[發明專利]一種耦合器自動老練和數據分析系統

在審

• 申請號: 202110301520.6
• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN113049899A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 鄧子為;王群要;林海英;黃彤明;馬強;潘衛民;戴建枰;張沛
• 申請（專利權）人: 中國科學院高能物理研究所
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;G05B19/05;G05D27/02
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理有限公司 11200
• 代理人: 司立彬

本發明公開了一種耦合器自動老練和數據分析系統，其特征在于，包括數據采集模塊、聯鎖保護模塊、自動老練模塊和數據分析模塊；其中，數據采集模塊，用于采集耦合器老練系統的耦合器測試平臺中兩耦合器的溫度、流量、壓力信號、真空度、Arc信號，負載的溫度、水冷壓力與流量信號，分別處理生成一個聯鎖信號；聯鎖保護模塊，用于根據收到的聯鎖信號生成并輸出一個控制信號控制激勵信號輸出的射頻開關；自動老練模塊，用于將兩耦合器的真空、功率，以及耦合器老練系統中信號源的功率，分別與對應閾值進行比較，然后根據比較結果控制信號源的輸出功率；數據分析模塊，用于記錄耦合器自動老練過程中的數據并對其進行處理，生成耦合器測試報告。

技術領域

本發明屬于加速器技術領域，具體涉及一種耦合器自動老練和數據分析系統。用于高能同步輻射光源工程的儲存環的高功率耦合器的老練和性能測試，并且可以廣泛應用于高頻系統中其它高功率設備的測試。

背景技術

耦合器作為加速器高頻系統的關鍵部件，起到阻抗匹配、隔離真空和大氣環境、隔離低溫與常溫環境等重要作用，因此耦合器也是超導高頻系統中最為復雜和精巧的設備之一。為此，在耦合器設計加工完成后需要在嚴密監控的條件下進行仔細的老練和測試，確定其是否能夠達到設計指標。在開始進行老練時，如果直接使用連續波功率進行老練，會致使耦合器大量出氣，很容易發生聯鎖保護，并且容易損壞耦合器。所以會首先采用占空比較低的脈沖功率進行老練，老練到目標功率后再逐步增大占空比，直至到連續波狀態。在連續波老練完成后還需要進行駐波模式的測試，確保耦合器也能工作在駐波模式。

一套完整的耦合器老練系統包括以下幾個基本部分：功率源系統、功率傳輸系統、耦合器測試平臺、冷卻系統、泵系統以及控制系統。功率源系統包括信號源和固態放大器，信號源輸出的激勵信號經固態放大器放大后再經功率傳輸系統傳輸到耦合器，最后由負載(行波模式)吸收或滑動短路面(駐波模式)反射形成駐波。在信號源與固態放大器之間有一個射頻開關，控制激勵信號的輸出。功率傳輸系統由傳輸線和定向耦合器組成，用于傳輸和提取射頻功率。測試平臺由一對背靠背的耦合器構成，二者通過一個測試盒連接。冷卻系統用于提供耦合器的水冷和風冷，以及負載的水冷。泵系統用于抽氣和測量耦合器的真空度。控制系統用于老練過程中物理參數的顯示和控制。

不同的實驗室開發過不同的耦合器老練系統，美國橡樹嶺國家實驗室開發了一套高頻老練系統，該系統使用真空計、功率計、可編程邏輯控制器(Programmable LogicController,PLC)等設備完成真空、功率、溫度等物理參數的采集，控制系統基于實驗物理和工業控制系統(Experimental Physics and Industrial Control System,EPICS)完成，操作界面使用可擴展的顯示管理器(Extensible Display Manager,EDM)完成，自動老練程序使用EPICS Sequencer完成。該系統的聯鎖保護使用EPICS的輸入輸出控制器(Input/Output Controller,IOC)完成，因此聯鎖保護的響應速度較慢。此外，該系統不具備數據庫，不能進行數據的長期存儲。

中國科學院近代物理研究所開發了一套162.5MHz的耦合器測試系統，該系統使用現場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array,FPGA)進行數據采集、聯鎖保護和自動老練控制，軟件控制使用LabVIEW實現。該系統的缺點在于采集的信號較少，只采集了真空、功率信號，沒有對耦合器各處的溫度，水冷和風冷的溫度、流量、壓力進行監控，不能詳細的了解老練過程中耦合器的狀態。該系統的聯鎖信號只包括真空和打火(Arc)信號，沒有耦合器溫度，水冷和風冷的溫度、流量、壓力的聯鎖信號，對耦合器的保護不夠完善。此外，沒有數據庫，不能對耦合器老練過程中的數據進行存儲，不利于對耦合器老練過程的掌握。