一种强流加速器热阴极监控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种强流加速器热阴极监控系统，涉及强流加速器技术领域，其技术方案要点是：包括真空计模块、真空泵模块、加热电源、水冷模块、数据采集模块、电磁阀模块、工控模块、交换机以及系统供电的供电模块。本发明专利技术在加速器高电压强电流的电磁环境下，提高了热阴极其附属设备长时间稳定连续运行的可靠性，提高实验效率，减轻人员工作强度；且实时监控真空设备、水冷装置等状态参数，将相关设备的运行状态、真空度等数据关联起来，对故障或异常状况根据复杂逻辑作出快速响应，异常情况发生时可迅速关闭真空阀门、停止加热并发出声光报警等达到保护热阴极的目的。警等达到保护热阴极的目的。警等达到保护热阴极的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种强流加速器热阴极监控系统


[0001]本专利技术涉及强流加速器
，更具体地说，它涉及一种强流加速器热阴极监控系统。

技术介绍

[0002]注入器作为强流直线感应加速器的“龙头”，是为整个加速器提供初始粒子束的装置。注入器集合了加速器的主要关键技术，直接影响加速器能量、束流强度、粒子的空间以及时间分布；而阴极是注入器研制中的关键核心部件之一，阴极的主要作用是提供大量可供引出和加速的自由电子，所以阴极的稳定可靠工作直接影响加速器性能参数。
[0003]强流加速器阴极大体上可以分成两大类：强流场致发射阴极和热阴极，强流场致发射阴极具有发射电流密度大、系统简单方便等优点；其缺点在于发射过程伴随阴极等离子体产生，不利于长脉冲和多脉冲加速器的工作，同时具有电子束发射度相对较大等缺点。而热阴极具有阴极产生的电流束发射度低、发射过程稳定、猝发多脉冲束一致性好等优点，其缺点是热阴极工作环境相对较为复杂、阴极易中毒等。强流加速器要求阴极发射kA量级的流强，多脉冲强流加速器不但要求发射束流高亮度、高流强，同时要求低发射度、猝发多脉冲束参数一致性好。综合考虑，在目前的技术条件下，大面积热阴极成为强流多脉冲加速器阴极的首选。
[0004]热阴极的稳定可靠工作强烈依赖于工作环境的真空度和工作温度。通常热阴极在1300℃以上才能稳定发射，对环境气体的临界压强要求为：氧气优于10
‑4Pa；水蒸气优于3
×
10
‑5Pa；二氧化碳优于10
‑4Pa；除氮气、氢气及稀有气体外，几乎所有气体都会对热阴极造成中毒，中毒后的热阴极失去发射能力，无法继续使用，造成严重的经济损失和时间损失。此外，热阴极稳定可靠工作是强流加速器开展实验的基础和前提，一个完整的强流加速器实验周期，往往要求热阴极及其附属设备每天24小时每周七天的连续运行；且系统处于高电压强电流的工作环境，实验过程中会产生很强的空间电磁场对现场设备造成干扰，在强流加速器采用热阴极发射之初，实验周期内很多天都需要运行人员定时巡检热阴极相关设备的运行状态，晚上更是需要多人轮流值班。因此，如何研究设计一种强流加速器热阴极监控系统是我们目前急需解决的问题。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中的不足，本专利技术的目的是提供一种强流加速器热阴极监控系统。
[0006]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种强流加速器热阴极监控系统，包括真空计模块、真空泵模块、加热电源、水冷模块、数据采集模块、电磁阀模块、工控模块、交换机以及系统供电的供电模块；
[0007]真空计模块，用于测量热阴极所处运行环境的环境真空度，并将环境真空度通过串口服务器传输至工控模块；
[0008]真空泵模块，响应于启动控制信号启动后对强流加速器热阴极的运行环境进行抽真空处理以建立满足热阴极正常出束的真空环境；
[0009]加热电源，响应于加热控制信号启动后对热阴极的热子加热；
[0010]水冷模块，用于以循环水冷系统对真空泵模块以及热阴极四周的部件进行降温；
[0011]数据采集模块，用于采集真空泵模块的状态信号以及水冷模块的流量信号、温度信号，且在系统运行异常时输出报警信号；
[0012]电磁阀模块，安装在与真空泵连通的真空管道，且响应于PLC控制器输出的阀门控制信号启闭；
[0013]工控模块，用于在环境真空度达到预设的工作真空度时生成加热控制信号，并将加热控制信号通过串口服务器传输至加热电源；
[0014]交换机通过以太网与串口服务器、数据采集模块、工控模块、PLC控制器通信连接。
[0015]进一步的，所述真空泵模块包括机械泵、分子泵、低温泵；
[0016]机械泵，用于对运行环境从大气压抽真空至10Pa；
[0017]分子泵，用于对运行环境从10Pa抽真空至10
‑4Pa；
[0018]低温泵，用于对运行环境从10
‑4Pa抽真空至预设的工作真空度。
[0019]进一步的，所述真空泵模块抽真空处理时机械泵、分子泵、低温泵响应于启动控制信号依次启动；加速器实验过程中分子泵和低温泵处于工作状态；加速器实验结束后首先关闭分子泵，且根据环境真空度的下降依次关闭低温泵和机械泵。
[0020]进一步的，所述真空泵模块包括配置有继电器的真空泵电源，数据采集模块采集真空泵电源输出的继电器信号实现对真空泵模块的状态信号采集，继电器响应于启动控制信号启动后实现真空泵模块的启动。
[0021]进一步的，所述真空计模块包括至少三个安装在注入器不同部位的真空计，每个真空计配置有三个通道，测量范围为大气压至10
‑8Pa。
[0022]进一步的，所述加热电源为可编程直流电源，可编程直流电源以每15min增加1A的速度将加热电流从4A缓慢提升至40A。
[0023]进一步的，所述工控模块包括IOC工控机和OPI工控机；
[0024]IOC工控机，用于对监控系统中运行设备的输入输出信号进行管控；
[0025]OPI工控机，用于根据监控系统联锁逻辑与PLC控制器通信后对电磁阀模块进行远程控制。
[0026]进一步的，所述数据采集模块包括DI模块、温度采集模块、DO模块；
[0027]DI模块，用于采集真空泵电源的状态信号以及水冷机的流量信号；
[0028]温度采集模块，用于采集水冷机的温度信号；
[0029]DO模块，用于输出真空泵电源的启停信号和声光响应的报警信号。
[0030]进一步的，所述IOC工控机与数据采集模块采用UDP协议通信，IOC工控机与串口服务器采用TCP/IP协议通信；OPI工控机与PLC控制器采用OPC方式通信；OPI工控机与IOC工控机通过EPICSPV进行通信。
[0031]进一步的，所述供电模块为UPS供电系统。
[0032]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0033]1、本专利技术提供的一种强流加速器热阴极监控系统，在加速器高电压强电流的电磁
环境下，提高了热阴极其附属设备长时间稳定连续运行的可靠性，提高实验效率，减轻人员工作强度；
[0034]2、本专利技术提供的一种强流加速器热阴极监控系统实时监控真空设备、水冷装置等状态参数，将相关设备的运行状态、真空度等数据关联起来，对故障或异常状况根据复杂逻辑作出快速响应，异常情况发生时可迅速关闭真空阀门、停止加热并发出声光报警等达到保护热阴极的目的。
附图说明
[0035]此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：
[0036]图1是本专利技术实施例中热阴极监控系统的硬件结构示意图；
[0037]图2是本专利技术实施例中真空阀门的本地控制原理示意图；
[0038]图3是本专利技术实施例中热阴极监控系统的热阴极监控系统的软件结构示意图；
[0039]图4是本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种强流加速器热阴极监控系统，其特征是，包括真空计模块、真空泵模块、加热电源、水冷模块、数据采集模块、电磁阀模块、工控模块、交换机以及系统供电的供电模块；真空计模块，用于测量热阴极所处运行环境的环境真空度，并将环境真空度通过串口服务器传输至工控模块；真空泵模块，响应于启动控制信号启动后对强流加速器热阴极的运行环境进行抽真空处理以建立满足热阴极正常出束的真空环境；加热电源，响应于加热控制信号启动后对热阴极的热子加热；水冷模块，用于以循环水冷系统对真空泵模块以及热阴极四周的部件进行降温；数据采集模块，用于采集真空泵模块的状态信号以及水冷模块的流量信号、温度信号，且在系统运行异常时输出报警信号；电磁阀模块，安装在与真空泵连通的真空管道，且响应于PLC控制器输出的阀门控制信号启闭；工控模块，用于在环境真空度达到预设的工作真空度时生成加热控制信号，并将加热控制信号通过串口服务器传输至加热电源；交换机通过以太网与串口服务器、数据采集模块、工控模块、PLC控制器通信连接。2.根据权利要求1所述的一种强流加速器热阴极监控系统，其特征是，所述真空泵模块包括机械泵、分子泵、低温泵；机械泵，用于对运行环境从大气压抽真空至10Pa；分子泵，用于对运行环境从10Pa抽真空至10
‑4Pa；低温泵，用于对运行环境从10
‑4Pa抽真空至预设的工作真空度。3.根据权利要求2所述的一种强流加速器热阴极监控系统，其特征是，所述真空泵模块抽真空处理时机械泵、分子泵、低温泵响应于启动控制信号依次启动；加速器实验过程中分子泵和低温泵处于工作状态；加速器实验结束后首先关闭分子泵，且根据环境真空度的下降依次关闭低温泵和机械泵。4.根据权利要求1所述的一种强流加速器热阴极监控系统，其特征是，所述真空泵模块包括配置有继电器的真空...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋薇，杨兴林，杨安民，王敏鸿，叶毅，陈楠，陈思富，冯宗明，黄斌，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：发明
国别省市：