辐照加速器幅相控制系统的制作方法

本实用新型涉及辐照应用领域，具体涉及辐照加速器幅相控制系统。

背景技术：

辐照加工技术具有穿透能力强、能耗低、安全和无污染等优点，在食品辐照领域应用日益广泛。但是我国农产品食品专用加速器控制方法落后，同时现阶段辐照加速器的控制属于技术难点，传统的控制系统也不稳定，影响了辐照加速器的应用。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本实用新型的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型提出了辐照加速器幅相控制系统，通过在磁控管控制系统中加入锁频技术，并将该锁频技术与大功率合成技术、数字技术结合，实现对加速器的幅度、相位、频率进行有效的控制。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种辐照加速器幅相控制系统，包含有fpga、第一加速器、第一步进电机、辐照加速器和一对微波产生传输单元，所述微波产生传输单元分别与所述fpga和第一加速器连接；

所述fpga、第一步进电机和辐照加速器依次连接；

两个微波产生传输单元通过环形器a/c连接，所述微波产生传输单元包含有依次连接的磁控管、激励腔、第一波导耦合器、功合器和第二波导耦合器，所述环形器a/c设置在所述第一波导耦合器和功合器之间；所述磁控管与所述fpga连接；

所述微波发生传输单元连接有锁频单元，所述锁频单元包含有信号源，所述信号源发出的信号依次经过下变频、放大器和滤波器进入到fpga，由fpga处理后经过上变频、放大器、滤波器注入到ssa中，经过ssa放大后依次通过环形器b/d、环形器a/c、第一波导耦合器、激励腔到磁控管，形成对磁控管的锁频。

作为优选的，所述微波发生传输单元还连接有微波测试单元，所述微波测试单元包含有功率计、频谱仪和网络分析仪，所述功率计、频谱仪和网络分析仪通过功分器与所述第一波导耦合器实现连接。

作为优选的，所述微波测试单元采用gpib卡实现通讯，所述微波测试单元通过i/o

server接口技术与epics测控界面进行数据交互。

本实用新型具有如下优点：

本实用新型提出的辐照加速器幅相控制系统，通过在磁控管控制系统中加入锁频技术，并将该锁频技术与大功率合成技术、数字技术结合，实现对加速器的幅度、相位、频率进行有效的控制。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本实用新型实施例公开的辐照加速器幅相控制系统的框架原理图；

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本实用新型提供了辐照加速器幅相控制系统，其工作原理是通过在磁控管控制系统中加入锁频技术，并将该锁频技术与大功率合成技术、数字技术结合，实现对加速器的幅度、相位、频率进行有效的控制。

下面结合实施例和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

再如图1所示：首先，打开微博发生器，使其中的磁控管1/2输出所需功率信号m_sig1/2，m_sig1/2依次通过激励腔1/2，第一波导耦合器1/2，环形a/c、功合器和波导耦合器3注入第一加速器中；

然后在系统开环状态下：第二步进电机1/2转过一定的步数(第二步进电机1/2作用于磁控管1/2的频率调谐机构，使得磁控管输出频率达到2856mhz)，此时从频谱仪1/2上可以看出磁控管工作在多频点。

系统加入了磁控管1/2注入锁频系统。信号源1/2提供注入锁频系统的反注入信号s_sig1/2，s_sig1/2依次通过下变频、放大器和滤波器输出被采样进入fpga，经fpga内部处理后输出信号r_sig1/2，r_sig1/2通过上变频、放大器和滤波器输入到ssa_1/2，信号经依ssa_1/2放大后依次经过耦合器1/2，环形器b/d、环形器a/c、波导耦合器1/2和激励腔1/2反注入到磁控管1/2，达到对磁控管1/2注入锁频的目的。使得磁控管1/2输出频率保持在2856mhz±10khz之内，此时从频谱仪1/2上可以看出磁控管基本工作在单频点。

随后，上位机发送命令使系统处于闭环状态：磁控管1/2产生的输出信号m_sig1/2依次通过激励腔1/2、第一波导耦合器1/2、功分器1/2输出两路信号a_sig1/2和b_sig1/2，a_sig1/2依次通过高q腔1/2，下变频，放大器和滤波器被iq采样进入fpga内部，b_sig1/2依次通过下变频，放大器和滤波器被iq采样进入fpga内部，两路信号在fpga内部作相位比较。

根据相位差计算出步进电机1/2需要转动的步数，fpga产生脉冲信号控制第二步进电机1/2转过对应的步数，步进电机1/2作用于磁控管1/2的频率调谐机构，使磁控管输出频率稳定在2856mhz±0.5khz。

磁控管1/2的输出信号m_sig1/2依次通过激励腔1/2、波导耦合器1/2和和环形器a和c输出两路信号c_sig1/2，两路信号通过功合器输出信号c1_sig，c1_sig通过波导耦合器3产生两路信号c_sig和d_sig，c_sig依次经过下变频，放大器和滤波器被i/q采样进入fpga，d_sig依次经过加速器，下变频，放大器和滤波器被i/q采样进入fpga，两路信号在fpga内部作相位比较，根据相位差计算出第一步进电机需要转动的步数，

最后，fpga产生脉冲信号控制步进电机3转过对应的步数，步进电机3作用于辐照加速器频率调谐机构，使得加速器输出频率稳定在2856mhz±0.5khz。

如果功率合成的两路信号c_sig1和c_sig2相位差很大，则功率合成效率很低，为了满足加速器注入功率要求，需要控制c_sig1和c_sig2的相位差稳定在小范围内。上位机设定参考相位，磁控管1/2输出信号m_sig1/2，在fpga内部，fpga将m_sig1和m_sig1的相位与参考相位作比较处理计算出相位差φ，则s_sig1/2需要调节的相位为φ，因为磁控管注入锁频即注入锁相，通过调节反注入信号的相位可以调节磁控管输出信号的相位，信号源1/2输出信号s_sig1/2，s_sig1/2经过射频前端处理后被i/q采样进入fpga，fpga调节s_sig1/2的相位改变φ，然后经过i/q调制输出，输出信号r_sig1/2经过射频前端处理输入到ssa_1/2，ssa_1/2将r_sig1/2放大输出，依次通过环形器b/d、环形器a/c、波导耦合器1/2和激励腔1/2反注入到磁控管1/2，控制c_sig1和c_sig2的相位差稳定在±0.3°以内。

微波仪器测试单元主要监测磁控管1/2的输出功率和频率的稳定性以及功率合成的效率。微波仪器测试单元采用gpib卡通讯，其后台程序基于labview程序编写，通过i/0server接口技术与epics测控界面进行数据交互。

固态放大器、流量计、和微波发生器通过串口与上位机通讯，上位机程序基于labview编写，主要实现各水路流量和温度的监测和反注入信号频率和功率的监测。

llrf上位机程序基于epics编写，主要用于加速器相位稳定度和幅度稳定度的监测，步进电机调频步数的设定，pi控制器比例积分系数的设定和整个测试系统的连锁保护。

如图1，整个系统中磁控管和环形器a/c处均设有水路单元，水路单元的进水口处设有流量传感器，所述流量传感器具有记录流量和温度的功能，流量计传感器将流量信号和温度信号发送到流量计，流量计安装有数码显示屏，可以实时监测各水路的流量和温度。

图中功分器1/2将耦合出来的磁控管1/2的输出信号分为4路，两路作为反馈信号经过处理输入到fpga信号处理板，一路输入到频谱1/2，频谱仪1/2主要测试磁控管1/2输出信号的频率的稳定性，剩下一路输入到功率计1/2，功率计1/2主要测试磁控管1/2输出信号的功率的稳定性。

图中下变频主要用于产生中频信号，辐照加速器的工作频率为2856mhz，因为adc采样率是100mhz/s,所以直接进行采样是不现实的，因此需要将八路射频信号下变频到中频信号。

通过以上的方式，本实用新型所提供的辐照加速器幅相控制系统，通过在磁控管控制系统中加入锁频技术，并将该锁频技术与大功率合成技术、数字技术结合，实现对加速器的幅度、相位、频率进行有效的控制。

以上所述的仅是本实用新型所公开的辐照加速器幅相控制系统的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。