一种S波段速调管陶瓷窗打火观测与保护系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种S波段速调管陶瓷窗打火观测与保护系统，其特征在于，包括E面弯波导观察窗，用于与速调管输出波导对接；该E面弯波导观察窗正对速调管陶瓷窗位置开设一小孔引出观察窗口，该观察窗口与光纤一端连接，该光纤另一端与打火探测模块连接，用于将采集的光信号传输给该打火探测模块；该打火探测模块与联锁保护模块连接，用于根据接收到的光信号给出相应电平信号并发送给该联锁保护模块；该联锁保护模块用于根据收到的电平信号控制速调管的工作开关。本申请可以实现准确、及时、可靠的保护速调管陶瓷窗。

【技术实现步骤摘要】
一种S波段速调管陶瓷窗打火观测与保护系统
本技术涉及一种S波段速调管陶瓷窗打火观测与保护系统。
技术介绍
在S波段加速器中，当需要的峰值功率较高时(约数十兆瓦)，需要使用速调管提供微波功率。速调管陶瓷窗是隔离速调管内外真空环境的重要部件，一旦损坏则有可能导致速调管内外真空连通，会严重影响速调管寿命。而速调管作为高真空器件价格昂贵，因此如何有效的保护速调管陶瓷窗不被损坏，是多年来的重要课题。常规的保护手段有反射功率保护与真空保护，前者通过波导定向耦合器采集反射功率信号，传输给功率计，一旦测量值超过保护阈值，则引起反射保护联锁切断速调管的调制器触发，后者则通过真空计或真空泵电流的测量值进行判断，一旦超过阈值，也引起联锁切断速调管的调制器触发，但上述两种保护都存在天然缺陷。反射保护依托于准确的反射功率测量与快速的反应，目前得益于数字化技术的采用，反射保护的响应时间已经可以做到微秒级，但反射功率的准确测量一直是个难题，其原因是在一定脉宽的脉冲内，反射波形并不平整，往往个别位置高，奇形怪状。因此对于反射功率测量时的取样点数及算法就很难权衡，取样点太多则时间慢可能错过瞬间的反射激增，点太少则可能漏过反射尖峰，同时，如果因为个别点超过阈值就频繁反射保护(假设此时整个脉宽内取样点的平均反射功率远小于阈值)，对于速调管稳定运行也是不小的影响。另外，在速调管输出功率低于保护阈值时，反而是新装速调管和波导的密集出气点，但此时即使全反射也无法达到保护阈值，陶瓷窗却有可能损坏。更何况在低功率区间的二次电子倍增效应对陶瓷窗也是一个很大的威胁，反射保护无能为力。而真空保护相对来说虽然测量更精确，但从真空出气到引起真空计或泵电流数值变化，再到数据传输引起联锁保护往往需要一个过程，滞后性非常明显，不能及时响应也有可能造成速调管陶瓷窗损坏。针对上述情况，考虑到打火时真空变差、反射功率增加、产生光信号往往同时发生，三者中光信号的采集、传输与处理是最快的，因此本申请要解决用于S波段加速器中速调管陶瓷窗的打火观测与保护系统，从而起到有效保护速调管陶瓷窗，延长其使用寿命的作用。如前所述，因为S波段速调管价格昂贵，其输出端陶瓷窗相对来说是最容易损坏的器件，严重影响速调管寿命，因此对陶瓷窗的保护尤为重要。目前用于S波段速调管陶瓷窗的常规保护手段有反射功率保护与真空保护。但反射功率保护受限于脉宽内取样点数与反应时间的权衡、保护阈值以下低功率运行区间可能的打火与二次电子倍增效应的威胁，真空保护受限于过长的反应时间，均不是保护速调管陶瓷窗的最理想方案。
技术实现思路
针对现有技术中的不足，本技术旨在公开一种S波段速调管陶瓷窗打火观测与保护系统。考虑到陶瓷窗附近打火时往往同时伴有真空变差、反射功率增加与产生光信号的现象，其中光信号因为是直接物理量，其观测(捕捉)、传输与处理是最快的，从而可以实现准确、及时、可靠的速调管陶瓷窗打火观测与保护系统。本技术的技术方案为：一种S波段速调管陶瓷窗打火观测与保护系统，其特征在于，包括E面弯波导观察窗，用于与速调管输出波导对接；该E面弯波导观察窗正对速调管陶瓷窗位置开设一小孔引出观察窗口，该观察窗口与光纤一端连接，该光纤另一端与打火探测模块连接，用于将采集的光信号传输给该打火探测模块；该打火探测模块与联锁保护模块连接，用于根据接收到的光信号给出相应电平信号并发送给该联锁保护模块；该联锁保护模块用于根据收到的电平信号控制速调管的工作开关。进一步的，观察窗口与E面弯波导观察窗采用CF法兰夹特种玻璃片密封真空。进一步的，所述光纤的光纤头设有强聚光结构。本申请立足于对速调管陶瓷窗打火时产生的光信号进行观测(捕捉)、传输与处理，通过对光强度这一直接物理量设置某一阈值，实现准确、及时、可靠的速调管陶瓷窗打火观测与保护系统。当光强度超过阈值时，打火探测模块的输出端电平会改变，联锁保护模块类似于触发器，监测到这个电平改变后触发联锁，切断调制器的输入定时脉冲，从而使调制器停止工作(调制器是速调管的功率来源，调制器停止工作速调管就没有输出功率)。联锁保护模块的联锁信号设置10秒延时，在延时后自动恢复，调制器随之恢复正常工作。通过上述过程实现打火时停止速调管工作，保护速调管陶瓷窗的功能，并能够在延时后自动恢复。本申请的主要特点包括：1.首先解决了用于打火光信号观测与捕捉的E面弯波导观察窗的研制，其回波损耗(驻波比)、隔离度、漏场及结构内场击穿情况均符合使用要求，并成功实现了样品的加工测试，指标理想，这是本专利技术的核心关键点；2.成功集成了打火探测模块，完成了与E面弯波导观察窗的联合调试，在线下证明了方案的可行性；3.成功实现了整个系统的安装与调试，在线捕捉到打火信号并实现联锁保护，在实际应用环境中证明方案可行，这是首次尝试。与现有技术相比，本技术的积极效果为：本技术“S波段速调管陶瓷窗打火观测与保护系统”从E面弯波导观察窗的研制开始，经过与打火探测模块的线下联合调试、在实际使用环境中的成功实现，证明了其可以应用于保护速调管陶瓷窗。其优点在于解决了反射功率保护或真空保护中不可避免的存在保护盲区或反应速度较慢的问题，得益于光信号这个直接物理量的测量与传输等优势，实现了准确、及时、可靠的S波段速调管陶瓷窗打火观测与保护系统，从而能够延长速调管使用寿命，节省大量经费。附图说明图1为速调管陶瓷窗打火观测与保护系统原理图；图2为E面弯波导观察窗；图3为E面弯波导观察窗的回波损耗S11与隔离度S31的频响曲线；其中，1-E面弯波导观察窗，2-速调管陶瓷窗，3-观察窗口，4-光纤，5-打火探测模块，6-联锁保护模块，7-速调管。具体实施方式下面结合附图及实施例对本申请作进一步详细说明，但不仅限于此。S波段速调管陶瓷窗打火观测与保护系统的工作原理示于图1：E面弯波导观察窗1与速调管输出波导对接，正对速调管陶瓷窗2位置开小孔引出观察窗口3，采用CF法兰夹特种玻璃片密封真空。观察窗口与光纤4配套有工装，光纤接头可以直接拧上且保证完全遮光(防止外界光源干扰)，光纤头采用强聚光结构，能够采集到极其微弱的光信号(大于2lux即可被探测到)，传输到打火探测模块5，打火探测模块5从接收到光信号到给出相应电平(当光信号的强度超过设定阈值时则输出高电平，否则输出低电平)输出的标准响应时间为2～7μs，取决于光强度。综合考虑光信号观测(捕捉)、传输与处理的时间，从打火产生光信号到联锁保护完成，综合用时在微秒量级，此系统完全可以准确、及时、可靠的保护速调管陶瓷窗免受损坏。综上所述，相比反射功率保护与真空保护，打火观测与保护系统具有测量直接准确(光信号是直接物理量，对光强度测量精度远好于对功率测量，干扰因素少)、响应时间快、工作稳定可靠的天然优势。此系统的设计与调试主要包括E面弯波导观察窗的研制、光信号传输与打火探测模块的调试、系统整体安装与运行调试等。a)E面弯波导观本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种S波段速调管陶瓷窗打火观测与保护系统，其特征在于，包括E面弯波导观察窗，用于与速调管输出波导对接；该E面弯波导观察窗正对速调管陶瓷窗位置开设一小孔引出观察窗口，该观察窗口与光纤一端连接，该光纤另一端与打火探测模块连接，用于将采集的光信号传输给该打火探测模块；该打火探测模块与联锁保护模块连接，用于根据接收到的光信号给出相应电平信号并发送给该联锁保护模块；该联锁保护模块用于根据收到的电平信号控制速调管的工作开关。/n

【技术特征摘要】
1.一种S波段速调管陶瓷窗打火观测与保护系统，其特征在于，包括E面弯波导观察窗，用于与速调管输出波导对接；该E面弯波导观察窗正对速调管陶瓷窗位置开设一小孔引出观察窗口，该观察窗口与光纤一端连接，该光纤另一端与打火探测模块连接，用于将采集的光信号传输给该打火探测模块；该打火探测模块与联锁保护模块连接，用于根据接收到的光信号给出相应电平信号并发送给该联锁...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺祥，乐琪，钱磊，邓秉林，张敬如，王湘鉴，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：新型
国别省市：北京;11