本发明涉及等离子体加热技术领域，尤其涉及一种等离子体辅助加热系统通用保护器。
背景技术：
等离子体辅助加热系统是磁约束聚变装置的重要组成部分。随着聚变研究的逐步深入，辅助加热的重要性越来越显现出来，辅助加热也被称为二级加热。等离子体辅助加热方法主要有：中性束加热和射频波加热。辅助加热把高压电能量转换成高能中性粒子束或高功率微波注入到等离子体，把能量传递给等离子体，实现对等离子体加热。
高速保护系统是辅助加热系统的重要组成部分。高功率中性束系统或高功率微波系统在运行过程中，有可能出现多种异常情况。保护系统的作用是在异常情况下，高速切断辅助加热系统的高压电源，防止高功率粒子束系统或高功率微波损坏辅助加热系统。在辅助加热保护系统中，保护类型众多。保护信号可来自霍尔传感器、检波晶体、温度传感器、光敏二极管和高压分压器等多种不同类型的传感器。各传感器输出电压特性多样。现有保护器通常采用的方法为，根据各系统保护要求，开发出多种类型的保护器。这种方式存在的主要问题是：保护器类型多，设计和生产成本高，周期长；各种保护器不通用，各种保护器都需配备有备件，进一步增加了保护系统的成本。
技术实现要素：
本发明解决的技术问题是辅助加热系统中现有的保护器类型繁多不能通用的问题，进而提供一种等离子体辅助加热系统通用保护器。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种等离子体辅助加热系统通用保护器，包括第一印刷电路板和至少两个第二印刷电路板，在所述第一印刷电路板上设置至少一个能够可拆卸的与所述第二印刷电路板连接的接口，在每个所述第二印刷电路板上均设置有一个信号处理模块，当所述第一印刷电路板和所述第二印刷电路板连接时，所述信号处理模块接入所述第一印刷电路板上的电路构成完整的保护电路，所述保护电路对来自传感器的信号进行处理并根据处理后的信号输出保护信号。
优选地，在所述第一印刷电路板上设置有第一比较器和输出级，所述第一比较器的输出端与所述输出级连接，所述接口与所述第一比较器的输入端连接，当所述第一印刷电路板和所述第二印刷电路板连接时，所述信号处理模块通过所述接口与所述第一比较器的输入端连接。
优选地，在所述第一印刷电路板上设置有第一比较器、输出级、微控制器和第二比较器，在所述第一印刷电路板上设置一个能够与所述第二印刷电路板连接的接口，该接口分别与所述第一比较器的输入端和所述第二比较器的输入端连接，所述第一比较器的输出端和所述第二比较器的输出端均与所述微控制器的输入端连接；所述输出级与所述微控制器的输出端连接，或者所述输出级通过第一跳线实现与所述第一比较器的输出端和所述微控制器的输出端的连接的切换；当所述第一印刷电路板和所述第二印刷电路板连接时，所述信号处理模块经所述接口分别与所述第一比较器的输入端和所述第二比较器的输入端连接。
优选地，在所述第一印刷电路板上设置有第一比较器、输出级、微控制器和第二比较器，在所述第一印刷电路板上设置两个能够与所述第二印刷电路板连接的接口，所述第一比较器的输入端与其中的一个接口连接，所述第二比较器的输入端通过第二跳线实现与两个接口之间的连接的切换，所述第一比较器的输出端和所述第二比较器的输出端均与所述微控制器的输入端连接；所述输出级与所述微控制器的输出端连接，或者所述输出级通过第一跳线实现与所述第一比较器的输出端和所述微控制器的输出端的连接的切换；工作时，两个所述信号处理模块分别连接在两个所述接口处，所述第一比较器的输入端与一个所述信号处理模块的输出端连接，所述第二比较器的输入端通过所述第二跳线实现与两个所述信号处理模块的输出端之间的连接的切换。
优选地，所述第一印刷电路板设置有第二输入级，当所述第一印刷电路板和所述第二印刷电路板连接时，所述第二输入级与和所述第二比较器的输入端连接的所述信号处理模块的输入端连接。
优选地，所述第一印刷电路板上还设有第一输入级，当所述第一印刷电路板与所述第二印刷电路板连接时，所述第一输入级与和所述第一比较器的输入端连通的所述信号处理模块的输入端连接。
优选地，所述第一印刷电路板上还设置有串行通信模和D/A转换模块，所述微控制器通过所述串行通信模接收远程命令通过所述D/A转换模块发送给所述第一比较器和/或所述第二比较器完成阈值修改。
优选地，所述信号处理模块包括直通模块、同相放大模块、反相放大模块、无源分压模块和/或电压峰值检测模块。
优选地，所述第一印刷电路板通过插接方式实现与所述第二印刷电路板之间的可拆卸连接。优选地，所述插接方式为插针方式。
本发明的有益效果如下：
本发明的等离子体辅助加热系统通用保护器，通过将信号处理模块和保护器的其它电路部分设置在不同的电路板上，并可通过插接的方式连接两块电路板，从而使得信号处理模块能够方便的接入其它电路部分，从而可以根据不同的传感器的电压信号的特点更换不同的信号处理模块，使得本发明的通用保护器可以为多个传感器通用，解决了现有的保护器类型众多并且互相不能替换的问题，从而简化辅助加热系统，降低了系统建设成本，同时也提高了加热系统的稳定性。
附图说明
图1为本发明的等离子体辅助加热系统通用保护器的一个实施例的原理框图；
图2为本发明的等离子体辅助加热系统通用保护器的一个实施例的电路连接图；
图中：
1第一输入级、2信号处理模块、3第一比较器、4输出级、5D/A转换模块、6微控制器、7第二输入级、8信号处理模块、9第二比较器、10串行通信模、SW1第一跳线、SW2第二跳线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案和有益效果进一步进行说明。
辅助加热系统中现有的保护器类型繁多的问题，由于各传感器输出电压特性多样，从而设计通用保护器的难度较大，本发明的等离子体辅助加热系统通用如下方案解决了这一问题：将保护器将信号处理模块和保护电路的其它部分设置在不同的印刷电路板第一印刷电路板和第二印刷电路板上，并在第一印刷电路板上设置至少一个能够可拆卸的与第二印刷电路板连接的接口，当第一印刷电路板和第二印刷电路板连接时，信号处理模块接入第一印刷电路板上的电路构成完整的保护电路，保护电路对来自传感器的信号进行处理并根据处理后的信号输出保护信号。
附图1为本发明的等离子体辅助加热系统通用保护器的一个实施例的原理框图，包括第一比较器3、输出级4、微控制器6、第二比较器9和两个信号处理模块，为了描述方便，将其中一个信号处理模块标号2，另一个信号处理模块标号8，其中，第一比较器3、输出级4、微控制器6和第二比较器9设置在第一印刷电路板上，两个信号处理模块2、8分别设置在一个第二印刷电路板上，在第一印刷电路板上设置两个能够与第二印刷电路板连接的接口，第一比较器3的输入端与其中的一个接口连接，第二比较器9的输入端通过第二跳线SW2实现与两个接口之间的连接的切换，第一比较器3的输出端和第二比较器9的输出端均与微控制器6的输入端连接，输出级4通过第一跳线SW1实现与第一比较器3的输出端或微控制器6的输出端的连接的切换，工作时，两个信号处理模块2、8分别连接在两个接口处，从而第一比较器3的输入端与一个信号处理模块2的输出端连接，第二比较器9的输入端通过第二跳线SW2实现与两个信号处理模块2，8的输出端之间的连接的切换，本实施中的保护器能够接收一路或者两路模拟量输入，两个比较器把处理后的模拟量和各自的阀值进行比较然后得到两路数字量。第一路比较器可直接驱动输出级4输出光信号给后级，实现高速保护功能。两路数字量同时送入微控制器6，由软件进行处理，然后送输出级4，实现慢保护功能。高速和低速输出可通过跳线切换。第二路比较器输入电压可通过跳线切换，具体的：
a)单门限比较
只有1路模拟量输入，SW1接第一比较器3。当输入量大于阀值时，输出保护信号。整个过程由硬件完成，要求响应时间小于2μs，实现高速保护。
b)窗口比较
只有1路模拟量输入，SW2接信号处理模块2，SW2接微控制器6的输出端。分别设置上阀值和下阀值，当输入信号不在上下阀值之间时，输出保护信号。逻辑功能由软件实现，响应时间小于20ms，实现低速保护。
c)条件比较
使用2路模拟量输入，SW2接信号处理模块8，SW1接微控制器6的输出端。当其中一路模拟量大于其阀值并且另一路模拟量小于其阀值时，输出保护信号。逻辑功能由软件实现，响应时间小于20ms，实现低速保护。
本发明中的信号处理模块2,8可以包括直通模块、同相放大模块、反相放大模块、无源分压模块和电压峰值检测模块中的一种或几种，包括的种类越多，能够适用的传感器类型越多，当包括上述所有模块时，配合图1给出的实施例可以适用于现有保护系统的所有保护要求。下面对各模块结构举例说明，但是各模块的结构不限于下述举例，本领域的技术人员可以根据公职常识确定各模块的具体结构：
a)直通
使用短路线直接连接输入和输出。
b)同相放大
运放芯片采用CA3140，其中增益可调，最大放大系数为21。
c)反相放大
运放芯片采用CA3140，增益可调，最大放大系数为-150。
d)无源分压
安装一总电阻为20k的电位器。
e)峰值检测
峰值检测用于测量交流电峰值。
当需要的保护功能较少时，可以对结构进行相应的简化：
当只需要高速保护时，可以仅在第一印刷电路板上设置有第一比较器3和输出级4，使第一比较器3的输出端与输出级4连接，当第一印刷电路板和第二印刷电路板连接时，信号处理模块2与第一比较器3的输入端连接，此时可以设置至少两个的信号处理模块2，以适应来自不同传感器的信号。
当仅需要进行窗口比较实现低速保护时，可以紧在第一印刷电路板上设置一个能够与第二印刷电路板连接的接口，并该接口分别与第一比较器3的输入端和第二比较器9的输入端连接，为了能够实现高速保护，可以同时使输出级4通过第一跳线SW1实现与第一比较器3的输出端或微控制器6的输出端的连接的切换，当需要高速保护时，将第一跳线SW1切换至第一比较器3的输出端，当需要实现窗口比较低速保护时，将第一跳线SW1切换至微控制器6的输出端。在此结构下，当第一印刷电路板和第二印刷电路板连接时，信号处理模块2经接口分别与第一比较器3的输入端和第二比较器9的输入端连接。
为了防止前端保护器对前级的影响，可以在每路模拟量输入端设置输入级，包括第一输入级1和第二输入级7，当第一印刷电路板和第二印刷电路板连接时，第一输入级1与和第一比较器3的输入端连通的信号处理模块2的输入端连接，第二输入级7与和第二比较器9的输入端连通的信号处理模块8的输入端连接。
为了实现远程阈值功能，可以在第一印刷电路板上设置串行通信模10和D/A转换模块5，微控制器6通过串行通信模10接收远程命令通过D/A转换模块5发送给第一比较器3和/或第二比较器9完成阈值修改，具体的：
微控制器6使用串行通信，执行远程命令，实现远程阀值功能。没有接收到命令时，不充许发送数据。串行通信直接把作为微控制器6的单片机的TTL电平转换成光信号，从而无需设置max232或max485芯片。通信数据帧格式为：1字节起始码+3字节地址码+1字节命令码+若干字节的参数+1字节结束码。其中起始码和结束码分别为左括号”(”和右括号”)”。
本发明中，为了方便信号处理模块的更换，可以使第一印刷电路板通过插接方式实现与第二印刷电路板之间的可拆卸连接，具体的，该插接方式可以为插针方式，针对不同的输入信号，使用跳线切换不同的信号处理模块，进行模拟信号处理。
参见附图2，为通用保护器电路原理图，其中信号处理模块以电压峰值检测为例：
输入级2、7可以为一级射级跟随器，主要功能为增加输入信号的带载能力，减小后级处理对原始信号的影响。运放芯片采用CA3140，封闭形式为DIP8。为了防止冲击电压对后续的影响，在输出端安装有冲击电压抑制管，型号为1.5KE18CA。运放使用±15V双电源供电；
电压比较器采用LM311运放，使用±15V双电源供电。上拉电阻为500欧。输出级使用9014三极管驱动光纤头，限流电阻为100欧；
作为微控制器6的单片机采用PIC16F877A，封装为DIP40。主要完成远程通信功能和低速信号处理功能。包含复位电路、ICSP在线编程电路、时钟电路、TLV5618DA转换电路、AD转换电路和串行通信电路。
针对不同的传感器，在第一电路印刷板上安装一单排插针，共5根插针，分另为地、+15V、-15V、输入和输出，而不同的信号处理模块单独为一小PCB板，即第二印刷电路板，并安装对应的5根插座，可灵活更换不同的信号处理模块。
本发明的通用保护器通过调整保护器中跳线和选择合适的信号处理模块，使得一种类型的保护器满足辅助加热系统所有保护要求，包含过压保护、过流保护、弧光保护、微波反射保护、窗口保护等。相比传统的根据各保护要求设计特定的保护器从而系统种保护器数量达到几十种、设计成本高、不易于运行和维护的方案，本发明从一定程度上简化了保护系统微波源，避免了使用多种类型的保护器，提高了辅助加热系统的安全性和可靠性并且大幅降低了成本。