一種頻率自動(dòng)調(diào)諧控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種離子加速裝置的高頻腔體頻率控制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種頻率自動(dòng)調(diào)諧控制系統(tǒng)。包括漂移管型高頻諧振腔體，腔體內(nèi)插有預(yù)置的調(diào)諧器，設(shè)置在腔體內(nèi)的取樣環(huán)通過取樣線路與用于顯示從腔體取樣回來的電壓信號(hào)的示波器相連，調(diào)諧器上設(shè)置有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過控制線路與控制計(jì)算機(jī)相連接，調(diào)諧器通過法蘭和腔體連接，控制計(jì)算機(jī)通過電壓轉(zhuǎn)換頻率的算法來比較腔體設(shè)計(jì)頻率和腔體實(shí)際頻率之間的頻率差值來控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作。其實(shí)用于任何需要在穩(wěn)定頻率工作的高頻裝置或者有多個(gè)高頻腔體組成的高頻系統(tǒng)，可以遠(yuǎn)程快速、自動(dòng)的調(diào)諧腔體頻率，或者穩(wěn)定腔體頻率在一定的幅度內(nèi)。
【專利說明】
一種頻率自動(dòng)調(diào)諧控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種離子加速裝置的高頻腔體頻率控制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種頻率自動(dòng)調(diào)諧控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，應(yīng)用于雷達(dá)的高頻電源技術(shù)在加速器領(lǐng)域的應(yīng)用才極大的推動(dòng)了現(xiàn)代加速器的發(fā)展，鑒于加速器腔體的特殊性，需要的腔體高頻必須有很高的穩(wěn)定性才能工作，因此，高頻加速器腔體都帶有調(diào)諧頻率穩(wěn)定的調(diào)諧器。目前常用的腔體調(diào)諧系統(tǒng)大都是通過一次固定調(diào)諧器的位置，來得到一個(gè)對(duì)靠近穩(wěn)定頻率的值。然后通過大約30分鐘的高功率運(yùn)行，使整個(gè)腔體和整個(gè)冷卻回路得到一個(gè)穩(wěn)定的溫度值，而這時(shí)候的溫度和設(shè)定調(diào)諧器時(shí)的溫度一般都不一致，這就使得腔體頻率和需要穩(wěn)定的頻率差進(jìn)一步擴(kuò)大，進(jìn)而使得饋入高頻腔體的功率損耗比設(shè)計(jì)或者比預(yù)期的要大。而且這種調(diào)諧系統(tǒng)的穩(wěn)定性較差，需要的穩(wěn)定時(shí)間也較長(zhǎng)，不利于高頻腔體的快速運(yùn)行。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷而提供一種頻率自動(dòng)調(diào)諧控制系統(tǒng)，其把適當(dāng)?shù)恼{(diào)諧器預(yù)先適當(dāng)?shù)牟迦敫哳l腔體內(nèi)，通過遠(yuǎn)程控制快速反應(yīng)電機(jī)來控制調(diào)諧器的插入或拔出長(zhǎng)度，從而達(dá)到穩(wěn)定腔體頻率的目的，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)的問題。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:所述的一種頻率自動(dòng)調(diào)諧控制系統(tǒng)，其特點(diǎn)是包括漂移管型高頻諧振腔體，腔體內(nèi)插有預(yù)置的調(diào)諧器，設(shè)置在腔體內(nèi)的取樣環(huán)通過取樣線路與用于顯示從腔體取樣回來的電壓信號(hào)的示波器相連，調(diào)諧器上設(shè)置有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過控制線路與控制計(jì)算機(jī)相連接，調(diào)諧器通過法蘭和腔體連接，控制計(jì)算機(jī)通過電壓轉(zhuǎn)換頻率的算法來比較腔體設(shè)計(jì)頻率和腔體實(shí)際頻率之間的頻率差值來控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作。
[0005]所述的調(diào)諧器為圓形，調(diào)諧器為多個(gè)，多個(gè)調(diào)諧器插入位置為遠(yuǎn)離腔體的電磁場(chǎng)集中區(qū)域或者電磁場(chǎng)敏感區(qū)域，多個(gè)調(diào)諧器通過控制計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制的驅(qū)動(dòng)電機(jī)來快速插入或拔出的長(zhǎng)度，腔體的取樣信號(hào)在示波器上讀出腔體頻率值的同時(shí)，控制計(jì)算機(jī)也在讀取取回的腔體電壓信號(hào)，控制計(jì)算機(jī)經(jīng)過運(yùn)算得出該頻率值與設(shè)備要求的頻率值或者設(shè)計(jì)頻率值間的差值，從而通過控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)移動(dòng)調(diào)諧器，并給出相應(yīng)的調(diào)諧器插入或拔出的長(zhǎng)度，達(dá)到快速跟蹤頻率穩(wěn)定腔體頻率的目的。
[0006]所述的調(diào)諧器采用銅質(zhì)棒狀，其工作原理是通過調(diào)節(jié)其插入諧振腔體內(nèi)部的多少來改變腔體的頻率而實(shí)現(xiàn)的；調(diào)諧器的插入長(zhǎng)度選擇居中，實(shí)現(xiàn)完全覆蓋由于溫度、震動(dòng)因素造成的正負(fù)雙向的頻率漂移。
[0007]所述的驅(qū)動(dòng)電機(jī)由腔體的頻率取樣間接驅(qū)動(dòng)，當(dāng)腔體的取樣頻率大于設(shè)計(jì)頻率時(shí)，控制計(jì)算機(jī)通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)給調(diào)諧器拔出的信號(hào)，直到腔體的取樣頻率和設(shè)計(jì)頻率一致；當(dāng)腔體的取樣頻率小于設(shè)計(jì)頻率時(shí)，控制計(jì)算機(jī)通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)給調(diào)諧器插入的信號(hào)，直到腔體的取樣頻率和設(shè)計(jì)頻率一致。
[0008]所述的控制計(jì)算機(jī)控制核心是基于高頻測(cè)試與分析的一套算法，由算法得出調(diào)諧器移動(dòng)的距離，再由控制計(jì)算機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)完成調(diào)諧器的頻率調(diào)諧，其主要工作原理是通過腔體取樣得到電壓信號(hào)，控制計(jì)算機(jī)分析該取樣信號(hào)與設(shè)計(jì)值之間的相位差，再經(jīng)過鑒相后分析兩路信號(hào)的頻率差值的大小，并根據(jù)判斷結(jié)果寫出算法，從而控制調(diào)諧器運(yùn)動(dòng)，達(dá)到頻率的動(dòng)態(tài)跟蹤的效果；控制計(jì)算機(jī)的命令或者驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制程序是通過對(duì)腔體電壓的取樣、分析和計(jì)算來評(píng)估調(diào)諧器運(yùn)動(dòng)方式的一種集合控制算法。
[0009]本發(fā)明的有益效果:所述的一種頻率自動(dòng)調(diào)諧控制系統(tǒng)，其采用的自動(dòng)調(diào)諧裝置系統(tǒng)，不只是能在開機(jī)瞬間就能快速反應(yīng)并能快速準(zhǔn)確的調(diào)諧腔體頻率在一個(gè)非常穩(wěn)定的值，而且能高效率的長(zhǎng)時(shí)間無誤的運(yùn)行，將極大的改善高頻腔體品質(zhì)或者整個(gè)高頻系統(tǒng)的品質(zhì)。其主要是用于穩(wěn)定單個(gè)高頻腔體或者有很多高頻腔體組成的高頻系統(tǒng)的頻率，使高頻腔體因?yàn)轭l率失諧而引起的功率損耗減少到最小。其在更短的時(shí)間內(nèi)能快速的穩(wěn)定高頻腔體的頻率，使得高頻腔體的運(yùn)行具有更快的反應(yīng)速度和更小的損耗。其實(shí)用于任何需要在穩(wěn)定頻率工作的高頻裝置或者有多個(gè)高頻腔體組成的高頻系統(tǒng)，可以遠(yuǎn)程快速、自動(dòng)的調(diào)諧腔體頻率，或者穩(wěn)定腔體頻率在一定的幅度內(nèi)。

【專利附圖】

【附圖說明】
:
[0010]圖1:本發(fā)明的系統(tǒng)原理示意圖；
[0011]圖中所示:1、腔體，2、調(diào)諧器，3、取樣環(huán)，4、取樣線路，5、示波器，6、驅(qū)動(dòng)電機(jī)，7、控制線路，8、控制計(jì)算機(jī)，9、法蘭。

【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0013]如圖1所示，所述的一種頻率自動(dòng)調(diào)諧控制系統(tǒng)，其特點(diǎn)是在包括漂移管型高頻諧振腔體1，腔體I內(nèi)插有預(yù)置的調(diào)諧器2，設(shè)置在腔體I內(nèi)的取樣環(huán)3通過取樣線路4與用于顯示從腔體取樣回來的電壓信號(hào)的示波器5相連，調(diào)諧器2上設(shè)置有驅(qū)動(dòng)電機(jī)6，驅(qū)動(dòng)電機(jī)6通過控制線路7與控制計(jì)算機(jī)8相連接，調(diào)諧器2通過法蘭9和腔體I連接，控制計(jì)算機(jī)8通過比較腔體I設(shè)計(jì)頻率和經(jīng)過示波器5從腔體取樣得到的頻率差值來控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)6工作。
[0014]所述的調(diào)諧器2為圓形，調(diào)諧器為多個(gè)，多個(gè)調(diào)諧器插入位置為遠(yuǎn)離腔體的電磁場(chǎng)集中區(qū)域或者電磁場(chǎng)敏感區(qū)域，多個(gè)調(diào)諧器通過控制計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制的驅(qū)動(dòng)電機(jī)來快速插入或拔出的長(zhǎng)度，腔體的取樣信號(hào)在示波器上讀出腔體電壓值的同時(shí)，控制計(jì)算機(jī)也在讀取取回的腔體電壓信號(hào)，控制計(jì)算機(jī)經(jīng)過運(yùn)算得出該頻率值與設(shè)備要求的頻率值或者設(shè)計(jì)頻率值間的差值，從而通過控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)移動(dòng)調(diào)諧器，并給出相應(yīng)的調(diào)諧器插入或拔出的長(zhǎng)度，達(dá)到快速跟蹤頻率穩(wěn)定腔體頻率的目的。
[0015]所述的調(diào)諧器2采用銅質(zhì)棒狀，其工作原理是通過調(diào)節(jié)其插入諧振腔體內(nèi)部的多少來改變腔體的頻率而實(shí)現(xiàn)的；調(diào)諧器的插入深度選擇居中，實(shí)現(xiàn)完全覆蓋由于溫度、震動(dòng)因素造成的正負(fù)雙向的頻率漂移。
[0016]所述的驅(qū)動(dòng)電機(jī)6由腔體I的頻率取樣間接驅(qū)動(dòng)，當(dāng)腔體I的取樣頻率大于設(shè)計(jì)頻率時(shí)，控制計(jì)算機(jī)通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)給調(diào)諧器拔出的信號(hào)，直到腔體的取樣頻率和設(shè)計(jì)頻率一致；當(dāng)腔體的取樣頻率小于設(shè)計(jì)頻率時(shí)，控制計(jì)算機(jī)通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)給調(diào)諧器插入的信號(hào)，直到腔體的取樣頻率和設(shè)計(jì)頻率一致。
[0017]所述的腔體I為一個(gè)時(shí)，所有調(diào)諧器2的插入和拔出長(zhǎng)度一致；局部電磁場(chǎng)耦合特別弱的地方通過設(shè)置單個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)速度的方式來局部增大插入和拔出的長(zhǎng)度；當(dāng)需要調(diào)諧有很多個(gè)高頻腔體組成的高頻系統(tǒng)時(shí)，每個(gè)腔體上的調(diào)諧器設(shè)置一個(gè)控制系統(tǒng)分路，所有的控制分路和為一個(gè)總的控制系統(tǒng)，所有的控制分路和總的系統(tǒng)命令可以由同一臺(tái)控制計(jì)算機(jī)發(fā)出。
[0018]所述的控制計(jì)算機(jī)8控制核心是基于高頻測(cè)試與分析的一套算法，由算法得出調(diào)諧器移動(dòng)的距離，再由控制計(jì)算機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)完成調(diào)諧器的頻率調(diào)諧，其主要工作原理是通過腔體取樣得到電壓信號(hào)，有控制計(jì)算機(jī)分析該取樣信號(hào)與設(shè)計(jì)值之間的相位差，再經(jīng)過鑒相后分析兩路信號(hào)的頻率差值的大小，并根據(jù)判斷結(jié)果寫出算法，從而控制調(diào)諧器運(yùn)動(dòng)，達(dá)到頻率的動(dòng)態(tài)跟蹤的效果；控制計(jì)算機(jī)的命令或者驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制程序是通過對(duì)腔體電壓的取樣、分析和計(jì)算來評(píng)估調(diào)諧器運(yùn)動(dòng)方式的一種集合控制算法。
[0019]所述的調(diào)諧器個(gè)數(shù)按照電場(chǎng)調(diào)諧和頻率調(diào)諧的要求提出的，如對(duì)電場(chǎng)影響很小，只對(duì)頻率有要求就只針對(duì)頻率范圍進(jìn)行計(jì)算；如果對(duì)電場(chǎng)要求高則需要在需要調(diào)諧電場(chǎng)的地方設(shè)置調(diào)諧器，計(jì)算的方法是使用行業(yè)通用的3D電磁場(chǎng)軟件Microwave Stud1來計(jì)算電場(chǎng)和頻率變化，尺寸范圍如前所述，覆蓋范圍滿足要求即可。(例1:如需要一個(gè)直徑10_的圓形調(diào)諧器插入5_才能得到運(yùn)行頻率，這時(shí)如果用兩個(gè)同尺寸的調(diào)諧器的話，每個(gè)插入調(diào)諧器的長(zhǎng)度就接近2.5_，如果有5個(gè)同樣的調(diào)諧器，每個(gè)插入長(zhǎng)度接近1_。例2:如果高頻腔體很小，一個(gè)調(diào)諧器就能滿足調(diào)頻需要，一個(gè)調(diào)諧器的微調(diào)就能使高頻腔體產(chǎn)生敏感的頻率或者電場(chǎng)變化。例3:如果高頻腔體非常大，一個(gè)調(diào)諧器即使插入很深，也很難改變頻率，這時(shí)，就需要增大調(diào)諧器的尺寸，或者增多調(diào)諧器的個(gè)數(shù)。)
[0020]所述的一種頻率自動(dòng)調(diào)諧控制系統(tǒng)，其實(shí)施的示意圖如圖1所示。通過預(yù)插入調(diào)諧器的方式使得腔體的頻率能在正負(fù)范圍內(nèi)調(diào)諧。整個(gè)系統(tǒng)的頻率自動(dòng)調(diào)諧方式為:從取樣環(huán)取出的現(xiàn)有腔體電壓信號(hào)并有控制計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)換為腔體實(shí)際頻率信號(hào)，控制計(jì)算機(jī)再比較腔體實(shí)際頻率和設(shè)計(jì)頻率之間的差值，當(dāng)設(shè)計(jì)值大于取樣值時(shí)，控制器自動(dòng)控制調(diào)諧器上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使調(diào)諧器的插入深度更深，在插入調(diào)諧器的同時(shí)，控制器隨時(shí)比較設(shè)計(jì)值和取樣值的差值，直至兩者的差值一致；當(dāng)設(shè)計(jì)值小于取樣值時(shí)，控制器自動(dòng)控制調(diào)諧器上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使調(diào)諧器的逐漸拔出減少插入腔體的長(zhǎng)度，在拔出調(diào)諧器的同時(shí)，控制器隨時(shí)比較設(shè)計(jì)值和取樣值的差值，直至兩者的差值一致。通過這種頻率自動(dòng)調(diào)諧控制系統(tǒng)能快速的追蹤腔體頻率，并能在幾分鐘內(nèi)就能把頻率穩(wěn)定在設(shè)計(jì)值，而傳統(tǒng)的通過水冷方式來調(diào)諧腔體頻率的方式則需要30分鐘到一個(gè)小時(shí)。
[0021]以DT型加速結(jié)構(gòu)的高頻諧振腔和四翼型RFQ型加速結(jié)構(gòu)的高頻諧振腔為使用例來說明頻率自動(dòng)調(diào)諧控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用:DT型加速結(jié)構(gòu)的高頻諧振腔和四翼型RFQ型加速結(jié)構(gòu)的高頻諧振腔，每個(gè)腔都有4個(gè)調(diào)諧器，調(diào)諧器的預(yù)插入長(zhǎng)度為5_ (毫米)。假設(shè)此時(shí)圖中所示的RFQ型腔體距離需要穩(wěn)定的頻率差為-400KHz/mm(小于穩(wěn)定頻率)，所示的IH型腔體距離需要穩(wěn)定的頻率差為400KHz/mm(大于穩(wěn)定頻率)，且兩個(gè)腔體的每個(gè)調(diào)諧器的敏感度都為lOOKHz/mm時(shí)，則，RFQ型腔體的4個(gè)調(diào)諧器都插入1mm，IH型腔體的4個(gè)調(diào)諧器都拔出Imm即可使兩個(gè)腔體的高頻頻率都維持在穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)上述腔體在饋入功率或者冷卻回路的溫度變化，又或者腔體周圍的環(huán)境溫度發(fā)生變化而引起腔體頻率改變時(shí)，經(jīng)由腔體取樣信號(hào)給控制系統(tǒng)一個(gè)啟動(dòng)命令，再有控制系統(tǒng)向電機(jī)給出插入或者拔出的命令，直至腔體頻率重新穩(wěn)定在需要的穩(wěn)定值上。
[0022]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種頻率自動(dòng)調(diào)諧控制系統(tǒng)，其特征是包括漂移管型高頻諧振腔體，腔體內(nèi)插有預(yù)置的調(diào)諧器，設(shè)置在腔體內(nèi)的取樣環(huán)通過取樣線路與用于顯示從腔體取樣回來的電壓信號(hào)的示波器相連，調(diào)諧器上設(shè)置有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過控制線路與控制計(jì)算機(jī)相連接，調(diào)諧器通過法蘭和腔體連接，控制計(jì)算機(jī)通過電壓轉(zhuǎn)換頻率的算法來比較腔體設(shè)計(jì)頻率和腔體實(shí)際頻率之間的頻率差值來控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作。
2.如權(quán)利要求1所述的一種頻率自動(dòng)調(diào)諧控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的調(diào)諧器為圓形，調(diào)諧器為多個(gè)，多個(gè)調(diào)諧器插入位置為遠(yuǎn)離腔體的電磁場(chǎng)集中區(qū)域或者電磁場(chǎng)敏感區(qū)域，多個(gè)調(diào)諧器通過控制計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制的驅(qū)動(dòng)電機(jī)來快速插入或拔出的長(zhǎng)度，腔體的取樣信號(hào)在示波器上讀出腔體電壓值的同時(shí)，控制計(jì)算機(jī)也在讀取取回的腔體電壓信號(hào)，控制計(jì)算機(jī)經(jīng)過運(yùn)算得出該頻率值與設(shè)備要求的頻率值或者設(shè)計(jì)頻率值間的差值，從而通過控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)移動(dòng)調(diào)諧器，并給出相應(yīng)的調(diào)諧器插入或拔出的距離，達(dá)到快速跟蹤頻率穩(wěn)定腔體頻率的目的。
3.如權(quán)利要求1所述的一種頻率自動(dòng)調(diào)諧控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的調(diào)諧器采用銅質(zhì)棒狀，其工作原理是通過調(diào)節(jié)其插入諧振腔體內(nèi)部的長(zhǎng)度來改變腔體的頻率而實(shí)現(xiàn)的；調(diào)諧器的插入長(zhǎng)度選擇居中，實(shí)現(xiàn)完全覆蓋由于溫度、震動(dòng)因素造成的正負(fù)雙向的頻率漂移。
4.如權(quán)利要求1所述的一種頻率自動(dòng)調(diào)諧控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的驅(qū)動(dòng)電機(jī)由腔體的頻率取樣間接驅(qū)動(dòng)，當(dāng)腔體的取樣頻率大于設(shè)計(jì)頻率時(shí)，控制計(jì)算機(jī)通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)給調(diào)諧器拔出的信號(hào)，直到腔體的取樣頻率和設(shè)計(jì)頻率一致；當(dāng)腔體的取樣頻率小于設(shè)計(jì)頻率時(shí)，控制計(jì)算機(jī)通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)給調(diào)諧器插入的信號(hào)，直到腔體的取樣頻率和設(shè)計(jì)頻率一致。
5.如權(quán)利要求1所述的一種頻率自動(dòng)調(diào)諧控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的控制計(jì)算機(jī)控制核心是基于高頻測(cè)試與分析的一套算法，由算法得出調(diào)諧器移動(dòng)的距離，再由控制計(jì)算機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)完成調(diào)諧器的頻率調(diào)諧，其主要工作原理是通過腔體取樣得到電壓信號(hào)，控制計(jì)算機(jī)分析該取樣信號(hào)與設(shè)計(jì)值之間的相位差，再經(jīng)過鑒相后分析兩路信號(hào)的頻率差值的大小，并根據(jù)判斷結(jié)果寫出算法，從而控制調(diào)諧器運(yùn)動(dòng)，達(dá)到頻率的動(dòng)態(tài)跟蹤的效果；控制計(jì)算機(jī)的命令或者驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制程序是通過對(duì)腔體電壓的取樣、分析和計(jì)算來評(píng)估調(diào)諧器運(yùn)動(dòng)方式的一種集合控制算法。
【文檔編號(hào)】G05B19/04GK104483863SQ201410771970
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月13日
【發(fā)明者】盧亮, 孫列鵬, 張周禮 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所