预警系统及其判断方法

技术领域

本发明涉及电子加速器技术领域，尤其是涉及一种加速器电子管老化预警系统及其判断方法。

背景技术

随着电子加速器的辐照应用的越来越广泛，目前市场上高频高压(DD)型的电子加速器仍是主流，DD电子加速器，又称"地那米"加速器，是安放在密封钢筒内，里面充以高压绝缘气体的钢筒1内壁安放有两个半圆筒形的高频电极2的一种加速器，在高频电极2之间设置电晕环3以及整流器，DD型电子加速器性能稳定可靠、运行状况良好，电子辐射加速器目前在国内主要用于辐射交联电线电缆和热收缩材料的辐射加工，在国外已广泛用于乙烯发泡材料的交联、轮胎橡胶的处理、复合材料与涂层的固化、烟气脱硫、食品保鲜和医用材料消毒等领域。

DD型电子加速器设备的供电电源主要由高频机提供，高频机的功率核心器件是电子管，而电子管的使用寿命因现场实际使用情况不同，一般数千小时不等，老化退役的时间存在较大的随机性，而这种随机性导致了对电子管老化判断的时效性大大降低，有时需要停机检查，浪费人力物力，同时降低加速器的效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够实时监控电子管实际工况并能发出预警的加速器电子管老化预警系统及其判断方法。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种加速器电子管老化预警系统，包括用于向加速器供应电源的高频机单元、加速器单元以及用于控制高频机单元与加速器单元的控制单元，采集所述的高频机单元内的阳极电流信号与阳极电压信号输送至控制单元内，采集所述的加速器单元内的输出能量信号以及输出束流信号输送至控制单元内，采集高频机单元内电子管的出水温度信号输送至控制单元内，所述的控制单元对阳极电流信号、阳极电压信号、输出能量信号、输出束流信号以及出水温度信号进行处理分析并发出老化预警提醒。

进一步具体的，所述的阳极电流信号的采集电路包括电流采集输入端，所述的电流采集输入端分出三路，第一路连接电流采样输出端，第二路通过电流采样电阻后接地，第三路连接第一可变电阻的第一端；所述第一可变电阻的第二端分为四路，第一路连接第一电流表后接地，第二路连接第一电流采样二极管后接地，第三路连接第二电流采样二极管后接地，第四路连接电流采样电容后接地；所述的第一电流采样二极管与第二电流采样二极管连接方向相反。

进一步具体的，所述的阳极电压信号的采样电路包括电压采样输入端，所述的电压采集输入端通过第一电压保护电路后分为三路，第一路通过电压采样电阻后接地，第二路通过电压采样电容后接地，第三路连接电压采样输出端。

进一步具体的，在所述的第一电压保护电路之后设置第二电压保护电路，所述的第一电压保护电路与第二电压保护电路的结构一致；所述的第一电压保护电路由第一电压表、第一电压采样二极管、第二电压采样二极管、第二可变电阻以及电压保护电容并联组成；所述的第一电压采样二极管与第二电压采样二极管连接方向相反。

进一步具体的，在所述的第一电压保护电路的输出端通过球隙保护后接地。

进一步具体的，所述的输出能量信号的采集是通过在加速器单元的能量测量电阻组件的输出端上设置一能量采集电阻而得，所述的能量采集电阻一端接地。

进一步具体的，所述的输出束流信号的采集是通过在加速器单元的高频扼流圈的输入端上设置一束流采集电阻而得，所述的束流采集电阻一端接地。

进一步具体的，所述的出水温度信号的采集是通过在电子管的冷却水回水管道上安装温度传感器实现。

一种加速器电子管老化预警系统的判断方法，该判断方法的步骤为：

S1、采集阳极电流信号、阳极电压信号、输出能量信号、输出束流信号以及出水温度信号传输至控制单元内进行信号处理；

S2、实时选取两个时间点的阳极电流信号、阳极电压信号、输出能量信号、输出束流信号以及出水温度信号，计算每个时间点的电子管效率相对值P_E，并计算两个时间点的电子管效率相对值P_E的效率差值△P，计算两个时间点的出水温度之间的差值△T，根据△P与△T计算预警值n；

S3、将预警值n与预先在控制单元内设置的预警阈值进行对比，当预警值n落在预警阈值内，则发出预警信号，若预警值n未落在预警阈值内则将预警值进行保存。

进一步具体的，所述的电子管效率相对值P_E的计算公式如下，

P_E≈P＝E*I/Va*Ia，

其中，P为加速器效率，E为输出能量，I为输出束流，Va为阳极电压，Ia为阳极电流；

所述的预警值n的计算公式如下，

n＝△T*△P。

本发明的有益效果是：通过上述系统以及判断方法，通过各个采集电路采集所需的各个信号，然后通过控制单元对各种信号进行处理，并与内置的预警阈值进行对比，从而判断是否已经老化，而且能够根据从开始使用后若干预警值的趋势判断老化的时间，从而能够更好的实现对电子管老化的预警，实现了实时监控以及精准的预警判断，从而降低了维修成本，提高了电子加速器的使用效率。

附图说明

图1是本发明流程图；

图2是本发明高频机单元的电路示意图；

图3是本发明加速器单元的电路示意图；

图4是本发明老化预警判断的控制流程图。

图中：1、钢筒；2、高频电极；3、电晕环。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示一种加速器电子管老化预警系统，该系统可根据实际工作情况对电子管的老化进行实时预警，该系统包括用于向加速器供应电源的高频机单元、加速器单元以及用于控制高频机单元与加速器单元的控制单元，控制单元采用PLC控制系统，采集所述的高频机单元内的阳极电流信号与阳极电压信号输送至控制单元内，阳极电流信号以及阳极电压信号通过在高频机单元内设置的阳极电流信号采集电路以及阳极电压信号采集电路实现；同时需要采集所述的加速器单元内的输出能量信号以及输出束流信号输送至控制单元内，输出能量信号通过采集能量测量电阻组件RZ的信号而得，输出束流信号通过采集束流测量回路的束流采集电阻R4回流电流信号而得；采集电子管G的出水温度信号输送至控制单元内，出水温度信号通过采集冷却水回水温度而得；所述的控制单元对阳极电流信号、阳极电压信号、输出能量信号、输出束流信号以及出水温度信号进行处理分析并发出老化预警提醒。

进一步，如图2所示所述的阳极电流信号的采集电路包括电流采集输入端，电流输入端连接在电源(由硅整流器输出)的阳极上，即接收电源的阳极信号，所述的电流采集输入端分出三路，第一路连接电流采样输出端CZ1，在该电流采样输出端CZ1输出采样结果至控制单元内，第二路通过电流采样电阻R1后接地，第三路连接第一可变电阻W1的第一端；所述第一可变电阻W1的第二端分为四路，第一路连接第一电流表A1后接地，第一电流表A1可直接读出电流数值，第二路连接第一电流采样二极管D1后接地，第三路连接第二电流采样二极管D2后接地，第四路连接电流采样电容C1后接地；所述的第一电流采样二极管D1与第二电流采样二极管D2连接方向相反，同时，在安装该采样电路的柜体上接地，防止漏电事件发生。

如图2所示阳极电压信号的采样电路包括电压采样输入端，所述的电压采集输入端通过第一电压保护电路后分为三路，第一路通过电压采样电阻R2后接地，第二路通过电压采样电容C2后接地，第三路连接电压采样输出端CZ2，在该电压采样输出端CZ2输出采样结果至控制单元内；在所述的第一电压保护电路之后设置第二电压保护电路，所述的第一电压保护电路与第二电压保护电路的结构一致；所述的第一电压保护电路由第一电压表V1、第一电压采样二极管D3、第二电压采样二极管D4、第二可变电阻W2以及第一电压保护电容C3并联组成，即第一电压表V1、第一电压采样二极管D3、第二电压采样二极管D4、第二可变电阻W2以及第一电压保护电容C3之间相互并联；所述的第一电压采样二极管D3与第二电压采样二极管D4连接方向相反；所述的第二电压保护电路由第二电压表V2、第三电压采样二极管D5、第四电压采样二极管D6、第三可变电阻W3以及第二电压保护电容C4并联组成；所述的第三电压采样二极管D5与第四电压采样二极管D6连接方向相反；同时在所述的第一电压保护电路的输出端通过球隙保护B后接地。

同时，第二电压保护电路可以去掉，该电路主要目的是方便读取电压数值，第一电压表V1与第二电压表V2都能够读取电压数值，更直观的看到阳极电压。

如图3所示输出能量信号的采集是通过在加速器单元的能量测量电阻组件RZ的输出端上设置一能量采集电阻R3而得，所述的能量采集电阻R3一端接地，该能量采集电阻R3将采集的信号传输至控制单元内进行处理；输出束流信号的采集是通过在加速器单元的高频扼流圈L4的输入端上设置一束流采集电阻R4而得，所述的束流采集电阻R4一端接地，该束流采集电阻R4将采集的信号传输至控制单元内进行处理。

出水温度信号的采集时通过在电子管的冷却水回水管道上安装温度传感器T实现，温度传感器T采用的型号为PT100，温度传感器T采集冷却水回水管道的温度信号传输至控制单元内。

基于上述系统，如图4所示设计一种加速器电子管老化预警系统的判断方法，该判断方法的步骤为：

S1、通过阳极电流信号采集电路采集阳极电流信号，通过阳极电压信号采集电路采集阳极电压信号，通过能量采集电阻采集输出能量信号，通过束流采集电阻采集输出束流信号，通过温度传感器T采集出水温度信号，并将上述各个信号传输至控制单元内进行信号处理。

S2、从电子加速器开始工作，实时选取两个时间点为S1与S2，这两个时间点之间的间隔，可以根据实际需求在控制单元内进行设置，同时在控制单元内还需设置一预警阈值来对电子管老化进行判断。

首先需要计算电子管效率相对值P_E，其计算公式如下，

P_E≈P＝E*I/Va*Ia，

其中，P为加速器效率，E为输出能量，I为输出束流，Va为阳极电压，Ia为阳极电流。

之后需要计算预警值n，其计算公式如下，

n＝△T*△P。

第一步，计算时间点为S1时电子管效率相对值P_E1，采集的阳极电流信号为Ia1，阳极电压信号为Va1，输出能量信号为E1，输出束流信号为I1，出水温度信号为T1，根据以下公式得到

P_E1≈P1＝E1*I1/Va1*Ia1。

第二步，计算时间点为S2时电子管效率相对值P_E2，采集的阳极电流信号为Ia2，阳极电压信号为Va2，输出能量信号为E2，输出束流信号为I2，出水温度信号为T2，根据以下公式得到

P_E2≈P2＝E2*I2/Va2*Ia2。

第三步，计算时间点S1与S2电子管效率相对值的效率差值△P，

△P＝P_E1-P_E2。

第四步，计算时间点S1与S2出水温度之间的差值△T，

△T＝T1-T2。

第五步，计算预警值n，根据公式n＝△T*△P计算而得。

S3、将预警值n与预先在控制单元内设置的预警阈值进行对比，当预警值n落在预警阈值内，则发出预警信号，若预警值n未落在预警阈值内则将预警值进行保存，将该次保存的预警值与之前保存的预警值、之后保存的预警值总结分析，可以得到所有预警值的走向趋势，从而能够实现对电子管老化时间的预知，提前做好防护维修工作。

综上，通过上述系统以及判断方法的使用，实现对各种数据的采集同时进行分析、处理以及判断，从而能够实时得到该电子管是否老化，以及判断电子管即将老化的时间，能够提前预知，提前准备以及维修，实现了实时监控以及精准的预警判断，从而降低了维修成本，提高了电子加速器的使用效率。

需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，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、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种加速器电子管老化预警系统，包括用于向加速器供应电源的高频机单元、加速器单元以及用于控制高频机单元与加速器单元的控制单元，其特征在于，采集所述的高频机单元内的阳极电流信号与阳极电压信号输送至控制单元内，采集所述的加速器单元内的输出能量信号以及输出束流信号输送至控制单元内，采集高频机单元内电子管的出水温度信号输送至控制单元内，所述的控制单元对阳极电流信号、阳极电压信号、输出能量信号、输出束流信号以及出水温度信号进行处理分析并发出老化预警提醒；

实时选取两个时间点的阳极电流信号、阳极电压信号、输出能量信号、输出束流信号以及出水温度信号，计算每个时间点的电子管效率相对值P_E，并计算两个时间点的电子管效率相对值P_E的效率差值△P，计算两个时间点的出水温度之间的差值△T，根据△P与△T计算预警值n。

2.根据权利要求1所述的加速器电子管老化预警系统，其特征在于，所述的阳极电流信号的采集电路包括电流采集输入端，所述的电流采集输入端分出三路，第一路连接电流采样输出端，第二路通过电流采样电阻后接地，第三路连接第一可变电阻的第一端；所述第一可变电阻的第二端分为四路，第一路连接第一电流表后接地，第二路连接第一电流采样二极管后接地，第三路连接第二电流采样二极管后接地，第四路连接电流采样电容后接地；所述的第一电流采样二极管与第二电流采样二极管连接方向相反。

3.根据权利要求1所述的加速器电子管老化预警系统，其特征在于，所述的阳极电压信号的采样电路包括电压采样输入端，所述的电压采样 输入端通过第一电压保护电路后分为三路，第一路通过电压采样电阻后接地，第二路通过电压采样电容后接地，第三路连接电压采样输出端。

4.根据权利要求3所述的加速器电子管老化预警系统，其特征在于，在所述的第一电压保护电路之后设置第二电压保护电路，所述的第一电压保护电路与第二电压保护电路的结构一致；所述的第一电压保护电路由第一电压表、第一电压采样二极管、第二电压采样二极管、第二可变电阻以及电压保护电容并联组成；所述的第一电压采样二极管与第二电压采样二极管连接方向相反。

5.根据权利要求3或4所述的加速器电子管老化预警系统，其特征在于，在所述的第一电压保护电路的输出端通过球隙保护后接地。

6.根据权利要求1所述的加速器电子管老化预警系统，其特征在于，所述的输出能量信号的采集是通过在加速器单元的能量测量电阻组件的输出端上设置一能量采集电阻而得，所述的能量采集电阻一端接地。

7.根据权利要求1所述的加速器电子管老化预警系统，其特征在于，所述的输出束流信号的采集是通过在加速器单元的高频扼流圈的输入端上设置一束流采集电阻而得，所述的束流采集电阻一端接地。

8.根据权利要求1所述的加速器电子管老化预警系统，其特征在于，所述的出水温度信号的采集是通过在电子管的冷却水回水管道上安装温度传感器实现。

9.一种加速器电子管老化预警系统的判断方法，其特征在于，该判断方法的步骤为：

S1、采集高频机单元的阳极电流信号与阳极电压信号，采集加速器单元的输出能量信号与输出束流信号，采集高频机内电子管的出水温度信号，并将上述信号传输至控制单元内进行信号处理；

S2、实时选取两个时间点的阳极电流信号、阳极电压信号、输出能量信号、输出束流信号以及出水温度信号，计算每个时间点的电子管效率相对值P_E，并计算两个时间点的电子管效率相对值P_E的效率差值△P，计算两个时间点的出水温度之间的差值△T，根据△P与△T计算预警值n；

S3、将预警值n与预先在控制单元内设置的预警阈值进行对比，当预警值n落在预警阈值内，则发出预警信号，若预警值n未落在预警阈值内则将预警值进行保存。

10.根据权利要求9所述的加速器电子管老化预警系统的判断方法，其特征在于，所述的电子管效率相对值P_E的计算公式如下，

P_E≈P＝E*I/Va*Ia，

其中，P为加速器效率，E为输出能量，I为输出束流，Va为阳极电压，Ia为阳极电流；

所述的预警值n的计算公式如下，

n＝△T*△P。

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