[發明專利]高功率微波腔體的光輻射監測設備

有效

• 申請號: 201711401905.X
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN107941332B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發明（設計）人: 謝在鵬;劉森斌;梁劍;丁昱凱
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01J1/44
• 分類號: G01J1/44
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及光輻射監測設備，尤其涉及高功率微波腔體的光輻射監測設備。

背景技術

高功率微波HPM指瞬時功率超過100MW、頻率范圍在1G-300GHz之間的強電磁脈沖，具有高頻率、短脈沖和高功率的特點；其在軍事、工業設備和科學研究方面有著重要的應用，尤其在強流粒子加速器中，常常選取高功率微波源作為腔體的激勵源。在實際工作環境中，高功率微波在真空環境中傳輸時會由于功率傳輸設備制造工藝上的不完美等因素而導致二次電子倍增效應或者電弧放電效應的發生。這兩種效應的發生都會對處于工作狀態的高頻傳輸設備造成損害，甚至造成局部短路或局部溫度升高，破壞需要穩定的極低溫的超導腔的工作環境。因此，在真空環境下傳輸大功率微波時，需要實時監測這兩種效應，以便在某一效應發生時及時切斷功率電路，避免造成對微波傳輸介質表面的長時間損傷。

由高功率微波傳輸導致的電子二次倍增效應以及電弧放電效應的過程中都伴隨著高能量的釋放，因此均會以光的方式發出輻射。其區別僅在于兩種效應對外輻射的可見光線的波長不同，一種輻射為波長580nm的偏黃可見光，另一種輻射為波長460nm的偏紫可見光。因此利用光探測技術可以有效地對這兩種效應進行實時檢測，從而達到保護重要實驗設備、降低維護成本和提高實驗精度的目的。

傳統的減少二次電子倍增效應或者電弧放電效應的措施有以下兩種：(1)通過改善設備的機械結構、腔體使用特殊材料，或者在腔體的表面鍍膜，使之能夠減少產生二次電子或者電弧放電效應。此方法對微波腔體的加工工藝的要求較高，且成本較高，而且無法實現完全抑制二次電子倍增效應或者電弧放電效應，使得高功率微波腔體仍然需要一套保護方案。(2)使用監測并限制電弧效應的裝置，可以及時的斷開功率電路。然而目前已有的解決方案中，絕大多數是使用光纖將光信號送到處于遠方的傳感信號監測電路，當光纖受損時，需要頻繁的更換部件，提高人力和硬件成本；另外，由于粒子加速器的高功率微波腔所處的工作環境存在一定的輻射，因而需要減少系統故障發生率，進而減少人為操作的次數，導致使用受限。因此，高功率微波腔體中的二次電子倍增效應以及電弧放電效應監測和報警已經成為亟待解決的問題。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種高功率微波腔體的光輻射監測設備，以解決高功率微波腔體中的二次電子倍增效應以及電弧放電效應監測和報警問題。

技術方案：監測設備包括電源接口，還包括：

屏蔽盒；

上電路板，包括電源模塊和自檢電路，上電路板安裝在屏蔽盒內上端；

下電路板，包括光電轉換探頭、I-V轉換電路、濾波模塊、信號判斷模塊、報警邏輯判斷模塊；下電路板安裝在屏蔽盒內下端；光電轉換探頭將獲取的光信號轉換為電信號后，輸入I-V轉換電路；濾波模塊對經過放大的信號進行低通選頻，濾除高頻信號，保留直流信號；信號判斷模塊將模擬電路信號轉化為邏輯電平信號；報警邏輯判斷模塊將該邏輯電平信號作為硬件報警信號接入到保護系統；

SMA接口，包括TTL輸出口、LVDS輸出口、LVDS輸出口和復位信號輸入口，SMA接口設置在屏蔽盒盒體外側；

光傳感探頭，光傳感探頭安裝在屏蔽盒盒體外側下方，將光信號轉化為電信號；

散熱片，固定在上下電路板之間。

還包括信號選擇器，信號選擇器與光電轉換探頭和自檢電路連接。

I-V轉換電路中采用阻抗放大法將微弱電流轉換為電壓信號。

報警邏輯判斷模塊包括晶體管-晶體管邏輯TTL輸出口和低電壓差分信號LVDS輸出口；當無警報時TTL輸出高電平信號，報警時輸出低電平信號；而LVDS當無警報時輸出一對差分高電平信號，報警時輸出一對差分低電平信號。

報警邏輯判斷模塊在設備發生故障時開始響應，直至硬件復位或遠程軟件復位。

工作原理：本發明為基于粒子加速器的高功率微波腔體所設計的光輻射監測設備，通過在高功率微波傳輸設備管腔內安裝本設備，利用設備的檢光工作特性，從而實現實時監測高功率微波HPM傳輸設備光輻射效應，并保護高功率微波腔體設備的作用。