专利名称：一种电子加速器的电子束流控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子加速器中的电子束流控制技术，具体涉及单个高压电源带多个电子加速单元的电子加速器的电子束流控制装置。
背景技术：
目前，我国电子加速器大多都属于一个高压电源带一个电子加速单元结构，电子束流控制方法多样，具体包括电位器控制、伺服电机控制等方法。
电位器控制是由一个步进电机连接的绝缘有机玻璃棒与电位器转动轴相连的连接装置和电机控制单元、束流控制单元组成。主要是通过电机的转动控制电位器在束流控制单元的阻值，改变晶间管触发脉冲角，从而控制电子枪电流有效值改变束流大小。该种电子束流控制方式主要缺点是电位器的使用容易出现抖动、接触不良等问题，所以使用寿命短，步进电机控制方式导致束流控制精度不高。
伺服电机控制是高压电源内低压端的电机通过有机绝缘玻璃棒带动高压端发电机，由发电机给电子枪供电。电子束流的大小是低压端电机的转速决定的。此控制方式与电位器控制方法有相同之处，都属于机械传动控制方法，而机械传动都有传动装置的可靠性与控制精度不高等这样的缺点。
以上所述电子束流控制都是单电源带单电子加速单元结构的控制方法。而随着大功率(大电子束流)电子加速器的出现，继而又出现了单电源带多电子加速单元的加速器结构。多电子束流控制采用电位器控制、伺服电机控制等方法，势必会出现多电子束流值采样困难、控制系统结构复杂、运行可靠稳定性能低等一系列问题。发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种可靠性和稳定性高的，具有单高压电源带多电子加速单元结构的电子加速器的电子束流控制装置。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种单电源带多电子加速单元结构电子加速器的电子束流控制装置，包括电子枪供电回路单元、电子枪供电调压电路、直流高压电源、 电子束流取样电路，其特征在于，还包括第一电压频率调制电路、第一频率信号传送通道、 第一频率电压解调电路、第二电压频率调制电路、第二频率信号传送通道、第二频率电压解调电路、调压控制电路、AC-DC电路、电子束流显示单元，
所述电子束流取样电路、第一电压频率调制电路、第二频率电压调制电路、AC-DC 电路、电子枪供电调压电路、调压控制电路分别安装在高压电源高压端；所述电子束流显示单元、第一频率电压解调电路、第二电压频率解调电路安装在在高压电源钢桶外的低压端；
所述电子枪供电回路单元包括第一变压器、第二变压器，所述第一变压器安装在高压电源钢桶内的低压端，所述第二变压器安装在高压电源的高压端，所述第一变压器与第二变压器通过磁耦合方式将低压端电能传送到高压端作为电子枪供电电源，所述第二变压器次级设有N个独立的供电绕组，所述电子枪供电调压电路的数量为N个，所述N个独立的供电绕组分别一对一连接N个所述电子枪供电调压电路，N个所述电子枪供电调压电路分别连接N个电子加速单元，所述N为自然数；
所述AC-DC电路的输出端分别连接所述第一电压频率调制电路、第二频率电压调制电路、调压控制电路，为其提供直流电源；
所述电子束流取样电路包括N个并行采样电路，所述N个并行采样电路分别一对一连接在所述N个独立供电绕组和直流高压电源之间，每个所述采样电路将其采样的电子束流信号转换为下行电压信号，所述下行电压信号分别送到所述电子枪供电调压控制电路和第一电压频率调制电路，所述第一电压频率调制电路将所述下行电压信号转换为下行频率信号，并输出到所述第一频率信号传送通道，所述第一频率信号传送通道将所述下行频率信号传送到高压电源外的低压端，所述第一频率电压解调电路将该下行频率信号变换为对应的输出电压信号，所述电子束流显示单元采样所述第一频率电压解调电路的输出电压信号，并显示为电子束流值；同时，所述第二电压频率调制电路将所述输出电压信号变换为反馈频率信号，所述反馈频率信号经所述第二频率信号传送通道发送到高压端的所述第二频率电压解调电路，所述第二频率电压解调电路将所述反馈频率信号变换为反馈直流电压信号，所述反馈直流电压信号送入所述电子枪供电调压控制电路，所述电子枪供电调压控制电路分别连接在N个电子枪供电回路，分别控制和调节每个电子枪供电回路电子束流值大小。
所述高压电源钢桶内设有金属盒，所述电子束流取样电路、第一电压频率调制电路、第二频率电压调制电路、AC-DC电路、电子枪供电调压控制电路分别安装在所述金属盒内。金属盒用于屏蔽高压电源内磁场对电路的干扰；安装在金属盒内的所有弱电电路的供电电路由；电子枪供电回路中装设在高压电源高压端的变压器供给交流电源，交流电源经整流、滤波和集成稳压电路后得到稳定的直流电源(+15V)给金属盒内弱电电路供电。
所述第一频率信号传送通道、第二频率信号传送通道的介质为绝缘高压光纤。
所述调压控制电路由同步信号电路、移相脉冲电路组成。
每个所述电子枪供电回路上设有晶闸管，所述电子枪供电调压电路连接所述晶闸管，通过所述晶间管调节每个所述电子枪供电回路提供给电子枪的加热电流。
所述并行采样电路包括电子束流采样精密电阻，所述电子束流采样精密电阻的一端连接所述直流电源高压端，另一端通过高压传输装置接到电子加速单元的加速管高压端。
本发明的原理是将电源钢桶内高压端的电子束流信号，经所述电子束流取样电路进行电压取样获得下行电压信号，分别输出到调压控制电路和第一电压频率调制电路。 下行电压信号经第一电压频率调制电路，即第一 V-F电路，转换为下行频率信号，下行频率信号从高压端通过第一频率传输通道传送到高压电源钢桶外低压端，在高压电源钢桶外低压端，下行频率信号经第一频率电压解调电路，即第一 F-V电路，被转变为输出电压信号， 束流显示单元采样直流电压信号显示束流值。在电源钢桶外，输出电压信号经第二电压频率调制电路，即第二 V-F电路，转换为反馈频率信号后经第二频率传输通道传送到电源高压端，高压端的第二频率电压解调电路即第二 F-V电路，转换为反馈直流电压信号，送入调压控制电路，调压控制电路比较下行电压信号和反馈直流电压信号，调节电子枪供电调压电路的加热电流，即控制电子枪加热功率，从而控制电子加速单元的电子束流大小。这样的电子束控制系统就是能够实现工业加速器中单个高压电源带多个电子加速单元的电子加速结构。
本发明单个高压电源带多个电子加速单元结构的电子加速器的电子束流控制装置具有多项优点，首先是多个电子枪供电只需一个供电电源，高压电源高压端到低压端信号的传递是通过光的通路进行的，高压与低压端没有电气连接，抗干扰能力强，其次是电子束流采样显示与控制的精度高、整套控制系统运行可靠稳定，控制装置体积小成本低，使用和维护维修方便，可在多种电子束流弓I出系统采用。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明的技术方案作进一步具体说明。
图1为本发明具体实时方式中，单个高压电源带三个电子加速单元结构的电子加速器的电子束流控制装置的电路原理图。
图中1.电子束流取样电路，2.第一 V-F电路，2’.第二 V-F电路，3.第一 F-V电路，3’第二 F-V电路，4. AC-DC电路，5.第一频率信号传送通道，5’ .第二频率信号传送通道，6.电子束流显示单元，7.调压控制电路，8.电子束流采样精密电阻，9.电子枪，10.电子枪供电调压电路中的晶闸管，11.直流高压电源，Tl.第一电子枪供电回路变压器，T2.第二电子枪供电回路变压器，A、B、C三点是分别为电子束流采样点。
具体实施方式
如图1中各组成部分原理及安装位置
电子枪供电回路。参阅图1，本发明是单相交流电输入，可用市电220V或110V，图中用L、N表示单相电源输入，也可用三相交流电中的一根火线一根零线作为输入，TI与T2 是电子枪供电回路的变压器，Tl安装在高压电源钢桶内的低压端，T2安装在高压电源的高压端，Tl与T2通过磁耦合的方式将低压端电能传送到高压端作为电子枪供电电源，T2次级独立的三绕组给三个电子枪供电，T2次级还特别绕制了电源高压端的AC-DC电路的所需的交流电源的绕组，Tl到T2变比是110 1 18，供给电子枪电源的三绕组分别与晶闸管、电子枪是串联关系，在运用中调节晶闸管触发脉冲相位角即可调节电子枪的加热功率， 改变电子枪引出电子束流的大小。
电子束流采样电阻。电子束流采样电阻是高精度的电流采样电阻，图1中的三个电阻一端连接在一起接在高压电源的高压端，另一端分别通过高压传送装置接到加速管高压端，有电子束流引出时，电阻两端的电压除以电阻值既是电子束流的大小，图1中的A、B、 C三点就是表示采样的电子束流通过电阻两端的电压信号。
电子束流取样电路。电子束流取样电路是将电子束采样电阻两端的电压信号通过电感电容的滤波，得到纹波系数小的直流电压信号，作为后端V-F电路的输入信号用。
AC-DC电路。供电电路是把图1中T3输出的交流电经过全桥整流滤波后，在由集成稳压芯片将输出的直流电压稳定在一个数值，直流回路的零电位点与直流高压的高压端连接，安装在直流高压电源高压端，为高压端的弱电电路供电。
V-F电路。第一、第二 V-F电路具有相同的结构。V-F电路是专门的集成V/F变换芯片及少数的外围器件构成，调节外围器件的参数，可得到输入直流电压与输出频率较好的线性关系，该电路是安装在高压电源的高压端，它主要是把电子束流采样的直流电压信号转换为频率信号输出，0-10V输入对应O-IOKHz输出。
频率信号传送通道。第一、第二频率信号传送通道结构相同，该通道是电源高压端与低压端频率的传送通道，通道由红外发射、接收与光纤组成，光纤是红外的传输介质。红外的发射与接收，把频率信号在高压端与低压端通过光的形式进行传递，高压端和低压端无电气连接。
F-V电路。同样，第一、第二 F-V电路具有相同结构，F-V电路是专门的集成F/V变换芯片及少数的外围器件构成，调节外围器件的参数，可得到输入频率与输出直流电压较好的线性关系，该电路是安装在高压电源以外的低压环境，它主要是把V-F电路变换输出的频率信号转换为对应的电压信号输出，O-IOKHz输入对应0-10V输出。
电子束流显示单元。电子束流显示单元可以是由PLC与MHI组成的加速器控制系统采样F-V输出的电压信号，对应比例的显示束流值，也可以是加速器的其它控制系统对其测量显示。
电子枪调压控制电路。电子枪调压控制电路是由专设的压控脉冲移相芯片与外围电路组成，实现0-10V直流电压输入，脉冲输出在0° -180°范围内移相，调压电路还包括了电子束流的反馈控制电路，反馈信号来自电子束流采样电路，反馈电路是电子束流控制信号与反馈信号的一个减法电路，即实现这样一个过程电子束流因某种原因增大，反馈信号增大，由于此时的控制信号是一个定值，那么控制信号减去反馈信号就使控制移相脉冲输入的直流电压信号减小，对应的输出脉冲相位也就减小，串接在电子枪供电回路的晶闸管导通角减小，电子枪端电压有效值减小加热功率变低，输出电子束流减小，稳定电子束流输出值，反之。电子枪调压控制电路中的信号同步电路，把驱动脉冲信号与每支电子枪供电电源同步。
图1中的电子束流取样电路1、第一 V-F电路2、第二 F-V电路3’、第一 V-F和第二 F-V电路的供电电路4、调压控制电路7、束流采样大功率精密电阻8、电子枪供电调压电路中的晶闸管10，都是集成在一个密闭的金属盒内，金属盒安装在高压电源高压端。金属盒用于屏蔽高压电源内磁场对电路的干扰；安装在金属盒内的所有弱电电路的供电电路由；电子枪供电回路中装设在高压电源高压端的变压器供给交流电源，交流电源经整流、滤波和集成稳压电路后得到稳定的直流电源(+15V)给金属盒内弱电电路供电。电子束流显示单元6、第一 F-V电路3、第二 V-F电路2’分别在高压电源钢桶外的加速器控制系统中。
综上，单电源带三个电子束控制系统是这样实现的电源高压端的高精度电子束流采样电阻8把流过高压线的电流转变为电阻两端A、B、C三个采样点的直流电压，三个直流电压即是电子束流在电阻上的压降，根据欧姆定律，电子束流等于直流电压分别除以采样电阻R1、R2、R3的阻值。第一 V-F电路1把ABC通过滤波后的直流电压作为输入，频率作为输出，电路实现0-10V输入直流电压对应O-IOKHz输出频率，电路驱动频率传输通道5把频率信号传递到电源钢桶外的第一F-V电路3，第一F-V电路3把接收到的频率信号转换为直流电压信号输出，电路实现O-IOKHz频率输入对应0-10V直流电压输出，第一 V-F电路1 与第一 F-V电路3是对应1 1比例关系，即第一 F-V电路3输出的直流电压信号就是第一 V-F电路1输入的直流电压信号，第一 F-V电路3输出的直流电压除以采样电阻值就是实际的电子束流值，第一 F-V电路3输出的直流电压可以是PLC与MHI组成的加速器控制系统或其它类型的加速器控制系统采样显示电子束流值。在高压电源钢桶外的第二 V-F电路2’把电子束流控制信号转换为频率信号输出，第二 V-F电路2’也是实现0-10V输入直流电压对应O-IOKHz输出频率。其中0-10V输入的控制直流电压可以是电位器输入，也可是加速器控制系统控制模块输入，即可有手动与自动控制电子束流方式。V-F电路2’输出频率经频率传输通道5，到电源高压端的第二 F-V电路3，，实现O-IOKHz频率输入对应0-10V 直流电压输出，第二 F-V电路3’输出直流电压与电子束流取样电路1采样的直流电压作为调压控制电路7的输入，两路信号进入调压控制电路的减法电路即反馈回路，控制信号减去电子束流采样信号的输出电压信号作为脉冲移相电路的输入控制信号，脉冲移相电路接收0-10V直流电压对应脉冲相移0° -180°。脉冲相位角决定电子枪的加热功率。某时刻因某种原因电子束流增大采样信号就增大，而控制信号不变，控制信号减去采样信号的输出控制脉冲相位角的电压信号减小，继而驱动晶闸管的导通角减小，电子枪加热功率降低电子束流减小，因某种原因电子束流减小，则反之，如此稳定电子束流引出值。调压控制电路中的同步信号电路是把电子枪供电电源与驱动脉冲同步。所述原理，实现三个电子束流值采样与显示，电子束流引出可手自动控制，电子束流引出值具有自动稳定功能。
三个电子束流控制系统在电子加速器中运用实施例
加速器是单电源带三个电子加速单元的电子加速器结构，高压电源额定高压 200KV，电子束流额定300mA。电子束流控制系统如前面所述安装连接，如图1。
图1中L、N输入IlOV工频交流电，电子枪供电回路变压器T2次级端输出18. 5V 交流电压，T2变压器容量1KVA，AC-DC电路4输出直流电压+15V，电子束流控制直流电压信号0-10V，束流采样精密电阻Rl、R2、R3阻值100 Ω、功率5W，晶闸管Jl、J2、J3额定电流 40Α。
定义三个电子束流控制信号分别为ΚΙ、Κ2、Κ3，第一 F-V电路3的三路输出直流电压信号折合为束流表示VI、V2、V3。
现有的单电子束单元弓I出电子束流的加速器系统中，电子束流的采样是在电源的低压端串接电阻进行采样测量的，测量数据能真实的反映电子束流值，测量精度高。我们把此种测量方法与上述测量方法测量到的束流值进行对比测试。低压端串联电阻测量电子束流用符号D表示。
测试对比数据表
Kl(V)2. 543. 354. 014. 625. 135. 435. 665. 83K2(V)2. 573. 384. 044. 655. 165. 465. 685. 85K3(V)2. 533. 313. 964. 605. 115. 415. 635. 80Vl(mA)1020304050607080V2 (mA)1020304050607080
权利要求
1. 一种电子加速器的电子束流控制装置，包括电子枪供电回路单元、电子枪供电调压电路、直流高压电源、电子束流取样电路，其特征在于，还包括第一电压频率调制电路、第一频率信号传送通道、第一频率电压解调电路、第二电压频率调制电路、第二频率信号传送通道、第二频率电压解调电路、调压控制电路、AC-DC电路、电子束流显示单元，所述电子束流取样电路、第一电压频率调制电路、第二频率电压调制电路、AC-DC电路、 电子枪供电调压电路、调压控制电路分别安装在高压电源高压端；所述电子束流显示单元、 第一频率电压解调电路、第二电压频率解调电路安装在在高压电源钢桶外的低压端；所述电子枪供电回路单元包括第一变压器、第二变压器，所述第一变压器安装在高压电源钢桶内的低压端，所述第二变压器安装在高压电源的高压端，所述第一变压器与第二变压器通过磁耦合方式将低压端电能传送到高压端作为电子枪供电电源，所述第二变压器次级设有N个独立的供电绕组，所述电子枪供电调压电路的数量为N个，所述N个独立的供电绕组分别一对一连接N个所述电子枪供电调压电路，N个所述电子枪供电调压电路分别连接N个电子加速单元，所述N为自然数；所述AC-DC电路的输出端分别连接所述第一电压频率调制电路、第二频率电压调制电路、调压控制电路，为其提供直流电源；所述电子束流取样电路包括N个并行采样电路，所述N个并行采样电路分别一对一连接在所述N个独立供电绕组和直流高压电源之间，每个所述采样电路将其采样的电子束流信号转换为下行电压信号，所述下行电压信号分别送到所述电子枪供电调压控制电路和第一电压频率调制电路，所述第一电压频率调制电路将所述下行电压信号转换为下行频率信号，并输出到所述第一频率信号传送通道，所述第一频率信号传送通道将所述下行频率信号传送到高压电源外的低压端，所述第一频率电压解调电路将该下行频率信号变换为对应的输出电压信号，所述电子束流显示单元采样所述第一频率电压解调电路的输出电压信号，并显示为电子束流值；同时，所述第二电压频率调制电路将所述输出电压信号变换为反馈频率信号，所述反馈频率信号经所述第二频率信号传送通道发送到高压端的所述第二频率电压解调电路，所述第二频率电压解调电路将所述反馈频率信号变换为反馈直流电压信号，所述反馈直流电压信号送入所述电子枪供电调压控制电路，所述电子枪供电调压控制电路分别连接在N个电子枪供电回路，分别控制和调节每个电子枪供电回路电子束流值大
2.根据权利要求1的电子加速器的电子束流控制装置，其特征在于所述高压电源钢桶内设有金属盒，所述电子束流取样电路、第一电压频率调制电路、第二频率电压调制电路、 AC-DC电路、电子枪供电调压控制电路分别安装在所述金属盒内。
3.根据权利要求1或2所述电子加速器的电子束流控制装置，其特征在于，所述第一频率信号传送通道、第二频率信号传送通道的介质为绝缘高压光纤。
4.根据权利要求3所述电子加速器的电子束流控制装置，其特征在于，所述调压控制电路由同步信号电路、移相脉冲电路组成。
5.根据权利要求4所述电子加速器的电子束流控制装置，其特征在于，每个所述电子枪供电回路上设有晶闸管，所述电子枪供电调压电路连接所述晶闸管。
6.根据权利要求5所述的电子加速器的电子束流控制装置，其特征在于，所述并行采样电路包括电子束流采样精密电阻，所述电子束流采样精密电阻的一端连接所述直流电源高压端，另一端通过高压传输装置接到电子加速单元的加速管高压端。
全文摘要
本发明涉及一种电子加速器的电子束流控制装置，主要包括电子枪供电回路单元、电子枪供电调压电路、直流高压电源、电子束流取样电路，第一、第二电压频率调制电路、第一、第二频率信号传送通道、第一、第二频率电压解调电路、调压控制电路、AC-DC电路、电子束流显示单元，所述电子束流取样电路、第一电压频率调制电路、第二频率电压调制电路、AC-DC电路、电子枪供电调压电路、调压控制电路分别安装在高压电源高压端；电子束流显示单元、第一频率电压解调电路、第二电压频率解调电路安装在在高压电源钢桶外的低压端；本发明为单高压电源带多电子加速单元结构，且输出电子束流稳定性能高，安全可靠，电路集成度高，占用空间小，使用和维护维修方便。
文档编号H05H5/00GK102510655SQ201110282400
公开日2012年6月20日 申请日期2011年9月22日 优先权日2011年9月22日
发明者曾利, 李琦, 贾朝伟, 鄢春松 申请人:湖北久瑞核技术股份有限公司