一種高功率微波腔體的光輻射監測系統技術方案

本發明專利技術涉及核電子學技術領域的微波腔體的光輻射技術領域，尤其是涉及一種高功率微波腔體的光輻射監測系統。其特點是包括不銹鋼屏蔽盒，所述的不銹鋼屏蔽盒內設置有電路板，電路板上設置有SMA接頭，光電轉換傳感器探頭安裝在不銹鋼屏蔽盒側面下方，不銹鋼屏蔽盒上還設置有與電路板相連的電源接口；電路板上的兩路光傳感探頭和自檢信號經過信號選擇器并選擇信號輸出光感應傳感器信號，光感應傳感器信號接三重冗余電路中的單路信號處理電路，單路信號處理電路經單路判斷輸出信號接三輸入投票電路，三輸入投票電路輸出為報警信號。其系統可靠性高，響應速度快；設計成本低，電路簡單，安裝方便；信號判斷邏輯閾值可調，系統靈敏度高。

An optical radiation monitoring system for high power microwave cavity

The invention relates to the field of optical radiation technology of microwave cavity in the field of nuclear electronics, in particular to an optical radiation monitoring system of high power microwave cavity. Its features include a stainless steel shielding box, a circuit board is arranged in the stainless steel shielding box, a SMA joint is arranged on the circuit board, a photoelectric conversion sensor probe is installed under the side of the stainless steel shielding box, a power interface connected with the circuit board is arranged on the stainless steel shielding box, and two light sensing probes on the circuit board. The self-test signal passes through the signal selector and chooses the signal to output the optical induction sensor signal. The optical induction sensor signal is connected with the single signal processing circuit in the triple redundant circuit. The single signal processing circuit judges the output signal by one way and connects the triple-input voting circuit. The triple-input voting circuit outputs the alarm signal. The system has high reliability and fast response speed, low design cost, simple circuit and easy installation, adjustable signal judgment logic threshold and high sensitivity.

【技術實現步驟摘要】
一種高功率微波腔體的光輻射監測系統
本專利技術涉及核電子學
的微波腔體的光輻射
，尤其是涉及一種高功率微波腔體的光輻射監測系統。
技術介紹
在強流粒子加速器中高功率微波(HPM)腔體具有廣泛的應用，其通過采用一種工作頻率范圍在1G-300GHz之間且瞬時功率過100MW的電磁脈沖而實現將電磁能量轉化為粒子的動能以實現粒子加速。在HPM腔體中，由于功率傳輸設備制造工藝上的不完美等因素使得實際工作環境中的HPM在真空傳輸時會產生二次電子倍增效應甚至電弧放電效應的。這兩種效應的發生使得處于工作狀態的腔體和真空管造成局部短路或局部溫度升高，甚至破壞昂貴的超導腔及其配套設備。因此如何實時監測這兩種效應成為HPM腔體保護系統設計的一個關鍵。其主要目的是能及時的監測這兩種效應并能迅速關閉微波功率源，以避免造成HPM腔體的設備損壞。由高功率微波傳輸導致的電弧放電效應的過程中通常伴隨著高能量的釋放，其通常會以一種輻射的方式對外釋放能量。實驗表明，在強流粒子加速器中HPM腔體當發生電弧放電效應的時候，其對外輻射的可見光線的通常是為波長460nm到580nm左右的的可見光。因此有文獻[1]提出利用光探測技術來實現二次電子倍增和電弧放電效應的監測，從而快速的實現機器保護。光輻射監測技術是一種低成本的監測方法，其通過一套電路監測并觸發警報，其設計原理簡單，且響應速度較快。然而在目前已有的解決方案中，監測電路通常是一種由多個模擬器件組成的放大和觸發電路，其存在一定可靠性問題。首先，這一類的半導體集成電路使用一段時間后，某些電性能參數將逐漸發生參數漂移而失效，并可能產生隨機錯誤。其次，在強流粒子加速器的高能輻射環境下，由于環境中存在的電子、質子、中子、α粒子等以及伽瑪射線等輻射使得電路元器件參數變化，甚至導致電路完全損壞而失去功能。因此如何針對已有的解決方案提高系統可靠性，減少部件更換頻率，減少人力和硬件成本，并增加機器保護失效的風險成為了一個待解決的問題。
技術實現思路
本專利技術的目的在于針對現有技術的不足提供一種高功率微波腔體的光輻射監測系統。從而有效解決現有技術中的問題。為實現上述目的，本專利技術采取的技術方案為：所述的一種高功率微波腔體的光輻射監測系統，其特點是包括不銹鋼屏蔽盒，所述的不銹鋼屏蔽盒內設置有電路板，電路板上設置有第二SMA接頭，第二SMA接頭通過三根同軸電纜傳輸線分別接第一SMA接頭中的LVDS信號OUT+端口、LVDS信號OUT-端口和復位信號端口，光電轉換傳感器探頭安裝在不銹鋼屏蔽盒側面下方，不銹鋼屏蔽盒上還設置有與電路板相連的電源接口；所述的電路板上的電路模塊中的兩路光傳感探頭和自檢信號經過信號選擇器并選擇信號輸出光感應傳感器信號，光感應傳感器信號接三重冗余電路中的單路信號處理電路，單路信號處理電路經單路判斷輸出信號接三輸入投票電路，三輸入投票電路輸出為報警信號。所述的三重冗余電路中的單路信號處理電路為三路，分別輸出單路判斷輸出A路信號、單路判斷輸出B路信號和單路判斷輸出C路信號，每一路信號通過采用阻抗放大法將輸入光感應傳感器信號轉換為電壓信號然后進行放大接三輸入投票電路；每一路獨立的單路信號處理電路中，光感應傳感器信號的輸出電流信號送入第二電阻的非接地端和第一電阻，第二電阻的另一端接地，第一電阻與第一運算放大器反相端口相連，第一運算放大器正相端口經10kΩ電阻接地，第一運算放大器輸出端接補償電容，第一可調電阻和第二可調電阻串聯后與補償電容并聯；第一運算放大器輸出端經由第三電阻與一端接地1pF電容組成低通濾波器后將信號輸出到第二運算放大器的正相端口相連；第二運算放大器的反相輸入端口與第三可調電阻相連，第三可調電阻的另一端接地，第二運算放大器反相連接第四電阻一端，第四電阻另一端接+5.0VVCC電信號，+5.0VVCC電信號與第二運算放大器的輸出端之間連接有第五電阻；第二運算放大器的輸出端連接到觸發器的時鐘信號端口，觸發器的D端口接+5.0VVCC電信號，觸發器的CLR端口接復位信號，觸發器的SET端口接地，當觸發器捕捉到前端電路所發出的信號脈沖時，Q端口輸出高電平，第二運算放大器的輸出信號與觸發器的Q端口輸出通過一個兩輸入邏輯或門輸出為單路判斷輸出信號。所述的光電轉換傳感器探頭采用的是PhotodiodeS1223Series探頭，所述的自檢信號采用穩定的3.3V電壓；信號選擇器為一個選擇開關元件；所述的第一電阻和第五電阻為10kΩ；所述的第二電阻為1MΩ，第三電阻為160kΩ，第四電阻為5kΩ；所述的第一可調電阻和第三可調電阻為0～10kΩ，第二可調電阻為160kΩ；所述的補償電容為1pF，所述的第一運算放大器型號為LT1057，第二運算放大器型號為LM339；所述的觸發器型號為CD4013。所述的三重冗余電路中的三路信號單路判斷輸出A路信號、單路判斷輸出B路信號、單路判斷輸出C路信號一起送入三輸入投票電路，單路判斷輸出A路信號與單路判斷輸出B路信號送入第一個雙輸入與門，單路判斷輸出A路信號與單路判斷輸出C路信號送入第二個雙輸入與門，單路判斷輸出B路信號與單路判斷輸出C路信號送入第三個雙輸入與門，三個雙輸入與門的輸出一起送入三輸入或門產生警報信號，警報信號輸入到LVDS信號芯片產生一對LVDS差分報警信號。所述的LVDS信號芯片的型號為SN65LVDS104。本專利技術的有益效果是：所述的一種高功率微波腔體的光輻射監測系統，其通過在高功率微波傳輸設備管腔安裝本設備，利用設備的檢光工作特性，從而實現實時檢測光輻射效應并保護高功率微波腔體設備。其系統可靠性高，響應速度快；設計成本低，電路簡單，安裝方便；可同時檢測信號跳變與信號幅度，系統動態范圍可調；信號判斷邏輯閾值可調，系統靈敏度高。附圖說明：圖1為本專利技術原理結構示意圖；圖2為本專利技術的電路模塊示意圖；圖3為本專利技術的三重冗余電路中的單路信號處理電路原理圖；圖4為本專利技術的三輸入投票電路原理圖。圖中所示：1、光電轉換傳感器探頭；2、第一SMA接頭；2a、LVDS信號OUT+端口；2b、LVDS信號OUT-端口；2c、復位信號端口；3、電源接口；4、電路板；5、第二SMA接頭；6、同軸電纜傳輸線；7、不銹鋼屏蔽盒；8、光傳感探頭；9、自檢信號；10、信號選擇器；11、選擇信號；12、三重冗余電路；13、單路信號處理電路；14、三輸入投票電路；15、警報信號；16、光感應傳感器信號；17、第一電阻；18、第二電阻；19、第一可調電阻；20、第二可調電阻；21、電容；22、第一運算放大器；23、第三電阻；24、第三可調電阻；25、接地；26、第四電阻；27、+5.0VVCC電信號；28、第五電阻；29、第二運算放大器；30、觸發器；31、復位信號；32、兩輸入邏輯或門；33、單路判斷輸出信號；33a、單路判斷輸出A路信號；33b、單路判斷輸出B路信號；33c、單路判斷輸出C路信號；34、雙輸入與門；35、三輸入或門；36、LVDS信號芯片。具體實施方式以下結合附圖所示之最佳實例作進一步詳述：如圖1至4所示，所述的一種高功率微波腔體的光輻射監測系統，其特點是包括不銹鋼屏蔽盒7，所述的不銹鋼屏蔽盒7內設置有電路板4，電路板4上設置有第二SMA接頭5，第二SMA接本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種高功率微波腔體的光輻射監測系統，其特點是包括不銹鋼屏蔽盒，所述的不銹鋼屏蔽盒內設置有電路板，電路板上設置有第二SMA接頭，第二SMA接頭通過三根同軸電纜傳輸線分別接第一SMA接頭中的LVDS信號OUT+端口、LVDS信號OUT?端口和復位信號端口，光電轉換傳感器探頭安裝在不銹鋼屏蔽盒側面下方，不銹鋼屏蔽盒上還設置有與電路板相連的電源接口；所述的電路板上的電路模塊中的兩路光傳感探頭和自檢信號經過信號選擇器并選擇信號輸出光感應傳感器信號，光感應傳感器信號接三重冗余電路中的單路信號處理電路，單路信號處理電路經單路判斷輸出信號接三輸入投票電路，三輸入投票電路輸出為報警信號。

【技術特征摘要】
1.一種高功率微波腔體的光輻射監測系統，其特點是包括不銹鋼屏蔽盒，所述的不銹鋼屏蔽盒內設置有電路板，電路板上設置有第二SMA接頭，第二SMA接頭通過三根同軸電纜傳輸線分別接第一SMA接頭中的LVDS信號OUT+端口、LVDS信號OUT-端口和復位信號端口，光電轉換傳感器探頭安裝在不銹鋼屏蔽盒側面下方，不銹鋼屏蔽盒上還設置有與電路板相連的電源接口；所述的電路板上的電路模塊中的兩路光傳感探頭和自檢信號經過信號選擇器并選擇信號輸出光感應傳感器信號，光感應傳感器信號接三重冗余電路中的單路信號處理電路，單路信號處理電路經單路判斷輸出信號接三輸入投票電路，三輸入投票電路輸出為報警信號。2.如權利要求1所述的一種高功率微波腔體的光輻射監測系統，其特征在于：所述的三重冗余電路中的單路信號處理電路為三路，分別輸出單路判斷輸出A路信號、單路判斷輸出B路信號和單路判斷輸出C路信號，每一路信號通過采用阻抗放大法將輸入光感應傳感器信號轉換為電壓信號然后進行放大接三輸入投票電路；每一路獨立的單路信號處理電路中，光感應傳感器信號的輸出電流信號送入第二電阻的非接地端和第一電阻，第二電阻的另一端接地，第一電阻與第一運算放大器反相端口相連，第一運算放大器正相端口經10kΩ電阻接地，第一運算放大器輸出端接補償電容，第一可調電阻和第二可調電阻串聯后與補償電容并聯；第一運算放大器輸出端經由第三電阻與一端接地1pF電容組成低通濾波器后將信號輸出到第二運算放大器的正相端口相連；第二運算放大器的反相輸入端口與第三可調電阻相連，第三可調電阻的另一端接地，第二運算放大器反相連接第四電阻一端，第四電阻另一端接+5.0VVCC電信號，+5.0VVCC電信號與第二運算放大器的輸出端之間...

【專利技術屬性】
技術研發人員：謝在鵬，李永明，何源，
申請(專利權)人：中國科學院近代物理研究所，
類型：發明
國別省市：甘肅,62