專利名稱：連續(xù)變能量輻照加速器的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種加速器的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，特別是一種連續(xù)變能量輻照加速器的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。
背景技術：
目前，輻照加工技術已經(jīng)滲透到社會發(fā)展的各行業(yè)之中，在人們?nèi)粘Ｉ詈蛧医?jīng)貿(mào)發(fā)展中發(fā)揮著不可替代的作用。在輻照加工中，不同的輻照對象需要不同能量的電子束，在實際應用中，多用途的用戶迫切需要一種能夠提供輸出能量連續(xù)變化的輻照加速器。新型的連續(xù)變能量輻照加速器中的加速結構由相連的兩段組成:邊耦合腔低速加速腔段和邊耦合腔高速加速腔段，兩段之間無耦合。通過改變高速加速腔段的輸入功率大小來改變其加速梯度，從而達到改變能量增益的目的。為了使這種新加速結構能夠真正用到輸出能量連續(xù)可調(diào)的輻照加速器中，必須解決兩個加速腔段的輸入功率連續(xù)調(diào)節(jié)和控制問題。目前的輻照加速器領域都采用PLC控制器網(wǎng)完成對整個系統(tǒng)的監(jiān)測和控制，其控制穩(wěn)定可靠，但是復雜、經(jīng)濟性差。

實用新型內(nèi)容實用新型目的:針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種結構簡單的連續(xù)變能量輻照加速器的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，解決加速結構其兩個加速腔段的輸入功率連續(xù)調(diào)節(jié)和控制問題，實現(xiàn)束流能量增益的連續(xù)變化。技術方案:一種連續(xù)變能量輻照加速器的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，包括低電平控制器、外圍電路，所述外圍電路由功率放大器、環(huán)路器A、方向耦合器A、連續(xù)可調(diào)功分器A、高速加速腔段的連續(xù)可調(diào)功分器B及其相應的環(huán)路器B和方向耦合器B構成；功率源向加速結構供給功率，低速加速腔段和高速加速腔段各自的功率信號分別通過場探針輸送到所述低電平控制器調(diào)節(jié)后，經(jīng)所述連續(xù)可調(diào)功分器A分配得到低速加速腔段的輸入功率和高速加速腔段的輸入功率，所述低速加速腔段的輸入功率控制低速加速腔，所述高速加速腔段的輸入功率再經(jīng)所述連續(xù)可調(diào)功分器B分配后控制高速加速腔。本實用新型調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的原理是對加速結構的邊耦合腔低速加速腔段和邊耦合腔高速加速腔段分配不同的輸入功率，再通過高速加速腔段的連續(xù)可調(diào)功分器，實現(xiàn)對高速加速腔段的輸入功率的控制，由于功分器的連續(xù)可調(diào)，使高速加速腔段的加速梯度連續(xù)變化，從而實現(xiàn)束流能量增益的連續(xù)變化。所述低電平控制器通過上位機進行操控，所述低電平控制器與所述上位機由網(wǎng)絡進行實時通訊，所述上位機采用Labview監(jiān)控軟件。有益效果:與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的優(yōu)點是通過低電平控制器和外圍電路單獨控制加速結構每個加速腔段的加速梯度，該調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)結構簡單，變能量調(diào)控引入幅值和相位分別控制的低電平控制器，模塊化、可硬件編程，實現(xiàn)準確、快速地控制，從而實現(xiàn)輻照加速器的連續(xù)變能量。
圖1為本實用新型調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的結構原理圖；圖2為低電平控制器的數(shù)字化幅值、相位控制流程圖；圖3為低電平控制器與上位機的通訊結構圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例，進一步闡明本實用新型，應理解這些實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍，在閱讀了本實用新型之后，本領域技術人員對本實用新型的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。如附圖1所示，一種連續(xù)變能量輻照加速器的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，包括低電平控制器
1、外圍電路，連續(xù)變能量輻照加速器的加速結構是被控對象，其由相連的兩段組成:邊耦合腔低速加速腔段12和邊耦合腔高速加速腔段13，兩段之間無耦合。外圍電路由功率放大器
2、環(huán)路器A3、方向耦合器A4、連續(xù)可調(diào)功分器A5、高速加速腔段的連續(xù)可調(diào)功分器B6及其相應的環(huán)路器B7和方向耦合器B8構成。電子槍9作為功率源向加速結構供給功率，低速加速腔段12和高速加速腔段13各自的功率信號分別通過其對應的場探針10和場探針11感知后輸送到低電平控制器I調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)后的輸出信號經(jīng)功率放大器2、環(huán)路器A3、方向耦合器A4、連續(xù)可調(diào)功分器A5，實現(xiàn)對低速加速腔段12和高速加速腔段13不同的輸入功率，單獨控制兩個加速腔段的加速梯度，低速加速腔段12的輸入功率經(jīng)其對應的功率耦合器耦合后供給高頻功率控制低速加速腔，高速加速腔段13的輸入功率再經(jīng)連續(xù)可調(diào)功分器B6分配后，經(jīng)過環(huán)路器B7、方向耦合器B8、高速加速腔段13對應的功率耦合器耦合后供給高頻功率控制高速加速腔。由于連續(xù)可調(diào)功分器B6的連續(xù)可調(diào)，使高速加速腔段13的加速梯度連續(xù)變化，從而實現(xiàn)束流能量增益的連續(xù)變化。本實用新型中低電平控制器采用數(shù)字化FPGA芯片作為中間控制器，對兩個加速腔段都采用基于矢量幅值、相位的高頻低電平控制技術調(diào)節(jié)功率大小，編寫集合了幅值反饋控制算法和相位反饋控制算法的場控制環(huán)路算法。調(diào)控方法為:信號源提供信號給低電平控制器作為幅值基準和相位基準信號，低電平控制器通過對幅值、相位和頻率的反饋控制，分別穩(wěn)定兩個加速腔段上高頻信號的幅值、相位以及調(diào)節(jié)共振頻率，使功率利用率最大，經(jīng)調(diào)節(jié)使得每個加速腔段上的輸入功率與輸出功率分別相等，即:對于高速加速腔段Pin8(Co1) = Poutll(W1), Pin8表示方向耦合器B8后進入高速加速腔段的輸入功率，Poutll表示經(jīng)過高速加速腔段后從場探針11出來的輸出功率；對于低速加速腔段Pin5(O1)=Poutl0 (W1), Pin5表示連續(xù)可調(diào)功分器A5后進入低速加速腔段的輸入功率，Poutl0表示經(jīng)過低速加速腔段后從場探針10出來的輸出功率。由于頻率和水溫近似成正比關系，該頻率的調(diào)節(jié)通過控制冷卻水的溫度來使得頻率匹配。低電平控制器用于穩(wěn)定高頻信號的幅值和相位，它的性能對束流的品質(zhì)和功率的利用率有很大的影響，功率分配的準確度和易操作程度也與系統(tǒng)息息相關。輻照加速器輸出束流功率的連續(xù)變化需要靠準確度高、響應速度快和操作簡便的自動化程序來保證，因此低電平控制器的性能對系統(tǒng)十分重要。在高頻信號幅值和相位穩(wěn)定的前提下，低電平控制器需要調(diào)節(jié)功分器的功率調(diào)節(jié)機構，使之能夠精確輸出預定的功率值，平穩(wěn)場與功率連續(xù)分配的協(xié)調(diào)控制，從而解決了系統(tǒng)中的場控制環(huán)路與功率調(diào)節(jié)環(huán)路的一致性問題，完成對系統(tǒng)的控制。數(shù)字化FPGA芯片，包括以下模塊:LO信號產(chǎn)生模塊、時鐘網(wǎng)絡模塊、上下變頻模塊、數(shù)字化及其處理模塊、通訊模塊、信號穩(wěn)定度檢測模塊、功分器馬達驅(qū)動模塊、連鎖保護和電源模塊。如附圖2所示，數(shù)字化幅值、相位控制的信號流程為:從信號源來的高頻信號作為時鐘和本振信號的參考輸入，產(chǎn)生分別用于上下變頻的本振信號和模擬量數(shù)字量轉(zhuǎn)換器ADC、數(shù)字量模擬量轉(zhuǎn)換器DAC的時鐘采樣信號，在數(shù)字化幅值、相位控制中，由于工作頻率都很高，而現(xiàn)有的ADC和DAC工作頻率相對較低，因此，必須把所有的高頻頻率下變頻到中頻進行采樣，采樣后的信號進入FPGA后，作必要的數(shù)字信號處理，即運行反饋控制算法，在FPGA中運行的數(shù)字信號處理最后一步都是恢復為中頻信號，然后再上變頻到高頻頻率，反饋入外圍電路作為發(fā)射機的功率放大器中。調(diào)控的實現(xiàn)是通過上位機14與低電平控制器I之間的實時通訊，上位機采用Labview監(jiān)控軟件，通訊方式采用網(wǎng)絡，通訊結構圖如附圖3所示，整個低電平反饋控制邏輯電路作為FPGA內(nèi)核的一個邏輯外設，F(xiàn)PGA內(nèi)核通過對這個外設進行讀寫操作，就能控制和監(jiān)測反饋環(huán)路的狀態(tài)，裝有Labview軟件的上位機就可以通過網(wǎng)絡協(xié)議與軟核進行數(shù)據(jù)交換，從而達到控制和監(jiān)測反饋環(huán)路狀態(tài)的目標。本實用新型的實現(xiàn)過程主要如下:(I)根據(jù)需要采集的8路和控制輸出的2路幅值、相位混合信號，選用恰當?shù)腇PGA芯片，并根據(jù)控制目標編制適當?shù)目刂扑惴ǎ?2)低電平控制器的整體布局，信號源提供信號給低電平控制器作為幅度基準和相位基準信號，低電平控制器與上位機采用網(wǎng)絡進行通訊；(3)完成上位機與低電平控制器的通訊系統(tǒng)；(4)搭建外圍電路；( 5 )對整個系統(tǒng)進行自動化測試。
權利要求1.一種連續(xù)變能量輻照加速器的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，包括低電平控制器(I)、外圍電路，其特征在于:所述外圍電路由功率放大器(2)、環(huán)路器A (3)、方向耦合器A (4)、連續(xù)可調(diào)功分器A (5)、高速加速腔段的連續(xù)可調(diào)功分器B (6)及其相應的環(huán)路器B (7)和方向耦合器B(8)構成；功率源向加速結構供給功率，低速加速腔段和高速加速腔段各自的功率信號分別通過場探針輸送到所述低電平控制器(I)調(diào)節(jié)后，經(jīng)所述連續(xù)可調(diào)功分器A (5)分配得到低速加速腔段的輸入功率和高速加速腔段的輸入功率，所述低速加速腔段的輸入功率控制低速加速腔，所述高速加速腔段的輸入功率再經(jīng)所述連續(xù)可調(diào)功分器B (6)分配后控制高速加速腔。
2.根據(jù)權利要求1所述的連續(xù)變能量輻照加速器的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述低電平控制器通過上位機進行操控，所述低電平控制器與所述上位機由網(wǎng)絡進行實時通τΗ ο
3.根據(jù)權利要求2所述的連續(xù)變能量輻照加速器的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述上位機采用Labview監(jiān)控軟件。
專利摘要本實用新型公開了一種連續(xù)變能量輻照加速器的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，功率源向加速結構供給功率，低速加速腔段和高速加速腔段各自的功率信號分別通過場探針輸送到低電平控制器調(diào)節(jié)后，經(jīng)連續(xù)可調(diào)功分器A分配得到兩段加速腔段的輸入功率，低速加速腔段的輸入功率控制低速加速腔，高速加速腔段的輸入功率再經(jīng)連續(xù)可調(diào)功分器B分配后控制高速加速腔。本實用新型的優(yōu)點是通過低電平控制器和外圍電路單獨控制加速結構每個加速腔段的加速梯度，該調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)結構簡單，變能量調(diào)控引入幅值和相位分別控制的低電平控制器，模塊化、可硬件編程，實現(xiàn)準確、快速地控制，從而實現(xiàn)輻照加速器的連續(xù)變能量。
文檔編號G05B19/418GK203025540SQ201220707799
公開日2013年6月26日 申請日期2012年12月19日 優(yōu)先權日2012年12月19日
發(fā)明者張力平, 孫安, 劉克, 薛培培 申請人:長安大學, 江蘇德佐電子科技有限公司, 江蘇安德信超導加速器科技有限公司, 南京大學