托卡马克-低杂波系统水电气综合保护装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及托卡马克系统领域，具体是一种托卡马克-低杂波系统水电气综合保 护装置。
【背景技术】
[0002] 托卡马克是一种重要的等离子体物理和核聚变实验装置，低杂波是实现装置内等 离子体加热和电流驱动的重要手段之一，一般为频率是800MHz至8GHz的微波。低杂波系 统是一种兆瓦级大功率微波系统，采用矩形波导作为微波传输线，将微波能量馈入托卡马 克真空室内的等离子体中。微波传输时一部分波导位于大气中，另一部分在托卡马克真空 室内，中间采用陶瓷窗作为隔离真空和大气的器件。为了高功率传输，一般处于大气的波导 内需要充气的密封环境。同时，波导外部需要安装水冷管道用于冷却波导，使之温度降低， 从而提升功率容量并达到连续波运行。在微波系统高功率运行时，一旦系统发生陶瓷窗破 裂、系统漏水、真空泄漏或其他严重故障，需要触发相应的保护信号，及时切断微波源一一 速调管的高压电源，并关闭相对应的水冷或者充气子系统。托卡马克上低杂波系统包含高 低压水路、各种电子设备和充气管道等装置，工作电磁环境恶劣，并且对运行参数要求也较 高，这就需要特殊的水电气综合保护设备来保护整个微波系统的安全。微波系统上的水电 气综合保护装置，是决定该系统能否安全可靠运行的关键保护设备之一。现有技术中，低杂 波的保护系统一般仅针对单独的水路，气路或打火保护装置等子系统分别设计，具有很大 的分散性，没有系统级的安全连锁装置。例如，一旦发生漏水事故，水路保护仅能关闭水系 统，但并不能及时切断速调管高压电源，这就给设备和人员带来了一定的安全隐患。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种托卡马克-低杂波系统水电气综合保护 装置，以解决现有技术存在的问题。
[0004] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为： 托卡马克-低杂波系统水电气综合保护装置，其特征在于：包括三个光电转换模块、一 个信号延时模块、一个逻辑运算模块及两个电光转换模块，其中： 三个光电转换模块结构相同，分别包括型号为HFBR-2412的光接收芯片、型号为 74HC14的非门芯片，光接收芯片的第二引脚与第六引脚之间连接有一个电阻，光接收芯片 的第三引脚与第七引脚共接后接地，光接收芯片的第三引脚还通过一个电容与自身第二引 脚共接后接入+5V电压，第一个光电转换模块中光接收芯片的第六引脚与非门芯片的输入 端连接，且光接收芯片第六引脚与非门芯片输入端之间连接有RC滤波电路后接地，光接收 芯片的第六引脚还通过连接导线接入逻辑运算模块，非门芯片的正电源端接入+5V电压， 正电源端还通过一个电容、一个电解电容分别接地，非门芯片的负电源端接地，其中第一个 光电转换模块中非门芯片输出端连接至信号延时模块，第二个、第三个光电转换模块中非 门芯片输出端连接至逻辑运算模块； 所述信号延时模块包括型号为M51958的延时芯片，第一个光电转换模块中非门芯片 输出端通过电阻连接至延时芯片的INPUT引脚，延时芯片的DELAY引脚通过电容与自身的 GND引脚共接后接地，延时芯片的VCC引脚与OUTPUT引脚之间连接有一个电阻，且OUTPUT引脚与电阻之间通过连接导线接入逻辑运算模块，延时芯片的VCC引脚接入+5V电压，延时 芯片的VCC引脚还通过一个电容、一个电解电容分别接地； 所述逻辑运算模块包括两个型号为74LS00的与门芯片、一个三极管，延时芯片OUTPUT弓丨脚与电阻之间连接导线通过一个电阻接入三极管集电极，第二个光电转换模块中非门芯 片输出端通过一个电阻与三极管基极连接，第二个光电转换模块中非门芯片输出端还通过 一个电阻与第一个与门芯片一个输入端连接，第一个光电转换模块中光接收芯片的第六引 脚上连接导线通过一个电阻与第一个与门的另一个输入端连接，第一个与门的输出端通过 一个电阻与第二个与门一个输入端连接，第三个光电转换模块中非门芯片输出端通过一个 电阻与第二个与门另一个输入端连接，所述三极管发射极接地，三极管集电极还通过一个 电阻连接至第一个电光转换模块，第二个与门的输出端通过一个电阻连接至另一个电光转 换丰吴块； 每个电光转换模块分别包括型号为SN75451的光电驱动芯片、型号为HFBR-1414TZ的光发送模块，光电驱动芯片的1A引脚与2A引脚共接后通过一个电阻连接+5V电 压，光电驱动芯片的GND引脚接地，光电驱动芯片的VCC引脚连接+5V电压，且光 电驱动芯片VCC引脚还通过一个电容、一个电解电容分别接地，光电驱动芯片的 If引脚通过一个电阻、2f引脚通过一个电阻共接后接入+5V电压，且光电驱动芯片的2Y引 脚与所连接的电阻之间连接至一个发光二极管阳极，发光二极管阴极接地，光电驱动芯片 的If引脚与所连接的电阻之间通过连接导线分别与光发送模块的第二引脚、第六引脚、第 七引脚连接，光发送模块的第三引脚接地，逻辑运算模块中三极管集电极通过一个电阻分 别与第一个电光转换模块中光电驱动芯片的1B引脚、2B引脚连接，逻辑运算模块中第二个 与门的输出端通过一个电阻分别与第二个电光转换模块中光电驱动芯片的1B引脚、2B引 脚连接。
[0005] 本发明中，三个光电转换模块分别为打火保护模块、陶瓷窗破裂模块和冷却水循 环状态模块，分别接收来自系统的打火保护光信号、陶瓷窗破裂光信号和冷却水循环系统 状态光信号等三路信号，这三路保护信号采用光纤传输给三个光电转换模块。
[0006] 三个光电转换模块中，正常工作时，打火保护模块接收到无光信号，而陶瓷窗破裂 模块和冷却水循环模块状态接受为有光信号。当系统发生打火保护，且陶瓷窗没有破裂时， 打火保护模块接收到有光信号。当发生打火保护，且陶瓷窗破裂时，打火保护模块接收到光 信号，陶瓷窗破裂模块收到无光信号。当其余系统正常，但冷却水循环系统为故障状态时， 冷却水循环状态模块收到无光信号， 光电转换模块由光接收芯片HFBR-2412构成，将接收到的光信号转换成TTL电平，并经 过高频滤波电路，最后经过非门将电平反转。
[0007] 信号延时模块对接收到的光信号进行延时，延时时间通过延时电容设置，在延时 时间内判断负载是打火还是陶瓷窗破裂。
[0008] 逻辑运算模块对输入信号进行逻辑运算，并根据运算结果发出控制指令。其特征 在于，逻辑运算模块采用与门芯片74LS00。
[0009] 电光转换模块将逻辑运算的结果，经过光发送模块将控制信号分别发送给高压电 源、水冷系统和充气系统，用以保护系统的安全及实现长距离的传输。其特征在于，通过光 电驱动芯片SN75451将输入信号经过逻辑运算后，再送给光发送模块HFBR-1414TZ。
[0010] 本发明采用光纤隔离的方法，克服了信号远距离传输时的强电磁干扰，实现了托 卡马克-低杂波系统在真空、冷却水路、电子设备、充气环境和微波功率等复杂环境下的稳 态安全运行，已经实现速调管250kW/1000s输出。一旦系统发生漏水、漏气或者打火等故 障，本发明可以及时发出连锁信号，切断所有的高压电源，关闭水路循环，有效保证系统的 安全运行和实验人员人身安全。
[0011] 本发明将所有模块集中于CPCI4U机箱内，具有集成度高，操作维护方面，易于扩 展等优点，可以广泛应用于各种水循环、高压电、充气以及真空等复杂环境下的连锁保护。
【附图说明】
[0012] 图1为托卡马克-低杂波系统水电气综合保护装置原理图。
【具体实施方式】
[0013] 如图1所示，托卡马克-低杂波系统水电气综合保护装置，包括三个光电转换模块 ①、②、③、一个信号延时模块④、一个逻辑运算模块⑤及两个电光