加速器超导腔的自激稳定控制方法、系统和存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种加速器超导腔的自激稳定控制方法、系统和存储介质。一种加速器超导腔的自激振荡式射频稳定控制系统，包括：外部参考源、控制器组合、放大器、定向耦合器、超导腔和超导腔调谐装置；外部参考源用于生成超导腔的目标振荡信号；放大器用于将自激振荡信号放大后输入定向耦合器；定向耦合器用于检测放大器输入信号和超导腔反射信号的功率，并将检测结果反馈至控制器组合；控制器组合用于控制超导腔产生与目标振荡信号相同的自激振荡信号，并检测超导腔产生的自激振荡信号，并控制超导腔调谐装置对超导腔进行调谐，以使自激振荡信号与目标振荡信号相同。使得超导腔内可以产生稳定的自激振荡信号，提高应用超导腔的加速器的可靠性。

Self excited stability control method, system and storage medium for accelerator superconducting cavity

The invention discloses a self-excited stability control method, a system and a storage medium for an accelerator superconducting cavity. A self-excited oscillation type RF stabilization control system for an accelerator superconducting cavity includes an external reference source, a controller combination, an amplifier, a directional coupler, a superconducting cavity and a superconducting cavity tuning device, an external reference source for generating a target oscillation signal of the superconducting cavity, and an amplifier for amplifying the self-excited oscillation signal and inputting the directional signal. The directional coupler is used to detect the power of the input signal of the amplifier and the reflection signal of the superconducting cavity, and feedback the test result to the controller combination. The controller combination is used to control the superconducting cavity to produce the same self-excited oscillation signal as the target oscillation signal, detect the self-excited oscillation signal produced by the superconducting cavity, and control the superconducting cavity. The cavity tuning device is used to tune the superconducting cavity to make the self-excited oscillation signal the same as the target oscillation signal. The stable self-excited oscillation signal can be generated in the superconducting cavity, and the reliability of the accelerator with the superconducting cavity can be improved.

【技术实现步骤摘要】
加速器超导腔的自激稳定控制方法、系统和存储介质
本专利技术实施例涉及粒子加速技术，尤其涉及一种加速器超导腔的自激稳定控制方法、系统和存储介质。
技术介绍
超导加速器是用超导性的加速腔或超导性的主磁体建成的加速器。其中，利用超导加速腔可以在很小的微波功率下产生很强的加速电场，可大大缩减加速器的尺寸，降低加速器的功率消耗，使超导加速器在经济上和技术上具有巨大的优越性。超导腔具有极高的品质因数(Q值)，一般大于109。高的Q值意味着窄的工作带宽，因此需要超导腔的谐振频率稳定。但超导腔对腔体本身谐振频率的变化很敏感，温度的变化和振颤都会引起超导腔的谐振频率发生变化，非常容易出现的谐振频率漂移。另外，束流在被超导腔加速的过程中会带走超导腔内存储的高频功率，从而造成腔体电场下降。超导腔体内的电场幅度，相位的波动使后续的束团不能得到有效的加速，对束流品质产生影响。因此，如何根据高Q值超导腔的特点，对加速器超导腔的频率、幅度、相位进行稳定控制，是亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种加速器超导腔的自激稳定控制方法、系统和存储介质，使得超导腔内可以产生稳定的自激振荡信号，提高应用超导腔的加速器的可靠性。第一方面，本专利技术实施例提供了一种加速器超导腔的自激振荡式射频稳定控制系统，包括：外部参考源、控制器组合、放大器、定向耦合器、超导腔和超导腔调谐装置；所述外部参考源与所述控制器组合连接，所述外部参考源用于生成所述超导腔的目标振荡信号；所述控制器组合用于控制所述超导腔产生与所述目标振荡信号相同的自激振荡信号；所述放大器与所述控制器组合连接，所述放大器用于将所述自激振荡信号放大后输入所述定向耦合器；所述定向耦合器连接于所述放大器和所述超导腔之间，所述定向耦合器用于检测所述放大器输入信号和所述超导腔反射信号的功率，并将检测结果反馈至所述控制器组合；所述控制器组合还与所述超导腔连接，用于检测所述超导腔产生的自激振荡信号，并控制所述超导腔调谐装置对所述超导腔进行调谐，以使所述自激振荡信号与所述目标振荡信号相同。在第一方面一种可能的实现方式中，所述控制器组合包括自激控制环路、幅度调谐环路、频率调谐环路和相位调谐环路；所述自激控制环路用于控制所述超导腔产生自激振荡信号；所述幅度调谐环路用于根据从所述超导腔检测的自激振荡信号，控制所述自激振荡信号的幅度与所述目标振荡信号相同；所述相位调谐环路用于根据从所述超导腔检测的自激振荡信号，控制所述自激振荡信号的相位与所述目标振荡信号相同；所述频率调谐环路用于根据从所述定向耦合器反馈的信号，控制所述超导腔调谐装置对所述超导腔的尺寸进行机械调谐，以使所述自激振荡信号频率与所述目标振荡信号频率相同。在第一方面一种可能的实现方式中，所述自激控制环路包括正交调制器、信号模式选择器、衰减器和移相器，所述正交调制器上电后通过所述信号模式选择器产生自激振荡信号，所述自激振荡信号通过所述放大器放大后输入所述超导腔；所述幅度调谐环路包括鉴幅器、衰减器和幅度调谐控制器，所述鉴幅器检测所述超导腔产生的自激振荡信号的幅度，所述幅度调谐控制器将所述自激振荡信号的幅度与所述参考信号的幅度进行比较，并控制所述衰减器改变衰减幅度，以使所述自激振荡信号的幅度与所述目标振荡信号相同；所述相位调谐环路包括第一鉴相器、移相器和相位调谐控制器，所述第一鉴相器检测所述超导腔产生的自激振荡信号的相位，所述相位调谐控制器将所述自激振荡信号的相位与所述参考信号的相位进行比较，并控制所述移相器改变移相量，以使所述自激振荡信号的相位与所述目标振荡信号相同；所述频率调谐环路包括第二鉴相器和频率调谐控制器，所述第二鉴相器检测所述超导腔产生的自激振荡信号的相位，所述频率调谐控制器根据所述定向耦合器反馈的输入信号和反射信号功率，以及所述自激振荡信号的相位与所述参考信号的相位差，控制所述超导腔调谐装置对所述超导腔的尺寸进行机械调谐，以使所述自激振荡信号频率与所述目标振荡信号频率相同。在第一方面一种可能的实现方式中，所述控制器组合，具体用于在所述系统开始工作时，控制所述幅度调谐环路、所述频率调谐环路和所述相位调谐环路处于断开状态，所述自激控制环路首先控制所述超导腔产生自激振荡信号；再控制所述频率调谐环路闭合，所述频率调谐环路控制所述自激振荡信号的相位与所述目标振荡信号相同；最后控制所述幅度调谐环路和所述相位调谐环路闭合，所述幅度调谐环路再控制所述自激振荡信号的幅度与所述目标振荡信号相同，所述相位调谐环路最后控制所述自激振荡信号的相位与所述目标振荡信号相同。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种加速器超导腔的自激振荡式射频稳定控制方法，包括：控制外部参考源生成超导腔的目标振荡信号；控制所述超导腔产生与所述目标振荡信号相同的自激振荡信号；控制放大器将所述自激振荡信号放大后输入定向耦合器；控制所述定向耦合器检测所述放大器输入信号和所述超导腔反射信号的功率；检测所述超导腔产生的自激振荡信号，并对所述超导腔进行调谐，以使所述自激振荡信号与所述目标振荡信号相同。在第二方面一种可能的实现方式中，所述检测所述超导腔产生的自激振荡信号，并对所述超导腔进行调谐，以使所述自激振荡信号与所述目标振荡信号相同，包括：根据从所述超导腔检测的自激振荡信号，控制所述自激振荡信号的幅度与所述目标振荡信号相同，根据从所述超导腔检测的自激振荡信号，控制所述自激振荡信号的相位与所述目标振荡信号相同，根据从所述定向耦合器反馈的信号，对所述超导腔的尺寸进行机械调谐，以使所述自激振荡信号频率与所述目标振荡信号频率相同。在第二方面一种可能的实现方式中，所述检测所述超导腔产生的自激振荡信号，并对所述超导腔进行调谐，以使所述自激振荡信号与所述目标振荡信号相同，包括：检测所述超导腔产生的自激振荡信号的幅度，将所述自激振荡信号的幅度与所述参考信号的幅度进行比较，并改变衰减幅度，以使所述自激振荡信号的幅度与所述目标振荡信号相同；检测所述超导腔产生的自激振荡信号的相位，将所述自激振荡信号的相位与所述参考信号的相位进行比较，并改变移相量，以使所述自激振荡信号的相位与所述目标振荡信号相同；检测所述超导腔产生的自激振荡信号的相位，根据所述定向耦合器反馈的输入信号和反射信号功率，以及所述自激振荡信号的相位与所述参考信号的相位差，对所述超导腔的尺寸进行机械调谐，以使所述自激振荡信号频率与所述目标振荡信号频率相同。第三方面，本专利技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如第二方面任一种可能的实现方式所述的加速器超导腔的自激振荡式射频稳定控制方法。本专利技术实施例提供的加速器超导腔的自激稳定控制方法、系统和存储介质，包括：外部参考源、控制器组合、放大器、定向耦合器、超导腔和超导腔调谐装置；其中，所述外部参考源与所述控制器组合连接，所述外部参考源用于生成所述超导腔的目标振荡信号，所述放大器与所述控制器组合连接，所述放大器用于将所述控制器组合输出的信号放大后输入所述定向耦合器，所述定向耦合器连接于所述放大器和所述超导腔之间，所述定向耦合器用于检测所述放大器输入信号和所述超导腔反射信号的功率，并将检测结果反馈至所述控制器组合，所述控制器组合用于控制所述超导腔产生与所述目标振荡信号相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种加速器超导腔的自激振荡式射频稳定控制系统，其特征在于，包括：外部参考源、控制器组合、放大器、定向耦合器、超导腔和超导腔调谐装置；所述外部参考源与所述控制器组合连接，所述外部参考源用于生成所述超导腔的目标振荡信号；所述控制器组合用于控制所述超导腔产生与所述目标振荡信号相同的自激振荡信号；所述放大器与所述控制器组合连接，所述放大器用于将所述自激振荡信号放大后输入所述定向耦合器；所述定向耦合器连接于所述放大器和所述超导腔之间，所述定向耦合器用于检测所述放大器输入信号和所述超导腔反射信号的功率，并将检测结果反馈至所述控制器组合；所述控制器组合还与所述超导腔连接，用于检测所述超导腔产生的自激振荡信号，并控制所述超导腔调谐装置对所述超导腔进行调谐，以使所述自激振荡信号与所述目标振荡信号相同。

【技术特征摘要】
1.一种加速器超导腔的自激振荡式射频稳定控制系统，其特征在于，包括：外部参考源、控制器组合、放大器、定向耦合器、超导腔和超导腔调谐装置；所述外部参考源与所述控制器组合连接，所述外部参考源用于生成所述超导腔的目标振荡信号；所述控制器组合用于控制所述超导腔产生与所述目标振荡信号相同的自激振荡信号；所述放大器与所述控制器组合连接，所述放大器用于将所述自激振荡信号放大后输入所述定向耦合器；所述定向耦合器连接于所述放大器和所述超导腔之间，所述定向耦合器用于检测所述放大器输入信号和所述超导腔反射信号的功率，并将检测结果反馈至所述控制器组合；所述控制器组合还与所述超导腔连接，用于检测所述超导腔产生的自激振荡信号，并控制所述超导腔调谐装置对所述超导腔进行调谐，以使所述自激振荡信号与所述目标振荡信号相同。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器组合包括自激控制环路、幅度调谐环路、频率调谐环路和相位调谐环路；所述自激控制环路用于控制所述超导腔产生自激振荡信号；所述幅度调谐环路用于根据从所述超导腔检测的自激振荡信号，控制所述自激振荡信号的幅度与所述目标振荡信号相同；所述相位调谐环路用于根据从所述超导腔检测的自激振荡信号，控制所述自激振荡信号的相位与所述目标振荡信号相同；所述频率调谐环路用于根据从所述定向耦合器反馈的信号，控制所述超导腔调谐装置对所述超导腔的尺寸进行机械调谐，以使所述自激振荡信号频率与所述目标振荡信号频率相同。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述自激控制环路包括正交调制器、信号模式选择器、衰减器和移相器，所述正交调制器上电后通过所述信号模式选择器产生自激振荡信号，所述自激振荡信号通过所述放大器放大后输入所述超导腔；所述幅度调谐环路包括鉴幅器、衰减器和幅度调谐控制器，所述鉴幅器检测所述超导腔产生的自激振荡信号的幅度，所述幅度调谐控制器将所述自激振荡信号的幅度与所述参考信号的幅度进行比较，并控制所述衰减器改变衰减幅度，以使所述自激振荡信号的幅度与所述目标振荡信号相同；所述相位调谐环路包括第一鉴相器、移相器和相位调谐控制器，所述第一鉴相器检测所述超导腔产生的自激振荡信号的相位，所述相位调谐控制器将所述自激振荡信号的相位与所述参考信号的相位进行比较，并控制所述移相器改变移相量，以使所述自激振荡信号的相位与所述目标振荡信号相同；所述频率调谐环路包括第二鉴相器和频率调谐控制器，所述第二鉴相器检测所述超导腔产生的自激振荡信号的相位，所述频率调谐控制器根据所述定向耦合器反馈的输入信号和反射信号功率，以及所述自激振荡信号的相位与所述参考信号的相位差，控制所述超导腔调谐装置对所述超导腔的尺寸进行机...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志宇，付浩然，殷治国，刘巍，高建超，霍彦波，李艳东，
申请(专利权)人：北京航天广通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11