一种基于正弦波波形的直流束流切割装置制造方法及图纸

技术编号:23450524 阅读:35 留言:0更新日期:2020-02-28 23:42
本发明专利技术公开了一种基于正弦波波形的直流束流切割装置,该切割装置包括螺旋谐振器、束流切割极板装置;所述的螺旋谐振器用于为束流切割极板装置提供高频电压、所述束流切割极板装置用于提供束流通过和束流偏转的交变电场;所述的螺旋谐振器包括用于精确固定螺旋谐振器固有频率的电容微调极板、用于调整耦合线圈谐振频率的耦合线圈调节支架、用于保持线圈圈间距恒定不变以及保证每匝线圈线直径不变的螺线管线圈支撑骨架。发明专利技术解决了本领域长期以来未能实现谐振器高精度固有频率的技术难题:将电容微调极板、耦合线圈调节支架、螺线管线圈支撑骨架三者有机结合,相互支持、相互依存,从而解决了仅从一个方面解决问题不能实现高精度固有频率的难题。

A DC beam cutting device based on sine wave

【技术实现步骤摘要】
一种基于正弦波波形的直流束流切割装置
本专利技术属于加速器领域,具体涉及一种基于正弦波波形的直流束流切割装置。
技术介绍
在加速器
,束流的时间结构一般是由不同的加速器类型决定的。比如,连续的直流束经过高压型加速器加速后得到的还是连续直流束,而连续的直流束经过回旋型加速器加速后得到的将会是频率非常高的准连续束。而在核数据测量、中子物理试验和材料特性研究等某些特定的实验中需要有特定的时间结构和重复频率的脉冲束流。要获得特定重复频率和特定脉冲宽度的束流,就需要将注入的直流束流进行脉冲化,然后再通过加速器加速。在直流束流脉冲化系统中,利用切割器可以将连续的直流束形成具有特定时间结构和宽度的脉冲束。现有技术已经存在利用基于正弦波的谐振器加切割极板的束流脉冲化装置,如图1a所示。高频电压从右侧馈入端口导入、再经过螺线管线圈放大到极板,直流束流沿着与极板平行的方向进入选束装置(选束装置图1a中未画出)现有技术存在的问题是:图1a左上方的螺旋谐振器不能保证高精度的固有频率。原因是三个方面:第一、从图1左上方的螺旋谐振器可以看出,该螺旋谐振器结构只有螺线管线圈及等效电容。根据公式:L=L0·N2·Dd×10-3(N为线圈匝数、Dd导线直径Dd有关,还和电容C有关,调节线圈匝数N只能以匝数为单位在大范围保证固有频率不变、但是对于小于一个匝数的精度则无法调整。第二、电容C的调整并不是孤立完成的而是要配合馈入端口的功率耦合,也就是要尽量保证馈入端口100%的功率耦合到谐振器线圈,才能够实现固有频率的设计目标,而功率耦合通过调整耦合线圈的高频谐振实现:由于正弦波波形不是直流而是通过谐振的方法振起来才能将馈入端口导入的电压在螺线管进行放大,如果谐振不够而只是精调电容,则无济于事,因为电容只能用于微调而不能代替耦合线圈的谐振调整,因此,精调电容C之前还要保证馈入端口耦合线圈的谐振频率足够高,而图1a的馈入端口并没有布设能够调整谐振频率的装置。第三、根据公式:L=L0·N2·Dd×10-3(N为线圈匝数、Dd导线直径Dd),固有频率f不仅和线圈匝数N、和电容C有关,还与螺距以及导线直径Dd有关,由于螺旋线圈的直径和间距需要保持严格的恒定,对线圈的绕制和固定提出很高的要求,而一旦线圈的直径和圈间距发生变化,将会直接影响螺旋谐振器的固有频率:具体为,如果有的间距大、有的间距小,间距大的线圈和间距小的线圈的直径将会发生变化,根据公式L=L0·N2·Dd×10-3,直径Dd变化则L变化,根据公式如果L变化最终使得固有频率f发生变化。图1a只是布设了螺旋谐振器而并没有布设能够保证螺线管间距不变的装置。综上,现有技术存在的问题是:只能在大范围保证固有频率不变、但是对于小于一个匝数的精度则无法调整;当馈入端口谐振频率不足时,不能采取相应措施调整谐振频率;当线圈直径和间距不能恒定时,不能采取措施保证线圈直径和间距恒定不变。以上三点造成现有技术不能保证螺旋谐振器高精度的固有频率。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足,提出一种基于正弦波波形的直流束流切割装置,目的在于解决现有技术下螺旋谐振器不能保证固有频率的高精度问题以及螺旋谐振器的线圈绕制和固定的过程中保证直径和圈间距恒定问题。本专利技术为解决其技术问题采用以下技术方案:一种基于正弦波波形的直流束流切割装置,该切割装置包括螺旋谐振器、束流切割极板装置;所述的螺旋谐振器用于为束流切割极板装置提供高频电压、所述束流切割极板装置用于提供束流通过和束流偏转的交变电场;其特征在于:所述的螺旋谐振器包括用于精确固定螺旋谐振器固有频率的电容微调极板、用于调整耦合线圈谐振频率的耦合线圈调节支架、用于保持线圈圈间距恒定不变以及保证每匝线圈线直径不变的螺线管线圈支撑骨架。所述螺旋谐振器包括功率馈入端口、耦合线圈、螺线管线圈、屏蔽外壳,还包括螺线管线电容微调极板、耦合线圈支架、螺线管线圈支撑骨架、水冷回路;所述功率馈入端口为谐振器提供高频电压输入,所述耦合线圈接收高频电压并将高频电压耦合到螺线管线圈;所述螺线管线圈与等效电容组成谐振放大回路用于放大高频电压幅值;所述电容微调极板通过调整极板与线圈之间距离对谐振器固有频率精确固定;所述螺线管线圈支撑骨架通过对螺线管线圈进行有效支撑保持圈间距恒定不变以及保证每匝线圈直径不变;所述耦合线圈调节支架通过调节支架伸缩长度满足高频谐振的要求;所述水冷回路内套于螺线管线圈的空心管内对线圈进行水冷降温、用于大功率应用场合。所述耦合线圈和螺线管线圈外径相等且圆心在一条直线上,耦合线圈距螺线管线圈距离要求在45~55mm之间;耦合线圈在非接口端加装聚四氟乙烯材料的支架,该支架具有前后伸缩功能,通过调节支架的伸缩长度用来实现线圈在1cm左右的范围内进行移动,从而实现耦合度的调节以便实现输入功率的全部馈入。所述的螺线管线圈在绕制的过程中要保证线圈的直径和圈间距保持恒定,因此在绕制过程中需要考虑线圈的回弹,这就需要初始绕制时线圈的直径略小于目标直径,及选择的模具直径略小于线圈目标直径;另外,为固定线圈及保持圈间距恒定,线圈采用特氟龙支撑骨架进行固定。所述螺旋谐振器还包括电容微调极板装置,该电容微调极板装置用于弥补电感调节螺旋谐振器固有频率的不足,对螺旋谐振器频率进行微调;通过调节微调电容极板和螺线管线圈之间的距离保证螺旋谐振器最终工作在目标频率;该电容微调极板装置与屏蔽外壳侧壁相连接。该电容微调极板装置包括电容微调极板、调节杆、刻度尺、正负限位开关、调节钮、调节螺丝,它们分为两部分布设在螺旋谐振器的内部和外部;其中,该电容微调极板布设在螺旋谐振器内部且与螺旋谐振器侧壁相平行、且通过调节杆与螺旋谐振器外部的调节架、刻度尺、正负限位开关、调节钮、调节螺丝相连接;所述调节杆沿着垂直于螺旋谐振器侧壁的方向贯穿螺旋谐振器侧壁的内外,其伸出屏蔽外壳的部分在调节架内,左右两侧分别设有刻度尺和调节螺丝、调节架上还设有间隔一定距离的正负限位开关,调节架内的调节杆上设有带动调节杆上下移动的调节钮,调节杆与刻度尺相对的一侧还设有调节螺丝、该调节螺丝用于固定调节杆当前行程位置从而固定电容微调极板当前行程位置;所述微调极板不能太靠近更不能接触到螺线管线圈,设置最大行程为(L为屏蔽外壳底边正方形的边长,d为螺线管线圈的外径),最小行程为0;所述频率微调电容极板要求做倒圆角及抛光处理,以减小打火的可能性,微调板放置在负载端,平板面积为100mm×50mm,厚度4mm。所述的束流切割极板分为上极板和下极板,上下极板间的间距在30~50mm范围内可调,上极板通过真空电极Feedthrough经同轴馈管和螺线管线圈相连,下极板连切割器外壳接地。所述的束流切割极板上通过螺旋谐振器加载的高频电压峰峰值可达12KV,高频电压的频率为1~3MHz。所述耦合环调节支架包括调节旋钮、螺纹伸缩杆、固定螺丝;螺纹伸缩杆一端与耦合环固接,另一端与调节旋钮固接,通过调节旋钮正反转控制螺纹伸缩杆移动、螺纹伸缩杆带动耦合环前后移动,从而通过耦合环调节支架实现对耦合环前后本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于正弦波波形的直流束流切割装置,该切割装置包括螺旋谐振器、束流切割极板装置;所述的螺旋谐振器用于为束流切割极板装置提供高频电压、所述束流切割极板装置用于提供束流通过和束流偏转的交变电场;其特征在于:所述的螺旋谐振器包括用于精确固定螺旋谐振器固有频率的电容微调极板、用于调整耦合线圈谐振频率的耦合线圈调节支架、用于保持线圈圈间距恒定不变以及保证每匝线圈线直径不变的螺线管线圈支撑骨架。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于正弦波波形的直流束流切割装置,该切割装置包括螺旋谐振器、束流切割极板装置;所述的螺旋谐振器用于为束流切割极板装置提供高频电压、所述束流切割极板装置用于提供束流通过和束流偏转的交变电场;其特征在于:所述的螺旋谐振器包括用于精确固定螺旋谐振器固有频率的电容微调极板、用于调整耦合线圈谐振频率的耦合线圈调节支架、用于保持线圈圈间距恒定不变以及保证每匝线圈线直径不变的螺线管线圈支撑骨架。


2.根据权利要求1所述一种基于正弦波波形的直流束流切割装置,其特征在于:所述螺旋谐振器包括功率馈入端口、耦合环、螺线管线圈、屏蔽外壳,还包括螺线管线电容微调极板、耦合环支架、螺线管线圈支撑骨架、水冷回路;所述功率馈入端口为谐振器提供高频电压输入,所述耦合环接收高频电压并将高频电压耦合到螺线管线圈;所述螺线管线圈的等效谐振放大回路用于放大高频电压幅值;所述电容微调极板通过调整极板与线圈外壁之间距离对谐振器固有频率精确固定;所述螺线管线圈支撑骨架通过对螺线管线圈进行有效支撑保持圈间距恒定不变以及保证每匝线圈直径不变;所述耦合环调节支架通过调节支架伸缩长度满足高频谐振的要求;所述水冷回路内套于螺线管线圈的空心管内对线圈进行水冷降温、用于大功率应用场合。


3.根据权利要求1所述一种基于正弦波波形的直流束流切割装置,其特征在于:所述耦合环和螺线管线圈外径相等且圆心在一条直线上,耦合环距螺线管线圈距离要求在45~55mm之间;耦合环在非接口端加装聚四氟乙烯材料的支架,该支架具有前后伸缩功能,通过调节支架的伸缩长度用来实现线圈在1cm左右的范围内进行移动,从而实现耦合度的调节以便实现输入功率的全部馈入。


4.根据权利要求1所述一种基于正弦波波形的直流束流切割装置,其特征在于:所述的螺线管线圈在绕制的过程中要保证线圈的直径和圈间距保持恒定,因此在绕制过程中需要考虑线圈的回弹,这就需要初始绕制时线圈的直径略小于目标直径,及选择的模具直径略小于线圈目标直径;另外,为固定线圈及保持圈间距恒定,线圈采用特氟龙支撑骨架进行固定。


5.根据权利要求1所述一种基于正弦波波形的直流束流切割装置,其特征在于:所述螺...

【专利技术属性】
技术研发人员:黄鹏宋国芳侯世刚曹磊贾先禄安世忠张贺王景峰
申请(专利权)人:中国原子能科学研究院
类型:发明
国别省市:北京;11

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