CN113038685B - 用于控制驻波直线加速器的方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例公开了一种用于控制驻波直线加速器的装置，所述驻波直线加速器包括微波功率源、加速管和电机，所述微波功率源连接在所述加速管与所述电机之间，所述装置包括：主处理器，被配置为接收所述加速管输出的反射波信号的包络信号，确定所述包络信号的幅度是否大于包络阈值，并且当确定所述包络信号的幅度小于所述包络阈值时，通过将所述包络信号的幅度与存储器中存储的包络参考信号进行比较来确定是否改变所述电机的转动方向；以及所述存储器，与所述主处理器相连，并且被配置为存储所述包络阈值和所述包络参考信号。

Description

用于控制驻波直线加速器的方法、装置和系统

技术领域

本公开涉及加速器领域，具体地，涉及用于控制驻波直线加速器的方法、装置和系统。

背景技术

用于驻波直线加速器的自动频率控制(AFC)系统通常采用锁相鉴频式AFC系统或基于反射波极小值的AFC系统。锁相鉴频式AFC系统由微波电路和电子电路两部分组成。加速器的入射波和反射波作为锁相鉴频式AFC系统中的微波电路的两个输入信号，这两个输入信号随后经过由可变衰减器、移相器、混合环组成的微波电路处理之后，分别通过两个晶体检波器进行检出以生成两个电信号。锁相鉴频式AFC系统中的电子电路将检波器输出的两个电信号相减，如果相减结果为零，则说明从磁控管输入到加速管的微波频率和加速管的谐振频率相一致，不需调整磁控管输出的微波频率；如果相减结果为正或负，则说明需要调整磁控管输出的微波频率，直到两个检波器的电信号相减后的结果是零为止。基于反射波极小值的AFC系统中的微波电路只接收反射波信号，对反射波信号进行模式变换，并将变换后的信号输入到复杂可编辑逻辑器件(CPLD)，由CPLD根据变换后的信号来控制磁控管的调谐电机，从而使反射波保持在极小值状态。

然而，现在广泛使用的锁相鉴频式AFC系统中的微波电路的结构复杂，调试难度大，并且易受外部环境影响，从而导致可靠性和稳定性较差。此外，对于基于反射波极小值的AFC系统，如果反射波进入全反射状态，则基于反射波极小值的AFC系统无法根据控制算法正确地给出电机的转动方向，并且CPLD的资源有限，不能实现比较复杂的控制算法，因而目前还未在实际产品中得到应用。

发明内容

根据本公开的一个方面，提供了一种用于控制驻波直线加速器的装置，所述驻波直线加速器包括微波功率源、加速管和电机，所述微波功率源连接在所述加速管与所述电机之间，所述装置包括：

主处理器，被配置为接收所述加速管输出的反射波信号的包络信号，确定所述包络信号的幅度是否大于包络阈值，并且当确定所述包络信号的幅度小于所述包络阈值时，通过将所述包络信号的幅度与存储器中存储的包络参考信号进行比较来确定是否改变所述电机的转动方向；以及

所述存储器，与所述主处理器相连，并且被配置为存储所述包络阈值和所述包络参考信号。

根据本公开的实施例，所述主处理器被进一步配置为：

当所述包络信号的幅度大于所述包络参考信号时，确定改变所述电机的转动方向；否则，确定保持所述电机的转动方向不变。

根据本公开的实施例，所述主处理器被进一步配置为：

将所述包络参考信号替换为所述包络信号的幅度并存储在所述存储器中。

根据本公开的实施例，所述主处理器被进一步配置为：

当确定所述包络信号的幅度大于所述包络阈值时，从所述微波功率源接收数字脉冲电流信号，根据所述数字脉冲电流信号来确定所述电机的预置位置，并且将所述电机调整到所述预置位置。

根据本公开的实施例，所述主处理器被进一步配置为：

通过根据所述数字脉冲电流信号查找预先存储的数字脉冲电流信号与预置位置之间的映射关系表，来确定所述电机的预置位置。

根据本公开的实施例，所述装置还包括：

第一预处理器，连接在所述主处理器与所述加速管之间，并且被配置为从所述加速管接收所述反射波信号，对所述反射波信号进行处理以生成所述包络信号，并且向所述主处理器发送所述包络信号；以及

第二预处理器，连接在所述主处理器与所述微波功率源之间，并且被配置为从所述微波功率源接收模拟脉冲电流信号，对所述模拟脉冲电流信号进行处理以生成所述数字脉冲电流信号，并且向所述主处理器发送所述数字脉冲电流信号。

根据本公开的实施例，所述微波功率源是磁控管或速调管。

根据本公开的另一个方面，提供了一种用于控制驻波直线加速器的方法，所述驻波直线加速器包括微波功率源、加速管和电机，所述微波功率源连接在所述加速管与所述电机之间，所述方法包括：

接收所述加速管输出的反射波信号的包络信号；以及

确定所述包络信号的幅度是否大于包络阈值，并且当确定所述包络信号的幅度小于所述包络阈值时，通过将所述包络信号的幅度与存储器中存储的包络参考信号进行比较来确定是否改变所述电机的转动方向。

根据本公开的实施例，通过将所述包络信号的幅度与包络参考信号进行比较来确定是否改变所述电机的转动方向包括：

当所述包络信号的幅度大于所述包络参考信号时，确定改变所述电机的转动方向；否则，确定保持所述电机的转动方向不变。

根据本公开的实施例，所述方法还包括：

将所述包络参考信号替换为所述包络信号的幅度，并存储在所述存储器中。

根据本公开的实施例，所述方法还包括：

当确定所述包络信号的幅度大于所述包络阈值时，从所述微波功率源接收数字脉冲电流信号，根据所述数字脉冲电流信号来确定所述电机的预置位置，并且将所述电机调整到所述预置位置。

根据本公开的实施例，根据所述数字脉冲电流信号来确定所述电机的预置位置包括：

通过根据所述数字脉冲电流信号查找预先存储的数字脉冲电流信号与预置位置之间的映射关系表，来确定所述电机的预置位置。

根据本公开的实施例，所述微波功率源是磁控管或速调管。

附图说明

通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出了根据本公开的实施例的用于控制驻波直线加速器的装置的方框图；

图2示出了根据本公开的实施例的用于控制驻波直线加速器的方法的流程图；以及

图3示出了根据本公开的实施例的用于控制驻波直线加速器的系统的示意图。

附图没有对实施例的所有电路或结构进行显示。贯穿所有附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或特征。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。这里使用的词语“一”、“一个(种)”和“该”等也应包括“多个”、“多种”的意思，除非上下文另外明确指出。此外，在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

图1示出了根据本公开的实施例的用于控制驻波直线加速器的装置100的方框图。驻波直线加速器可以包括微波功率源、加速管和电机。微波功率源可以连接在加速管与电机之间，并且微波功率源可以是磁控管或速调管。当微波功率源的输出频率与加速管的谐振频率相同时，加速管输出的反射波的幅度最小，并且加速管输出的射线最稳定且射线剂量最大。

装置100可以包括：主处理器110和与主处理器110相连的存储器120。主处理器110可以被配置为接收加速管输出的反射波信号的包络信号，确定包络信号的幅度是否大于包络阈值，并且当确定包络信号的幅度小于包络阈值时，通过将包络信号的幅度与存储器120中存储的包络参考信号进行比较来确定是否改变电机的转动方向。存储器120可以被配置为存储包络阈值和包络参考信号。主处理器110可以被进一步配置为：当包络信号的幅度大于包络参考信号时，确定改变电机的转动方向以改变微波功率源输出的微波频率；否则，确定保持电机的转动方向不变。

主处理器110可以被进一步配置为：当确定包络信号的幅度小于包络阈值时，将包络参考信号替换为包络信号的幅度并存储在存储器中。

主处理器110可以被进一步配置为：当确定包络信号的幅度大于包络阈值时，从微波功率源接收数字脉冲电流信号，根据数字脉冲电流信号来确定电机的预置位置，并且将电机调整到预置位置。主处理器110可以被进一步配置为：通过根据数字脉冲电流信号查找预先存储的数字脉冲电流信号与预置位置之间的映射关系表，来确定电机的预置位置。

装置100还可以包括：第一预处理器130和第二预处理器140。第一预处理器130可以连接在加速管与主处理器110之间，并且可以被配置为从加速管接收反射波信号，对反射波信号进行处理以生成上述包络信号，并且向主处理器110发送该包络信号。

第一预处理器130可以包括衰减器、检波器、第一模数转换器和滤波器。衰减器可以与加速管相连，并且可以被配置为对反射波信号进行衰减以生成衰减信号。检波器可以与衰减器相连，并且可以被配置为对衰减信号进行检波以生成表示衰减信号的包络的检波信号。第一模数转换器可以与检波器相连，并且可以被配置为对检波信号进行模数转换以生成第一转换信号。滤波器可以连接在第一模数转换器与主处理器110之间，并且可以被配置为对第一转换信号进行滤波以生成第一滤波信号作为上述包络信号。

第二预处理器140可以连接在微波功率源与主处理器110之间，并且被配置为从微波功率源接收模拟脉冲电流信号，对模拟脉冲电流信号进行处理以生成上述数字脉冲电流信号，并且向主处理器110发送数字脉冲电流信号。

第二预处理器140可以包括第二模数转换器和滤波器。第二模数转换器可以与微波功率源相连，并且可以被配置为对模拟脉冲电流信号进行模数转换以生成第二转换信号。滤波器可以连接在第二模数转换器与主处理器110之间，并且可以被配置为对第二转换信号进行滤波以生成第二滤波信号作为上述数字脉冲电流信号。

本领域技术人员应当清楚的是，上述滤波器可以由FPGA8或CPLD来实现，上述主处理器110可以由ARM处理器、数字信号处理器或其他微处理器来实现，并且上述滤波器和上述主处理器110可以一起集成在单个片上系统(SOC)上。

图2示出了根据本公开的实施例的用于控制驻波直线加速器的方法的流程图。驻波直线加速器可以包括微波功率源、加速管和电机。微波功率源可以连接在加速管与电机之间，并且微波功率源可以是磁控管或速调管。该方法包括以下步骤。

在步骤S210中，确定驻波直线加速器是否出束。当确定驻波直线加速器未出束时，在步骤S220中，当确定包络信号的幅度大于所述包络阈值时，从微波功率源接收数字脉冲电流信号，根据数字脉冲电流信号来确定电机的预置位置，并且将电机调整到预置位置。步骤S220可以包括：通过根据数字脉冲电流信号查找预先存储的数字脉冲电流信号与预置位置之间的映射关系表，来确定电机的预置位置。

当确定驻波直线加速器出束时，在步骤S230中，接收加速管输出的反射波信号的包络信号，并且在步骤S240中，确定包络信号的幅度是否大于包络阈值。

当确定包络信号的幅度大于包络阈值时，可以确定反射波进入全反射状态，因此流程转到步骤S220。

当确定包络信号的幅度小于包络阈值时，在步骤S250，确定包络信号的幅度是否大于包络参考信号。

当确定包络信号的幅度大于包络参考信号时，在步骤S260中，确定改变电机的转动方向；并且当确定包络信号的幅度不大于包络参考信号时，在步骤S270中，确定保持电机的转动方向不变。

在步骤S280中，将包络参考信号替换为包络信号的幅度，并存储在存储器中。

在步骤S290中，在预定时间之后，返回步骤S210以继续上述流程。

与锁相鉴频式AFC系统相比，根据本公开的用于控制驻波直线加速器的装置大大减少了器件的数量，增加了系统的可靠性，并且不需要对电路进行调试，极大地降低了系统的调试难度和工作量；并且与反射波极小值AFC系统相比，根据本公开的用于控制驻波直线加速器的装置解决了当反射波进入全反射状态时无法正确地判断电机转向的问题，并使反射波一直维持在最小值状态，最终使加速器输出剂量稳定在最大值状态。

图3示出了根据本公开的实施例的用于控制驻波直线加速器的系统的示意图。系统300可以包括处理器310，例如，数字信号处理器(DSP)。处理器310可以是用于执行本文所描述的过程的不同动作的单个装置或多个装置。系统300还可以包括输入/输出(I/O)装置330，用于从其他实体接收信号或者向其他实体发送信号。

此外，系统300可以包括存储器320，该存储器320可以具有以下形式：非易失性或易失性存储器，例如，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存等。存储器320可以存储计算机可读指令，当处理器310执行该计算机可读指令时，该计算机可读指令可以使处理器执行本文所述的动作。

附图中示出了一些方框图和/或流程图。应理解，方框图和/或流程图中的一些方框或其组合可以由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，从而这些指令在由该处理器执行时可以创建用于实现这些方框图和/或流程图中所说明的功能/操作的装置。

因此，本公开的技术可以硬件和/或软件(包括固件、微代码等)的形式来实现。另外，本公开的技术可以采取存储有指令的计算机可读介质上的计算机程序产品的形式，该计算机程序产品可供指令执行系统(例如，一个或多个处理器)使用或者结合指令执行系统使用。在本公开的上下文中，计算机可读介质可以是能够包含、存储、传送、传播或传输指令的任意介质。例如，计算机可读介质可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置、器件或传播介质。计算机可读介质的具体示例包括：磁存储装置，如磁带或硬盘(HDD)；光存储装置，如光盘(CD-ROM)；存储器，如随机存取存储器(RAM)或闪存；和/或有线/无线通信链路。

以上的详细描述通过使用示意图、流程图和/或示例，已经阐述了用于控制驻波直线加速器的方法、装置和系统的众多实施例。在这种示意图、流程图和/或示例包含一个或多个功能和/或操作的情况下，本领域技术人员应理解，这种示意图、流程图或示例中的每一功能和/或操作可以通过各种结构、硬件、软件、固件或实质上它们的任意组合来单独和/或共同实现。在一个实施例中，本公开的实施例所述主题的若干部分可以通过专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、或其他集成格式来实现。然而，本领域技术人员应认识到，这里所公开的实施例的一些方面在整体上或部分地可以等同地实现在集成电路中，实现为在一台或多台计算机上运行的一个或多个计算机程序(例如，实现为在一台或多台计算机系统上运行的一个或多个程序)，实现为在一个或多个处理器上运行的一个或多个程序(例如，实现为在一个或多个微处理器上运行的一个或多个程序)，实现为固件，或者实质上实现为上述方式的任意组合，并且本领域技术人员根据本公开，将具备设计电路和/或写入软件和/或固件代码的能力。此外，本领域技术人员将认识到，本公开所述主题的机制能够作为多种形式的程序产品进行分发，并且无论实际用来执行分发的信号承载介质的具体类型如何，本公开所述主题的示例性实施例均适用。信号承载介质的示例包括但不限于：可记录型介质，如软盘、硬盘驱动器、紧致盘(CD)、数字通用盘(DVD)、数字磁带、计算机存储器等；以及传输型介质，如数字和/或模拟通信介质(例如，光纤光缆、波导、有线通信链路、无线通信链路等)。

Claims (11)

1.一种用于控制驻波直线加速器的装置，所述驻波直线加速器包括微波功率源、加速管和电机，所述微波功率源连接在所述加速管与所述电机之间，所述装置包括：

主处理器，被配置为接收所述加速管输出的反射波信号的包络信号，确定所述包络信号的幅度是否大于包络阈值；

当确定所述包络信号的幅度大于所述包络阈值时，从所述微波功率源接收数字脉冲电流信号，根据所述数字脉冲电流信号来确定所述电机的预置位置，并且将所述电机调整到所述预置位置；

当确定所述包络信号的幅度小于所述包络阈值时，通过将所述包络信号的幅度与存储器中存储的包络参考信号进行比较来确定是否改变所述电机的转动方向；以及

所述存储器，与所述主处理器相连，并且被配置为存储所述包络阈值和所述包络参考信号。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述主处理器被进一步配置为：

当所述包络信号的幅度大于所述包络参考信号时，确定改变所述电机的转动方向；否则，确定保持所述电机的转动方向不变。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述主处理器被进一步配置为：

当确定所述包络信号的幅度小于所述包络阈值时，将所述包络参考信号替换为所述包络信号的幅度并存储在所述存储器中。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述主处理器被进一步配置为：

通过根据所述数字脉冲电流信号查找预先存储的数字脉冲电流信号与预置位置之间的映射关系表，来确定所述电机的预置位置。

5.根据权利要求1所述的装置，还包括：

第一预处理器，连接在所述主处理器与所述加速管之间，并且被配置为从所述加速管接收所述反射波信号，对所述反射波信号进行处理以生成所述包络信号，并且向所述主处理器发送所述包络信号；以及

第二预处理器，连接在所述主处理器与所述微波功率源之间，并且被配置为从所述微波功率源接收模拟脉冲电流信号，对所述模拟脉冲电流信号进行处理以生成所述数字脉冲电流信号，并且向所述主处理器发送所述数字脉冲电流信号。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述微波功率源是磁控管或速调管。

7.一种用于控制驻波直线加速器的方法，所述驻波直线加速器包括微波功率源、加速管和电机，所述微波功率源连接在所述加速管与所述电机之间，所述方法包括：

接收所述加速管输出的反射波信号的包络信号；

确定所述包络信号的幅度是否大于包络阈值；

当确定所述包络信号的幅度大于所述包络阈值时，从所述微波功率源接收数字脉冲电流信号，根据所述数字脉冲电流信号来确定所述电机的预置位置，并且将所述电机调整到所述预置位置；以及

当确定所述包络信号的幅度小于所述包络阈值时，通过将所述包络信号的幅度与存储器中存储的包络参考信号进行比较来确定是否改变所述电机的转动方向。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，通过将所述包络信号的幅度与包络参考信号进行比较来确定是否改变所述电机的转动方向包括：

当所述包络信号的幅度大于所述包络参考信号时，确定改变所述电机的转动方向；否则，确定保持所述电机的转动方向不变。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括：

当确定所述包络信号的幅度小于所述包络阈值时，将所述包络参考信号替换为所述包络信号的幅度，并存储在所述存储器中。

10.根据权利要求7所述的方法，其中，根据所述数字脉冲电流信号来确定所述电机的预置位置包括：

通过根据所述数字脉冲电流信号查找预先存储的数字脉冲电流信号与预置位置之间的映射关系表，来确定所述电机的预置位置。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的方法，其中，所述微波功率源是磁控管或速调管。

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