專利名稱：具有在線自檢功能的多路大功率速調(diào)管過流實時保護裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及速調(diào)管保護領(lǐng)域，尤其是一種具有在線自檢功能的多路大功率速調(diào)管過流實時保護裝置。
背景技術(shù)：
速調(diào)管是大功率微波系統(tǒng)的核心部件且價格非常昂貴，它的正常工作與否直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的安全。速調(diào)管在高壓上電時的故障態(tài)表現(xiàn)為兩種過流形式管體過流和主回路過流。由于過流時的速調(diào)管(把"可能"二字去掉)處于極度危險的狀態(tài)，需要及時地撤出高壓，否則速調(diào)管將被損毀。速調(diào)管的磁場散焦、管內(nèi)真空問題或加工缺陷，都有可能引起管體的漏電流過大，這時候的打火擊穿對速調(diào)管所釋放的焦爾量不能太大。同時加在速調(diào)管的高壓不能超過額定值，否則陰極發(fā)出的高能電子將造成收集極的損傷。
目前許多大功率微波系統(tǒng)管體電流保護閾值低，在電磁環(huán)境惡劣的情況下，地線浮動和保護快速響應(yīng)等等都可能引起誤動作；由于速調(diào)管是并聯(lián)地連接上高壓源的，在撬棒動作時，保護指示也受到地線浮動強大干擾，會在幾十個微秒內(nèi)引發(fā)其他保護電路動作，因而不能確定究竟是哪一路速調(diào)管發(fā)生過流。過流保護系統(tǒng)在過流發(fā)生時通常是許多路同時保護；另外電流保護域值和響應(yīng)時間也是在實驗開始前手工一路一路定標完成的，在系統(tǒng)運行期間，將無法判斷保護閾值和響應(yīng)時間是否還在設(shè)定的正常范圍內(nèi)，這就無法判斷過流保護系統(tǒng)是否正常，在這種情況下，速調(diào)管保護的風(fēng)險很大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有在線自檢功能的多路大功率速調(diào)管過流實時保護裝置，以解決傳統(tǒng)技術(shù)中速調(diào)管保護不及時造成速調(diào)管損壞的問題。為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
具有在線自檢功能的多路大功率速調(diào)管過流實時保護裝置，包括有速調(diào)管，速調(diào)管中有燈絲，所述燈絲的兩端通過導(dǎo)線連接至燈絲變壓器，所述燈絲變壓器通過導(dǎo)線連接有燈絲電源，其特征在于所述速調(diào)管的收集極接線端子和管體接線端子分別有導(dǎo)線引出，所述管體接線端子引出的導(dǎo)線穿過霍爾傳感器一后接地，所述收集極接線端子引出的導(dǎo)線穿過霍爾傳感器二后接地；還包括有高壓電源HVPS，所述燈絲的一端還通過限流電阻連接至HVPS負極，所述HVPS正極接地，通過導(dǎo)線同撬棒連接；所述霍爾傳感器一和霍爾傳感器二上分別有導(dǎo)線引出并連接至各自對應(yīng)的過流保護電路輸入極，所述霍爾傳感器的信號通過導(dǎo)線輸入至過流保護電路中；所述兩個過流保護電路發(fā)出的觸發(fā)信號通過信號線輸入至撬棒，所述撬棒響應(yīng)信號通過另一根信號線返回至兩個過流保護電路；所述兩個過流保護電路中采集到的信號通過信號線輸送至下位機，所述下位機通過交換機同上位機連接，所述上位機發(fā)出自檢信號輸送至下位機，下位機通過另一根信號線將自檢信號輸入至兩個過流保護電路中。
所述的具有在線自檢功能的多路大功率速調(diào)管過流實時保護裝置，其特征在于所述霍爾傳感器的信號通過引出的導(dǎo)線輸送至過流保護電路的輸入端，所述過流保護電路輸入端串聯(lián)有二極管和電感后，導(dǎo)線分為兩路， 一路連接至運算放大器的反相輸入端；所述運算放大器將信號通過輸出端輸送至集成電路NE555的TRIG引腳處，所述信號通過集成電路NE555的Q引腳輸出，并通過一個電阻輸送至光電耦合器4N25的引腳1上；所述光電耦合器4N25弓l腳5、弓l腳4上分別有導(dǎo)線引出，并分別連接至三極管的集電極和基極上；所述三極管發(fā)射極引出的導(dǎo)線分為兩路， 一路同發(fā)光二極管和電位器一串聯(lián)后接地，另一路同電位器二串聯(lián)后接地；所述電位器一上有導(dǎo)線引出，并連接至所述ac4031采集卡輸入端，所述電位器二上有導(dǎo)線引出，并連接至撬棒輸入端。
所述的具有在線自檢功能的多路大功率速調(diào)管過流實時保護裝置，其特征在于所述下位機中采用ac4031采集卡，所述兩個過流保護電路中采集到的信號通過信號線輸送至下位機的ac4031采集卡輸入端中，所述下位機輸出的自檢信號通過ac4031采集卡的輸出端輸入至兩個過流保護電路中。
所述的具有在線自檢功能的多路大功率速調(diào)管過流實時保護裝置，其特征在于所述速調(diào)管的管體接線端子與霍爾傳傳感器一、速調(diào)管收集極接線端子與霍爾傳感器二之間的導(dǎo)線上分別串聯(lián)有電流指示表。
本發(fā)明在2.45G高功率低混雜波系統(tǒng)中表現(xiàn)良好，所有功能都完全實現(xiàn)，同時它的可靠性和穩(wěn)定性也大為提高。在大功率速調(diào)管發(fā)生過流的情況下，本發(fā)明第一能實時地保護速調(diào)管，第二能從多路速調(diào)管中分辨出真正發(fā)生故障的速調(diào)管，第三能判斷出整個保護過程所用時間；在實驗前和實驗期間可以方便地在線檢測保護系統(tǒng)。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)圖。
圖2本發(fā)明單路保護原理示意圖。
圖3本發(fā)明過流保護電路圖。
圖4本發(fā)明撬棒響應(yīng)信號采集電路圖。
圖5本發(fā)明過流保護電路響應(yīng)時間圖。
具體實施例方式
參見附圖，圖1中標號1、傳感器一，2、傳感器二， 3、管體接線端子，4、收集極接線端子，5、速調(diào)管，6、鈦泵，7、輸出功率，8、磁場線圈，9、輸入功率，10、燈絲，11、燈絲電源，12、燈絲電壓器，13、限流電阻；14、管體電流指示，15、主回路電流指示。
具有在線自檢功能的多路大功率速調(diào)管過流實時保護裝置，包括有速調(diào)管，速調(diào)管中有燈絲，燈絲的兩端通過導(dǎo)線連接至燈絲變壓器，燈絲變壓器通過導(dǎo)線連接有燈絲電源，速調(diào)管的收集極接線端子和管體接線端子分別有導(dǎo)線引出，所述管體接線端子引出的導(dǎo)線穿過霍爾傳感器一后接地，收集極接線端子引出的導(dǎo)線穿過霍爾傳感器二后接地；還包括有HVPS，燈絲的一端還通過限流電阻連接至HVPS負極，HVPS正極接地，輸出端通過導(dǎo)線同撬棒連接；霍爾傳感器一和霍爾傳感器二上分別有導(dǎo)線引出并連接至各自對應(yīng)的過流保護電路輸入極，霍爾傳感器的信號通過導(dǎo)線輸入至過流保護電路中；兩個過流保護電路發(fā)出的觸發(fā)信號通過信號線輸入至撬棒，撬棒響應(yīng)信號通過另一根信號線返回至兩個過流保護電路；兩個過流保護電路中采集到的信號通過信號線輸送至下位機，下位機通過交換機同上位機連接，上位機發(fā)出自檢信號輸送至下位機，下位機通過另一根信號將自檢信號輸入至兩個過流保護電路中。
霍爾傳感器的信號通過引出的導(dǎo)線輸送至過流保護電路的輸入端，過流保護電路輸入端串聯(lián)有二極管和電感后，導(dǎo)線分為兩路， 一路連接至運算放大器的同相輸入端，另一路通過一個電阻連接至光耦合器的引腳2處；運算放大器將信號
6通過輸出端輸送至集成電路NE555的TRIG引腳處，信號通過集成電路NE555的Q引腳輸出，并通過一個電阻輸送至光電耦合器4N25的引腳1上；光電耦合器4N25引腳5、引腳4上分別有導(dǎo)線引出，并分別連接至三極管的集電極和基極上；三極管發(fā)射極引出的導(dǎo)線分為兩路， 一路同發(fā)光二極管和電感一串聯(lián)后接地，另一路同電感二串聯(lián)后接地；電感一上有導(dǎo)線引出，并連接至所述ac4031采集卡輸入端，電感二上有導(dǎo)線引出，并連接至撬棒輸入端。
下位機中采用ac4031采集卡，兩個過流保護電路中采集到的信號通過信號線輸送至下位機的ac4031采集卡輸入端中，下位機輸出的自檢信號通過ac4031采集卡的輸出端輸入至兩個過流保護電路中。
速調(diào)管的管體接線端子與霍爾傳傳感器一、速調(diào)管收集極接線端子與霍爾傳感器二之間的導(dǎo)線上分別串聯(lián)有電流指示表。
EAST托卡馬克上，工作頻率為2.45G的低雜波系統(tǒng)是由20路速調(diào)管(KU-2.45型)組成，每一只都需要管體過流保護和主回路過流保護，考慮到系統(tǒng)的冗裕，對每5路電流的和再做一次保護，這樣共需要48路。每6路電路板集中在一個抽屜機箱，共用一個底板，每4個抽屜機箱放入一個大機柜，共用一個轉(zhuǎn)換機箱。這樣共有8個抽屜機箱、兩個轉(zhuǎn)換機箱和兩個大機柜。另外把下位機也放在其中的一個大機柜里。下面以一路過流保護為例，來介紹過流保護的硬件設(shè)計。
如圖1和圖2所示，分別連接速調(diào)管集電極和管體的地線穿過霍爾傳感器(LT108-S7/SP8)，霍爾傳感器產(chǎn)生原邊電流1/2000的電流，送給過流保護電路將其轉(zhuǎn)換成電壓，對電壓信號進行濾波，再進行高速比較，最后把信號同時送給計算機采集與觸發(fā)撬棒。由撬棒快速對地短路高壓以達到對速調(diào)管進行保護的目
的，同時根據(jù)計算機采集到的數(shù)據(jù)判斷出哪一路發(fā)生過流。
由于電流保護值和硬件響應(yīng)時間非常重要，故建立了基于計算機的測試系統(tǒng)，來快速地測量它們的工作狀態(tài)。
速調(diào)管型號為俄羅斯生產(chǎn)的KU-2.45型，如圖1所示，燈絲電源給燈絲通電流，預(yù)熱燈絲，燈絲中活躍的電子在負高壓作用下形成電子束，高速運動的電子束受空間電荷的排斥力,直徑會變大,磁場電源產(chǎn)生的勻軸向聚焦磁場可保證電子束在速調(diào)管內(nèi)的整個渡越過程中獲得最佳的聚焦效果。需要放大的射頻信號經(jīng)同軸線耦合至速調(diào)管輸入腔,電子槍發(fā)射出的電子束首先在輸入腔受到射頻信號的調(diào)制，被調(diào)制的電子束經(jīng)過多級諧振腔后,射頻信號被放大,部分動能轉(zhuǎn)換成射頻能量并經(jīng)速調(diào)管輸出腔輸出,攜帶剩余能量的電子最后由速調(diào)管集電極接收。
霍爾傳感器是過流信號的探測設(shè)備，是基于霍爾效應(yīng)原理來測量電流的，使得被探測的過流信號與地線隔離。這樣做主要考慮到，由于低雜波系統(tǒng)的主回路采用單點接地的模式，從整個系統(tǒng)安全的角度出發(fā)，檢測回路與之隔離，減小弱電與強電之間的耦合。
過流保護電路，如圖3所示，其特征在于從霍爾傳感器感應(yīng)出來的副邊電流信號經(jīng)過電流一電壓變換電路變?yōu)殡妷盒盘?，再?jīng)過濾波電路進入如比較器(LM311)作比較，若輸入電流大于預(yù)設(shè)電流閾值，則比較器(LM311)產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，經(jīng)過脈沖展寬為一定時間寬度的脈沖，通過光隔離(4N25)觸發(fā)撬棒動作和被計算機采集。如圖5所示，1號線上升沿表示過流信號的發(fā)生，2號線顯示的是從過流保護電路發(fā)出的觸發(fā)撬棒的信號。由此可以看出過流保護電路的響應(yīng)時間為30us，遠遠小于速調(diào)管保護所要求的150us。
撬棒響應(yīng)信號采集電路，如圖4所示，從撬棒響應(yīng)的光信號通過HFBR-2412光電轉(zhuǎn)換，經(jīng)反相器反相后被計算機采集。
電流預(yù)設(shè)閾值，采用安裝在前面板上的可調(diào)電位器，方便預(yù)設(shè)電流閾值的操作。
計算機采集采用ac4031采集卡，四個接口(DIP40)， S3,S4兩端輸入，s5,s6兩端輸出。數(shù)字量64位輸入，64位輸出。
四個抽屜機箱共用一個轉(zhuǎn)換機箱，轉(zhuǎn)換機箱起到連接計算機和撬棒同四個抽屜機箱的橋梁作用。
6路公用一個底板，每6路電路板均采用插卡式連接至底板，通過底板共用一組電源以及接受和輸出信號。其優(yōu)點在于如果電路元件壞掉，僅僅需要更換相應(yīng)的板卡即可，主板不須更換。
微機包括下位機和上位機，都使用的是工業(yè)控制計算機。
計算機操作系統(tǒng)采用實時操作系統(tǒng)QNX。
上位機和下位機的連接屬于低雜波系統(tǒng)工業(yè)以太網(wǎng)的一部分。
權(quán)利要求
1、具有在線自檢功能的多路大功率速調(diào)管過流實時保護裝置，包括有速調(diào)管，速調(diào)管中有燈絲，所述燈絲的兩端通過導(dǎo)線連接至燈絲變壓器，所述燈絲變壓器通過導(dǎo)線連接有燈絲電源，其特征在于所述速調(diào)管的收集極接線端子和管體接線端子分別有導(dǎo)線引出，所述管體接線端子引出的導(dǎo)線穿過霍爾傳感器一后接地，所述收集極接線端子引出的導(dǎo)線穿過霍爾傳感器二后接地；還包括有高壓電源HVPS，所述燈絲的一端還通過限流電阻連接至HVPS負極，所述HVPS正極接地，通過導(dǎo)線同撬棒連接；所述霍爾傳感器一和霍爾傳感器二上分別有導(dǎo)線引出并連接至各自對應(yīng)的過流保護電路輸入極，所述霍爾傳感器的信號通過導(dǎo)線輸入至過流保護電路中；所述兩個過流保護電路發(fā)出的觸發(fā)信號通過信號線輸入至撬棒，所述撬棒響應(yīng)信號通過另一根信號線返回至兩個過流保護電路；所述兩個過流保護電路中采集到的信號通過信號線輸送至下位機，所述下位機通過交換機同上位機連接，所述上位機發(fā)出自檢信號輸送至下位機，下位機通過另一根信號線將自檢信號輸入至兩個過流保護電路中。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有在線自檢功能的多路大功率速調(diào)管過流實時保護 裝置，其特征在于所述霍爾傳感器的信號通過引出的導(dǎo)線輸送至過流保護 電路的輸入端，所述過流保護電路輸入端串聯(lián)有二極管和電感后，導(dǎo)線分為 兩路， 一路連接至運算放大器的反相輸入端；所述運算放大器將信號通過輸 出端輸送至集成電路NE555的TRIG引腳處，所述信號通過集成電路NE555 的Q引腳輸出，并通過一個電阻輸送至光電耦合器4N25的引腳1上；所述 光電耦合器4N25引腳5、引腳4上分別有導(dǎo)線引出，并分別連接至三極管的 集電極和基極上；所述三極管發(fā)射極引出的導(dǎo)線分為兩路， 一路同發(fā)光二極 管和電位器一串聯(lián)后接地，另一路同電位器二串聯(lián)后接地；所述電位器一上 有導(dǎo)線引出，并連接至所述ac4031采集卡輸入端，所述電位器二上有導(dǎo)線引 出，并連接至撬棒輸入端。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有在線自檢功能的多路大功率速調(diào)管過流實時保護 裝置，其特征在于所述下位機中采用ac4031采集卡，所述兩個過流保護電 路中采集到的信號通過信號線輸送至下位機的ac4031采集卡輸入端中，所述下位機輸出的自檢信號通過ac4031采集卡的輸出端輸入至兩個過流保護電 路中。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有在線自檢功能的多路大功率速調(diào)管過流實時保護裝置，其特征在于所述速調(diào)管的管體接線端子與霍爾傳傳感器一、速調(diào)管收集極接線端子與霍爾傳感器二之間的導(dǎo)線上分別串聯(lián)有電流指示表。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有在線自檢功能的多路大功率速調(diào)管過流實時保護裝置，包括有速調(diào)管，速調(diào)管中有燈絲，燈絲的兩端通過導(dǎo)線連接至燈絲變壓器，燈絲變壓器通過導(dǎo)線連接有燈絲電源，速調(diào)管的收集極接線端子和管體接線端子分別有導(dǎo)線引出，管體接線端子引出的導(dǎo)線穿過霍爾傳感器一后接地，收集極接線端子引出的導(dǎo)線穿過霍爾傳感器二后接地；燈絲的一端還通過限流電阻連接至HVPS負極，HVPS正極接地，輸出端通過導(dǎo)線同撬棒連接；霍爾傳感器一和霍爾傳感器二上分別有導(dǎo)線引出并連接至各自對應(yīng)的過流保護電路輸入極，霍爾傳感器的信號通過導(dǎo)線輸入至過流保護電路中，本發(fā)明在2.45G高功率低混雜波系統(tǒng)中表現(xiàn)良好，所有功能都完全實現(xiàn)，同時它的可靠性和穩(wěn)定性也大為提高。
文檔編號H02H3/08GK101478139SQ20091011613
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月22日
發(fā)明者馮建強, 單家方 申請人:中國科學(xué)院等離子體物理研究所