[實(shí)用新型]高頻腔失諧檢測(cè)單元

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201821215998.7
• 申請(qǐng)日: 2018-07-26
• 公開（公告）號(hào): CN209092547U
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張瑞鋒;許哲;王賢武;叢巖;李世龍;韓小東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所;惠州離子科學(xué)研究中心
• 主分類號(hào): A61N5/10
• 分類號(hào): A61N5/10
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 李坤

本實(shí)用新型提供了一種高頻腔失諧檢測(cè)單元，包括數(shù)據(jù)采集模塊和處理器組件；數(shù)據(jù)采集模塊直接采集高頻腔腔體的取樣信號(hào)；處理器組件包括FPGA；處理器組件與數(shù)據(jù)采集模塊相連，對(duì)數(shù)據(jù)采集模塊采集的取樣信號(hào)進(jìn)行數(shù)字鑒相獲得相位參數(shù)，并將相位參數(shù)進(jìn)行線性擬合，以計(jì)算得到失諧相角。本實(shí)用新型用于脈沖模式下的質(zhì)子或重離子束治癌裝置直線加速器自動(dòng)調(diào)諧系統(tǒng)，使高頻腔工作在諧振狀態(tài)。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及加速器低電平控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高頻腔失諧檢測(cè)單元。

背景技術(shù)

諧振腔作為質(zhì)子或重離子束治癌裝置直線加速器高頻系統(tǒng)的重要組成部分，在粒子加速的過程中起著重要的作用。諧振腔的關(guān)鍵特性是固有諧振頻率和腔體阻抗，加速器正常工作時(shí)諧振腔處于諧振狀態(tài)下，固有頻率和高頻參考頻率基本一致，腔體阻抗與發(fā)射機(jī)基本匹配，發(fā)射機(jī)輸出功率傳輸?shù)街C振腔，在腔體中建立滿足物理加速電壓要求的加速電場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)帶電粒子的加速。在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，由于高頻輸出功率的大小、束流的強(qiáng)弱、腔體損耗發(fā)熱引起物理形變、機(jī)械振動(dòng)等因素的影響，諧振腔的固有頻率會(huì)發(fā)生變化，使腔體固有頻率和高頻參考頻率不一致，造成腔體失諧。因此需要腔體失諧檢測(cè)單元對(duì)失諧情況進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)失諧情況控制腔體調(diào)諧裝置，使腔體的失諧保持在允許的范圍內(nèi)。

現(xiàn)有技術(shù)利用高頻腔體的輸入輸出信號(hào)測(cè)量腔體失諧角，失諧角定義為腔體取樣信號(hào)和輸入信號(hào)的相位差，依據(jù)腔體輸入輸出特性，在腔體諧振狀態(tài)下，失諧角為零、輸出幅度最大；通過鑒相環(huán)節(jié)測(cè)量腔體輸入和取樣信號(hào)的相位參數(shù)，然后進(jìn)行比相，同時(shí)通過檢波環(huán)節(jié)測(cè)量取樣信號(hào)幅度，對(duì)比相結(jié)果依據(jù)取樣信號(hào)幅度參數(shù)進(jìn)行相位校正，獲得腔體失諧角。

但目前現(xiàn)有技術(shù)中還存在以下問題，首先，依據(jù)腔體輸入輸出特性，需要同時(shí)測(cè)量前向信號(hào)和取樣信號(hào)的穩(wěn)態(tài)相位參數(shù)，對(duì)于質(zhì)子或重離子束治癌裝置直線加速器一般工作在脈沖模式下的，射頻脈沖寬度一般為幾百個(gè)微秒，現(xiàn)有技術(shù)需要剔除脈沖上下沿的瞬態(tài)響應(yīng)過程；其次現(xiàn)有技術(shù)需要測(cè)量失諧角，對(duì)取前向信號(hào)和取樣信號(hào)的進(jìn)行比相，但由于存在線纜長(zhǎng)度等因素引起的相移，比相結(jié)果需要依據(jù)取樣信號(hào)幅度參數(shù)進(jìn)行相位校正，不同輸出功率下需要重新校相；最后，現(xiàn)有技術(shù)在鑒相檢波時(shí)，前向信號(hào)和取樣信號(hào)需要通過模擬射頻前端變頻至中頻信號(hào)，而模擬視頻前端容易受溫度等因素影響，需要放置在恒溫箱中。因此，現(xiàn)有技術(shù)還亟有待于改進(jìn)和發(fā)展。

實(shí)用新型內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

本實(shí)用新型提供了一種高頻腔失諧檢測(cè)單元，以至少部分解決以上所提出的技術(shù)問題。

(二)技術(shù)方案

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供了一種高頻腔失諧檢測(cè)單元包括：數(shù)據(jù)采集模塊和處理器組件；數(shù)據(jù)采集模塊直接采集高頻腔腔體的取樣信號(hào)；處理器組件包括FPGA；處理器組件與數(shù)據(jù)采集模塊相連，對(duì)數(shù)據(jù)采集模塊采集的取樣信號(hào)進(jìn)行數(shù)字鑒相獲得相位參數(shù)，并將相位參數(shù)進(jìn)行線性擬合，以計(jì)算得到失諧相角。

在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，F(xiàn)PGA包括：IQ解調(diào)模塊、數(shù)字鑒相模塊和失諧計(jì)算模塊；IQ解調(diào)模塊獲取IQ參數(shù)；數(shù)字鑒相模塊根據(jù)獲取的IQ參數(shù)獲取相位參數(shù)；失諧計(jì)算模塊將相位參數(shù)進(jìn)行線性擬合計(jì)算，獲取高頻腔腔體失諧信息Δω；根據(jù)失諧信息Δω計(jì)算失諧頻率Δf；根據(jù)失諧頻率Δf和已知參數(shù)Q1計(jì)算失諧相角。

在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，處理器組件還包括DSP，DSP與FPGA相連，對(duì)FPGA進(jìn)行輔助運(yùn)算處理。

在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，數(shù)據(jù)采集模塊為模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率為8位、10位、12位和/或16位中的任一種。

(三)有益效果

從上述技術(shù)方案可以看出，本實(shí)用新型高頻腔失諧檢測(cè)單元至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：