本發(fā)明屬于加速器技術領域，具體涉及一種用于加速器微波真空窗打火探測的方法及裝置。

背景技術：

在高功率微波的傳輸過程中，回旋加速器微波真空窗口表面因污損汽化引起的局部真空惡化及表面突起的存在，都可能在介質窗口激發(fā)產(chǎn)生二次電子發(fā)射與倍增效應，俗稱“打火”。打火的產(chǎn)生會導致微波傳輸系統(tǒng)駐波比增大，反射功率增加，對發(fā)射機形成沖擊，同時打火時的高能量釋放會破壞微波真空窗，影響加速器系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運行。

回旋加速器在正式運行前會對真空窗口表面進行預處理和鍛煉來降低窗口打火發(fā)生的概率。但是，在實際運行過程中，加速器開蓋調試及維護過程勢必會惡化真空窗口的大氣環(huán)境，窗口表面將重新吸附水汽雜質，導致處理過程的逆變。

微波真空窗口既要隔離真空又要傳輸高功率微波，會產(chǎn)生高頻打火現(xiàn)象，在保護措施不夠的情況下，打火點會想陶瓷窗移動，使得真空窗破壞。而對微波真空窗口打火保護的前提是打火探測，微波真空窗口打火的探測不同于腔體內的打火探測，腔體打火探測一般采用對腔體取樣的方法，當腔體內能量釋放速率大于打火判斷標準時，將取樣信號微分后與打火標準電平比較得到打火信號。而真空窗打火現(xiàn)象的發(fā)生總是伴隨著大量自由電子的產(chǎn)生，真空窗口的電子濃度可以通過在預計打火區(qū)域插入一個帶正電的探頭來進行測量，根據(jù)測量電流來判斷真空窗口的打火并進行及時的保護，避免損壞微波真空窗口。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于加速器微波真空窗打火探測的方法及裝置，采用這種探測方法和裝置，可以及時探測真空窗內的打火現(xiàn)象并立即切斷高頻源與同軸波導的點連接，避免微波真空窗口的損壞。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案實現(xiàn)：

一種用于加速器微波真空窗打火探測的方法，該方法采用λ/4標準同軸波導實現(xiàn)阻抗變換，所用步驟為：

1)根據(jù)微波真空窗口的物理設計分析，在真空窗口附近連接一段λ/4標準短路同軸波導，同軸波導的一端安裝帶正電的探頭。

2)對真空窗口進行探測，打火現(xiàn)象伴隨著大量自由電子的產(chǎn)生，λ/4標準同軸波導的一端將會接受一定的電子撞擊，這時λ/4標準同軸波導會產(chǎn)生微量的電流信號，另一端的信號放大器對微電流進行放大，當放大電流值大于我們設定的閾值時，對電流信號進行處理來控制高頻源與同軸波導的連接狀態(tài)，實現(xiàn)對高頻窗口的打火探測及硬件保護。

所述λ/4標準同軸波導實現(xiàn)阻抗匹配，采用λ/4波長傳輸線終端短路時，它的輸入阻抗，則另一端為開路。若將它并聯(lián)在高功率微波傳輸線上，對傳輸線無任何影響。利用這特性，可以確保探頭探測的電子都來自于打火產(chǎn)生的自由電子。

所述帶正電的探頭放置在預計打火區(qū)域，吸附打火產(chǎn)生的大量自由電子，從而在探頭中產(chǎn)生一個微小但是可以檢測的電流，電流的數(shù)值可以來表示電子濃度。

所述閾值設為6dB。

所述高頻窗口的打火探測及硬件保護是通過將放大電流信號與設定的閾值6dB進行對比，當放大電流信號大于閾值時，控制系統(tǒng)判斷打火信號產(chǎn)生，啟動關斷RF源的程序，在設定的時間參數(shù)Tw之間RF源前饋系數(shù)為0，在Tw時間之后恢復RF源的前饋系數(shù)，重新開啟RF源。如果打火信號再次產(chǎn)生，再次啟動關斷RF源的程序，重復次數(shù)超過限制時，RF源將一直處于關斷狀態(tài)。

一種用于加速器微波真空窗打火探測的裝置，主要包括電子探測模塊，微電流放大模塊，閾值判斷模塊和主控處理模塊。

電子探測模塊采用帶正電的探頭對微波真空窗口中的自由電子進行探測，大量電子吸附到探頭上之后將產(chǎn)生一個微弱電流，微電流放大模塊將得到的微弱電流進行放大，放大后的電流信號在閾值判斷模塊進行對比來判斷微波真空窗口是否發(fā)生了打火現(xiàn)象。識別打火信號后在主控處理模塊對該信號進行處理，在一定時間內關斷RF源。完成對微波真空窗的打火探測和硬件保護。

所述電子探測模塊為在射頻真空窗口附近連接一段終端短路的λ/4標準同軸波導，該波導尾端開圓孔，將帶正電的探頭穿過圓孔，放置在打火區(qū)域，對打火產(chǎn)生的自由電子進行探測。

所述微電流放大模塊主要由I-V轉換電路和電壓放大組成，電壓放大采用2級普通的反向放大器電路實現(xiàn)。模塊采用低噪聲的設計，同時使用窄帶濾波法提升信號信噪比。

所述主控處理模塊與信號源、RF開關為數(shù)字通信連接。

所述主控處理模塊為FPGA Spartan3。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明可以解決微波真空窗口打火檢測困難的問題，采用這種探測方法和裝置，可以及時探測真空窗內的打火現(xiàn)象并立即切斷高頻源與同軸波導的點連接，避免微波真空窗口的損壞。

附圖說明

為了便于本領域技術人員理解，下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。

圖1為本發(fā)明一種用于加速器微波真空窗打火探測的裝置示意圖；

圖2為圖1中微電流放大模塊示意圖；

圖3為圖2中I-V轉換及電壓放大電路圖。

具體實施方式

下面將結合實施例對本發(fā)明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

一種用于加速器微波真空窗打火探測的裝置，如圖1所示，主要包括電子探測模塊，微電流放大模塊，閾值判斷模塊和主控處理模塊；

電子探測模塊采用帶正電的探頭對微波真空窗口中的自由電子進行探測，大量電子吸附到探頭上之后將產(chǎn)生一個微弱電流；微電流放大模塊將得到的微弱電流進行放大，放大后的電流信號在閾值判斷模塊進行對比來判斷微波真空窗口是否發(fā)生了打火現(xiàn)象；識別打火信號后，在主控處理模塊對該信號進行處理，在一定時間內關斷RF源，完成對微波真空窗的打火探測和硬件保護。

電子探測模塊為在射頻真空窗口附近連接一段終端短路的λ/4標準同軸波導，該波導尾端開圓孔，將帶正電的探頭穿過圓孔，放置在打火區(qū)域，對打火產(chǎn)生的自由電子進行探測。

微電流放大模塊主要由I-V轉換電路和電壓放大組成，如圖2所示；模塊采用低噪聲的設計，同時使用窄帶濾波法提升信號信噪比，并設有內外屏蔽層來抑制干擾噪聲；電壓放大采用2級普通的反向放大器電路實現(xiàn)，如圖3所示。

電壓放大倍數(shù)為：

微電流經(jīng)放大后與閾值進行比較，即可判斷打火信號。

主控處理模塊與信號源、RF開關為數(shù)字通信連接。主控處理模塊為FPGA Spartan3。

本發(fā)明的實施方法和步驟主要如下：

1)根據(jù)微波真空窗口的物理設計分析，在真空窗口附近連接一段λ/4標準短路同軸波導，同軸波導的一端安裝帶正電的探頭。

2)對真空窗口進行探測，打火現(xiàn)象伴隨著大量自由電子的產(chǎn)生，λ/4標準同軸波導的一端將會接受一定的電子撞擊，這時λ/4標準同軸波導會產(chǎn)生微量的電流信號，另一端的信號放大器對微電流進行放大，當放大電流值大于我們設定的閾值時，對電流信號進行處理來控制高頻源與同軸波導的連接狀態(tài)，實現(xiàn)對高頻窗口的打火探測及硬件保護。

該方法在微波窗口真空側附近連接一段λ/4標準同軸波導，當真空介質窗口表面電子在射頻電場的作用下，在內外導體之間及介質窗口表面上激發(fā)產(chǎn)生二次電子發(fā)射與倍增效應，即俗稱“打火”，在微放電達到閾值之前，λ/4標準同軸波導將會接受一定的電子撞擊，這時λ/4標準同軸波導內導體會產(chǎn)生微量的電流信號，此時我們在λ/4標準同軸波導另一側安裝相應的測試探針和微電流信號放大器，當轉換信號值大于我們設定的閥值(即微放電閥值為6dB)后，主控處理單元立即切斷高頻源與同軸波導的點連接，從而提前實現(xiàn)對同軸波導的“打火”保護，避免微波真空窗口的損壞。

以上公開的本發(fā)明優(yōu)選實施例只是用于幫助闡述本發(fā)明。優(yōu)選實施例并沒有詳盡敘述所有的細節(jié)，也不限制該發(fā)明僅為所述的具體實施方式。顯然，根據(jù)本說明書的內容，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實際應用，從而使所屬技術領域技術人員能很好地理解和利用本發(fā)明。本發(fā)明僅受權利要求書及其全部范圍和等效物的限制。