[发明专利]一种耦合器自动老练和数据分析系统

说明书

本发明公开了一种耦合器自动老练和数据分析系统，其特征在于，包括数据采集模块、联锁保护模块、自动老练模块和数据分析模块；其中，数据采集模块，用于采集耦合器老练系统的耦合器测试平台中两耦合器的温度、流量、压力信号、真空度、Arc信号，负载的温度、水冷压力与流量信号，分别处理生成一个联锁信号；联锁保护模块，用于根据收到的联锁信号生成并输出一个控制信号控制激励信号输出的射频开关；自动老练模块，用于将两耦合器的真空、功率，以及耦合器老练系统中信号源的功率，分别与对应阈值进行比较，然后根据比较结果控制信号源的输出功率；数据分析模块，用于记录耦合器自动老练过程中的数据并对其进行处理，生成耦合器测试报告。

技术领域

本发明属于加速器技术领域，具体涉及一种耦合器自动老练和数据分析系统。用于高能同步辐射光源工程的储存环的高功率耦合器的老练和性能测试，并且可以广泛应用于高频系统中其它高功率设备的测试。

背景技术

耦合器作为加速器高频系统的关键部件，起到阻抗匹配、隔离真空和大气环境、隔离低温与常温环境等重要作用，因此耦合器也是超导高频系统中最为复杂和精巧的设备之一。为此，在耦合器设计加工完成后需要在严密监控的条件下进行仔细的老练和测试，确定其是否能够达到设计指标。在开始进行老练时，如果直接使用连续波功率进行老练，会致使耦合器大量出气，很容易发生联锁保护，并且容易损坏耦合器。所以会首先采用占空比较低的脉冲功率进行老练，老练到目标功率后再逐步增大占空比，直至到连续波状态。在连续波老练完成后还需要进行驻波模式的测试，确保耦合器也能工作在驻波模式。

一套完整的耦合器老练系统包括以下几个基本部分：功率源系统、功率传输系统、耦合器测试平台、冷却系统、泵系统以及控制系统。功率源系统包括信号源和固态放大器，信号源输出的激励信号经固态放大器放大后再经功率传输系统传输到耦合器，最后由负载(行波模式)吸收或滑动短路面(驻波模式)反射形成驻波。在信号源与固态放大器之间有一个射频开关，控制激励信号的输出。功率传输系统由传输线和定向耦合器组成，用于传输和提取射频功率。测试平台由一对背靠背的耦合器构成，二者通过一个测试盒连接。冷却系统用于提供耦合器的水冷和风冷，以及负载的水冷。泵系统用于抽气和测量耦合器的真空度。控制系统用于老练过程中物理参数的显示和控制。

不同的实验室开发过不同的耦合器老练系统，美国橡树岭国家实验室开发了一套高频老练系统，该系统使用真空计、功率计、可编程逻辑控制器(Programmable LogicController,PLC)等设备完成真空、功率、温度等物理参数的采集，控制系统基于实验物理和工业控制系统(Experimental Physics and Industrial Control System,EPICS)完成，操作界面使用可扩展的显示管理器(Extensible Display Manager,EDM)完成，自动老练程序使用EPICS Sequencer完成。该系统的联锁保护使用EPICS的输入输出控制器(Input/Output Controller,IOC)完成，因此联锁保护的响应速度较慢。此外，该系统不具备数据库，不能进行数据的长期存储。

中国科学院近代物理研究所开发了一套162.5MHz的耦合器测试系统，该系统使用现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)进行数据采集、联锁保护和自动老练控制，软件控制使用LabVIEW实现。该系统的缺点在于采集的信号较少，只采集了真空、功率信号，没有对耦合器各处的温度，水冷和风冷的温度、流量、压力进行监控，不能详细的了解老练过程中耦合器的状态。该系统的联锁信号只包括真空和打火(Arc)信号，没有耦合器温度，水冷和风冷的温度、流量、压力的联锁信号，对耦合器的保护不够完善。此外，没有数据库，不能对耦合器老练过程中的数据进行存储，不利于对耦合器老练过程的掌握。