CN204360122U - 一种频率自动调谐控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种离子加速装置的高频腔体频率控制技术领域，尤其是涉及一种频率自动调谐控制系统。包括漂移管型高频谐振腔体，腔体内插有预置的调谐器，设置在腔体内的取样环通过取样线路与用于显示从腔体取样回来的电压信号的示波器相连，调谐器上设置有驱动电机，驱动电机通过控制线路与控制计算机相连接，调谐器通过法兰和腔体连接，控制计算机通过电压转换频率的算法来比较腔体设计频率和腔体实际频率之间的频率差值来控制驱动电机工作。其实用于任何需要在稳定频率工作的高频装置或者有多个高频腔体组成的高频系统，可以远程快速、自动的调谐腔体频率，或者稳定腔体频率在一定的幅度内。

Description

一种频率自动调谐控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种离子加速装置的高频腔体频率控制技术领域，尤其是涉及一种频率自动调谐控制系统。

背景技术

现有技术中，应用于雷达的高频电源技术在加速器领域的应用才极大的推动了现代加速器的发展，鉴于加速器腔体的特殊性，需要的腔体高频必须有很高的稳定性才能工作，因此，高频加速器腔体都带有调谐频率稳定的调谐器。目前常用的腔体调谐系统大都是通过一次固定调谐器的位置，来得到一个对靠近稳定频率的值。然后通过大约30分钟的高功率运行，使整个腔体和整个冷却回路得到一个稳定的温度值，而这时候的温度和设定调谐器时的温度一般都不一致，这就使得腔体频率和需要稳定的频率差进一步扩大，进而使得馈入高频腔体的功率损耗比设计或者比预期的要大。而且这种调谐系统的稳定性较差，需要的稳定时间也较长，不利于高频腔体的快速运行。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的缺陷而提供一种频率自动调谐控制系统，其把适当的调谐器预先适当的插入高频腔体内，通过远程控制快速反应电机来控制调谐器的插入或拔出长度，从而达到稳定腔体频率的目的，从而解决了现有技术的问题。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：所述的一种频率自动调谐控制系统，其特点是包括漂移管型高频谐振腔体，腔体内插有预置的调谐器，设置在腔体内的取样环通过取样线路与用于显示从腔体取样回来的电压信号的示波器相连，调谐器上设置有驱动电机，驱动电机通过控制线路与控制计算机相连接，调谐器通过法兰和腔体连接，控制计算机通过电压转换频率的算法来比较腔体设计频率和腔体实际频率之间的频率差值来控制驱动电机工作。

所述的调谐器为圆形，调谐器为多个，多个调谐器插入位置为远离腔体的电磁场集中区域或者电磁场敏感区域，多个调谐器通过控制计算机远程控制的驱动电机来快速插入或拔出，腔体的取样信号在示波器上读出腔体频率值的同时，控制计算机也在读取取回的腔体电压信号，控制计算机经过运算得出该频率值与设备要求的频率值或者设计频率值间的差值，从而通过控制驱动电机移动调谐器，并给出相应的调谐器插入或拔出的长度，达到快速跟踪频率稳定腔体频率的目的。

所述的调谐器由铜制成，呈棒状，其工作原理是通过调节其插入谐振腔体内部的多少来改变腔体的频率而实现的；调谐器的插入长度选择居中，实现完全覆盖由于温度、震动因素造成的正负双向的频率漂移。

所述的驱动电机由腔体的频率取样间接驱动，当腔体的取样频率大于设计频率时，控制计算机通过驱动电机给调谐器拔出的信号，直到腔体的取样频率和设计频率一致；当腔体的取样频率小于设计频率时，控制计算机通过驱动电机给调谐器插入的信号，直到腔体的取样频率和设计频率一致。

所述的控制计算机控制核心是基于高频测试与分析的一套算法，由算法得出调谐器移动的距离，再由控制计算机控制驱动电机完成调谐器的频率调谐，其主要工作原理是通过腔体取样得到电压信号，控制计算机分析该取样信号与设计值之间的相位差，再经过鉴相后分析两路信号的频率差值的大小，并根据判断结果写出算法，从而控制调谐器运动，达到频率的动态跟踪的效果；控制计算机的命令或者驱动电机的控制程序是通过对腔体电压的取样、分析和计算来评估调谐器运动方式的一种集合控制算法。

本实用新型的有益效果：所述的一种频率自动调谐控制系统，其采用的自动调谐装置系统，不只是能在开机瞬间就能快速反应并能快速准确的调谐腔体频率在一个非常稳定的值，而且能高效率的长时间无误的运行，将极大的改善高频腔体品质或者整个高频系统的品质。其主要是用于稳定单个高频腔体或者有很多高频腔体组成的高频系统的频率，使高频腔体因为频率失谐而引起的功率损耗减少到最小。其在更短的时间内能快速的稳定高频腔体的频率，使得高频腔体的运行具有更快的反应速度和更小的损耗。其实用于任何需要在稳定频率工作的高频装置或者有多个高频腔体组成的高频系统，可以远程快速、自动的调谐腔体频率，或者稳定腔体频率在一定的幅度内。

附图说明：

图1：本实用新型的系统原理示意图；

图中所示：1、腔体，2、调谐器，3、取样环，4、取样线路，5、示波器，6、驱动电机，7、控制线路，8、控制计算机，9、法兰。

具体实施方式

下面结合附图来详细说明本实用新型。

如图1所示，所述的一种频率自动调谐控制系统，其特点是在包括漂移管型高频谐振腔体1，腔体1内插有预置的调谐器2，设置在腔体1内的取样环3通过取样线路4与用于显示从腔体取样回来的电压信号的示波器5相连，调谐器2上设置有驱动电机6，驱动电机6通过控制线路7与控制计算机8相连接，调谐器2通过法兰9和腔体1连接，控制计算机8通过比较腔体1设计频率和经过示波器5从腔体取样得到的频率差值来控制驱动电机6工作。

所述的调谐器2为圆形，调谐器为多个，多个调谐器插入位置为远离腔体的电磁场集中区域或者电磁场敏感区域，多个调谐器通过控制计算机远程控制的驱动电机来快速插入或拔出，腔体的取样信号在示波器上读出腔体电压值的同时，控制计算机也在读取取回的腔体电压信号，控制计算机经过运算得出该频率值与设备要求的频率值或者设计频率值间的差值，从而通过控制驱动电机移动调谐器，并给出相应的调谐器插入或拔出的长度，达到快速跟踪频率稳定腔体频率的目的。

所述的调谐器2由铜制成，呈棒状，其工作原理是通过调节其插入谐振腔体内部的多少来改变腔体的频率而实现的；调谐器的插入深度选择居中，实现完全覆盖由于温度、震动因素造成的正负双向的频率漂移。

所述的驱动电机6由腔体1的频率取样间接驱动，当腔体1的取样频率大于设计频率时，控制计算机通过驱动电机给调谐器拔出的信号，直到腔体的取样频率和设计频率一致；当腔体的取样频率小于设计频率时，控制计算机通过驱动电机给调谐器插入的信号，直到腔体的取样频率和设计频率一致。

所述的腔体1为一个时，所有调谐器2的插入和拔出长度一致；局部电磁场耦合特别弱的地方通过设置单个驱动电机速度的方式来局部增大插入和拔出的长度；当需要调谐有很多个高频腔体组成的高频系统时，每个腔体上的调谐器设置一个控制系统分路，所有的控制分路和为一个总的控制系统，所有的控制分路和总的系统命令可以由同一台控制计算机发出。

所述的控制计算机8控制核心是基于高频测试与分析的一套算法，由算法得出调谐器移动的距离，再由控制计算机控制驱动电机完成调谐器的频率调谐，其主要工作原理是通过腔体取样得到电压信号，有控制计算机分析该取样信号与设计值之间的相位差，再经过鉴相后分析两路信号的频率差值的大小，并根据判断结果写出算法，从而控制调谐器运动，达到频率的动态跟踪的效果；控制计算机的命令或者驱动电机的控制程序是通过对腔体电压的取样、分析和计算来评估调谐器运动方式的一种集合控制算法。

所述的调谐器个数按照电场调谐和频率调谐的要求提出的，如对电场影响很小，只对频率有要求就只针对频率范围进行计算；如果对电场要求高则需要在需要调谐电场的地方设置调谐器，计算的方法是使用行业通用的3D电磁场软件Microwave Studio来计算电场和频率变化，尺寸范围如前所述，覆盖范围满足要求即可。(例1：如需要一个直径10mm的圆形调谐器插入5mm才能得到运行频率，这时如果用两个同尺寸的调谐器的话，每个插入调谐器的长度就接近2.5mm，如果有5个同样的调谐器，每个插入长度接近1mm。例2：如果高频腔体很小，一个调谐器就能满足调频需要，一个调谐器的微调就能使高频腔体产生敏感的频率或者电场变化。例3：如果高频腔体非常大，一个调谐器即使插入很深，也很难改变频率，这时，就需要增大调谐器的尺寸，或者增多调谐器的个数。)

所述的一种频率自动调谐控制系统，其实施的示意图如图1所示。通过预插入调谐器的方式使得腔体的频率能在正负范围内调谐。整个系统的频率自动调谐方式为：从取样环取出的现有腔体电压信号并有控制计算机转换为腔体实际频率信号，控制计算机再比较腔体实际频率和设计频率之间的差值，当设计值大于取样值时，控制器自动控制调谐器上的驱动电机，使调谐器的插入深度更深，在插入调谐器的同时，控制器随时比较设计值和取样值的差值，直至两者的差值一致；当设计值小于取样值时，控制器自动控制调谐器上的驱动电机，使调谐器的逐渐拔出减少插入腔体的长度，在拔出调谐器的同时，控制器随时比较设计值和取样值的差值，直至两者的差值一致。通过这种频率自动调谐控制系统能快速的追踪腔体频率，并能在几分钟内就能把频率稳定在设计值，而传统的通过水冷方式来调谐腔体频率的方式则需要30分钟到一个小时。

以DT型加速结构的高频谐振腔和四翼型RFQ型加速结构的高频谐振腔为使用例来说明频率自动调谐控制系统的实际应用：DT型加速结构的高频谐振腔和四翼型RFQ型加速结构的高频谐振腔，每个腔都有4个调谐器，调谐器的预插入长度为5mm(毫米)。假设此时图中所示的RFQ型腔体距离需要稳定的频率差为-400KHz/mm(小于稳定频率),所示的IH型腔体距离需要稳定的频率差为400KHz/mm(大于稳定频率),且两个腔体的每个调谐器的敏感度都 为100KHz/mm时，则，RFQ型腔体的4个调谐器都插入1mm，IH型腔体的4个调谐器都拔出1mm即可使两个腔体的高频频率都维持在稳定状态。当上述腔体在馈入功率或者冷却回路的温度变化，又或者腔体周围的环境温度发生变化而引起腔体频率改变时，经由腔体取样信号给控制系统一个启动命令，再有控制系统向电机给出插入或者拔出的命令，直至腔体频率重新稳定在需要的稳定值上。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种频率自动调谐控制系统，其特征是包括漂移管型高频谐振腔体，腔体内插有预置的调谐器，设置在腔体内的取样环通过取样线路与用于显示从腔体取样回来的电压信号的示波器相连，调谐器上设置有驱动电机，驱动电机通过控制线路与控制计算机相连接，调谐器通过法兰和腔体连接，控制计算机通过电压转换频率的算法来比较腔体设计频率和腔体实际频率之间的频率差值来控制驱动电机工作。

2.如权利要求1所述的一种频率自动调谐控制系统，其特征在于：所述的调谐器为圆形，调谐器为多个，多个调谐器插入位置为远离腔体的电磁场集中区域或者电磁场敏感区域，多个调谐器通过控制计算机远程控制的驱动电机来快速插入或拔出，腔体的取样信号在示波器上读出腔体电压值的同时，控制计算机也在读取取回的腔体电压信号，控制计算机经过运算得出该频率值与设备要求的频率值或者设计频率值间的差值，从而通过控制驱动电机移动调谐器，并给出相应的调谐器插入或拔出的距离，达到快速跟踪频率稳定腔体频率的目的。

3.如权利要求1所述的一种频率自动调谐控制系统，其特征在于：所述的调谐器由铜制成，呈棒状。

4.如权利要求1所述的一种频率自动调谐控制系统，其特征在于：所述的驱动电机由腔体的频率取样间接驱动，当腔体的取样频率大于设计频率时，控制计算机通过驱动电机给调谐器拔出的信号，直到腔体的取样频率和设计频率一致；当腔体的取样频率小于设计频率时，控制计算机通过驱动电机给调谐器插入的信号，直到腔体的取样频率和设计频率一致。