一种用于加速器微波真空窗打火探测的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于加速器微波真空窗打火探测的方法及装置，该方法包括：根据微波真空窗口的物理设计分析，在真空窗口附近连接一段λ/4标准短路同轴波导，同轴波导的一端安装带正电的探头，对微波真空窗口进行探测；λ/4标准同轴波导的探头端接受电子撞击，产生微量的电流；对微电流进行放大，当放大电流值大于设定的阈值时，对电流信号进行处理，控制RF源与同轴波导的连接状态，实现对高频窗口的打火探测及硬件保护。该装置包括电子探测模块、微电流放大模块、阈值判断模块和主控处理模块；采用这种探测方法和装置，可以及时探测真空窗内的打火现象并立即切断高频源与同轴波导的点连接，避免微波真空窗口的损坏。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于加速器
，具体涉及一种用于加速器微波真空窗打火探测的方法及装置。
技术介绍
在高功率微波的传输过程中，回旋加速器微波真空窗口表面因污损汽化引起的局部真空恶化及表面突起的存在，都可能在介质窗口激发产生二次电子发射与倍增效应，俗称“打火”。打火的产生会导致微波传输系统驻波比增大，反射功率增加，对发射机形成冲击，同时打火时的高能量释放会破坏微波真空窗，影响加速器系统安全稳定的运行。回旋加速器在正式运行前会对真空窗口表面进行预处理和锻炼来降低窗口打火发生的概率。但是，在实际运行过程中，加速器开盖调试及维护过程势必会恶化真空窗口的大气环境，窗口表面将重新吸附水汽杂质，导致处理过程的逆变。微波真空窗口既要隔离真空又要传输高功率微波，会产生高频打火现象，在保护措施不够的情况下，打火点会想陶瓷窗移动，使得真空窗破坏。而对微波真空窗口打火保护的前提是打火探测，微波真空窗口打火的探测不同于腔体内的打火探测，腔体打火探测一般采用对腔体取样的方法，当腔体内能量释放速率大于打火判断标准时，将取样信号微分后与打火标准电平比较得到打火信号。而真空窗打火现象的发生总是伴随着大量自由电子的产生，真空窗口的电子浓度可以通过在预计打火区域插入一个带正电的探头来进行测量，根据测量电流来判断真空窗口的打火并进行及时的保护，避免损坏微波真空窗口。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于加速器微波真空窗打火探测的方法及装置，采用这种探测方法和装置，可以及时探测真空窗内的打火现象并立即切断高频源与同轴波导的点连接，避免微波真空窗口的损坏。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种用于加速器微波真空窗打火探测的方法，该方法采用λ/4标准同轴波导实现阻抗变换，所用步骤为：1)根据微波真空窗口的物理设计分析，在真空窗口附近连接一段λ/4标准短路同轴波导，同轴波导的一端安装带正电的探头。2)对真空窗口进行探测，打火现象伴随着大量自由电子的产生，λ/4标准同轴波导的一端将会接受一定的电子撞击，这时λ/4标准同轴波导会产生微量的电流信号，另一端的信号放大器对微电流进行放大，当放大电流值大于我们设定的阈值时，对电流信号进行处理来控制高频源与同轴波导的连接状态，实现对高频窗口的打火探测及硬件保护。所述λ/4标准同轴波导实现阻抗匹配，采用λ/4波长传输线终端短路时，它的输入阻抗，则另一端为开路。若将它并联在高功率微波传输线上，对传输线无任何影响。利用这特性，可以确保探头探测的电子都来自于打火产生的自由电子。所述带正电的探头放置在预计打火区域，吸附打火产生的大量自由电子，从而在探头中产生一个微小但是可以检测的电流，电流的数值可以来表示电子浓度。所述阈值设为6dB。所述高频窗口的打火探测及硬件保护是通过将放大电流信号与设定的阈值6dB进行对比，当放大电流信号大于阈值时，控制系统判断打火信号产生，启动关断RF源的程序，在设定的时间参数Tw之间RF源前馈系数为0，在Tw时间之后恢复RF源的前馈系数，重新开启RF源。如果打火信号再次产生，再次启动关断RF源的程序，重复次数超过限制时，RF源将一直处于关断状态。一种用于加速器微波真空窗打火探测的装置，主要包括电子探测模块，微电流放大模块，阈值判断模块和主控处理模块。电子探测模块采用带正电的探头对微波真空窗口中的自由电子进行探测，大量电子吸附到探头上之后将产生一个微弱电流，微电流放大模块将得到的微弱电流进行放大，放大后的电流信号在阈值判断模块进行对比来判断微波真空窗口是否发生了打火现象。识别打火信号后在主控处理模块对该信号进行处理，在一定时间内关断RF源。完成对微波真空窗的打火探测和硬件保护。所述电子探测模块为在射频真空窗口附近连接一段终端短路的λ/4标准同轴波导，该波导尾端开圆孔，将带正电的探头穿过圆孔，放置在打火区域，对打火产生的自由电子进行探测。所述微电流放大模块主要由I-V转换电路和电压放大组成，电压放大采用2级普通的反向放大器电路实现。模块采用低噪声的设计，同时使用窄带滤波法提升信号信噪比。所述主控处理模块与信号源、RF开关为数字通信连接。所述主控处理模块为FPGASpartan3。本专利技术的有益效果在于：本专利技术可以解决微波真空窗口打火检测困难的问题，采用这种探测方法和装置，可以及时探测真空窗内的打火现象并立即切断高频源与同轴波导的点连接，避免微波真空窗口的损坏。附图说明为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。图1为本专利技术一种用于加速器微波真空窗打火探测的装置示意图；图2为图1中微电流放大模块示意图；图3为图2中I-V转换及电压放大电路图。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。一种用于加速器微波真空窗打火探测的装置，如图1所示，主要包括电子探测模块，微电流放大模块，阈值判断模块和主控处理模块；电子探测模块采用带正电的探头对微波真空窗口中的自由电子进行探测，大量电子吸附到探头上之后将产生一个微弱电流；微电流放大模块将得到的微弱电流进行放大，放大后的电流信号在阈值判断模块进行对比来判断微波真空窗口是否发生了打火现象；识别打火信号后，在主控处理模块对该信号进行处理，在一定时间内关断RF源，完成对微波真空窗的打火探测和硬件保护。电子探测模块为在射频真空窗口附近连接一段终端短路的λ/4标准同轴波导，该波导尾端开圆孔，将带正电的探头穿过圆孔，放置在打火区域，对打火产生的自由电子进行探测。微电流放大模块主要由I-V转换电路和电压放大组成，如图2所示；模块采用低噪声的设计，同时使用窄带滤波法提升信号信噪比，并设有内外屏蔽层来抑制干扰噪声；电压放大采用2级普通的反向放大器电路实现，如图3所示。电压放大倍数为：微电流经放大后与阈值进行比较，即可判断打火信号。主控处理模块与信号源、RF开关为数字通信连接。主控处理模块为FPGASpartan3。本专利技术的实施方法和步骤主要如下：1)根据微波真空窗口的物理设计分析，在真空窗口附近连接一段λ/4标准短路同轴波导，同轴波导的一端安装带正电的探头。2)对真空窗口进行探测，打火现象伴随着大量自由电子的产生，λ/4标准同轴波导的一端将会接受一定的电子撞击，这时λ/4标准同轴波导会产生微量的电流信号，另一端的信号放大器对微电流进行放大，当放大电流值大于我们设定的阈值时，对电流信号进行处理来控制高频源与同轴波导的连接状态，实现对高频窗口的打火探测及硬件保护。该方法在微波窗口真空侧附近连接一段λ/4标准同轴波导，当真空介质窗口表面电子在射频电场的作用下，在内外导体之间及介质窗口表面上激发产生二次电子发射与倍增效应，即俗称“打火”，在微放电达到阈值之前，λ/4标准同轴波导将会接受一定的电子撞击，这时λ/4标准同轴波导内导体会产生微量的电流信号，此时我们在λ/4标准同轴波导另一侧安装相应的测试探针和微电流信号放大器，当转换信号值大于我们设定的阀值(即微放电阀值为6dB)后，主控处理单元立即切断高频源与同轴波导的点连接，从而提前实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于加速器微波真空窗打火探测的方法，其特征在于，该方法所用步骤为：1)根据微波真空窗口的物理设计分析，在真空窗口附近连接一段λ/4标准短路同轴波导，同轴波导的一端安装带正电的探头，对微波真空窗口进行探测；2)λ/4标准同轴波导的探头端接受电子撞击，产生微量的电流；3)对微电流进行放大，当放大电流值大于设定的阈值时，对电流信号进行处理，控制RF源与同轴波导的连接状态，实现对高频窗口的打火探测及硬件保护。

【技术特征摘要】
1.一种用于加速器微波真空窗打火探测的方法，其特征在于，该方法所用步骤为：1)根据微波真空窗口的物理设计分析，在真空窗口附近连接一段λ/4标准短路同轴波导，同轴波导的一端安装带正电的探头，对微波真空窗口进行探测；2)λ/4标准同轴波导的探头端接受电子撞击，产生微量的电流；3)对微电流进行放大，当放大电流值大于设定的阈值时，对电流信号进行处理，控制RF源与同轴波导的连接状态，实现对高频窗口的打火探测及硬件保护。2.根据权利要求1所述的一种用于加速器微波真空窗口打火探测的方法，其特征在于，所述λ/4标准同轴波导实现阻抗匹配，λ/4波长传输线终端短路时，输入阻抗Zin＝j∞，则另一端为开路；若将其并联在高功率微波传输线上，对传输线无影响。3.根据权利要求1所述的一种用于加速器微波真空窗口打火探测的方法，其特征在于，所述带正电的探头放置在预计打火区域，吸附打火产生的大量自由电子，从而在探头中产生一个微小但是可以检测的电流。4.根据权利要求1所述的一种用于加速器微波真空窗打火探测的方法，其特征在于，所述阈值设为6dB。5.根据权利要求1所述的一种用于加速器微波真空窗打火探测的方法，其特征在于，所述微波窗口的打火探测及硬件保护是通过将放大电流信号与设定的阈值6dB进行对比，当放大电流信号大于阈值时，判断打火信号产生，启动关断RF源的程序，在设定的时间参数Tw之前RF源前馈系数为0，在Tw时间之后恢复RF源的前馈系数，重新开...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈根，巢楚颉，宋云涛，
申请(专利权)人：合肥中科离子医学技术装备有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34