[实用新型]高频腔失谐检测单元

说明书

本实用新型提供了一种高频腔失谐检测单元，包括数据采集模块和处理器组件；数据采集模块直接采集高频腔腔体的取样信号；处理器组件包括FPGA；处理器组件与数据采集模块相连，对数据采集模块采集的取样信号进行数字鉴相获得相位参数，并将相位参数进行线性拟合，以计算得到失谐相角。本实用新型用于脉冲模式下的质子或重离子束治癌装置直线加速器自动调谐系统，使高频腔工作在谐振状态。

技术领域

本实用新型涉及加速器低电平控制技术领域，尤其涉及一种高频腔失谐检测单元。

背景技术

谐振腔作为质子或重离子束治癌装置直线加速器高频系统的重要组成部分，在粒子加速的过程中起着重要的作用。谐振腔的关键特性是固有谐振频率和腔体阻抗，加速器正常工作时谐振腔处于谐振状态下，固有频率和高频参考频率基本一致，腔体阻抗与发射机基本匹配，发射机输出功率传输到谐振腔，在腔体中建立满足物理加速电压要求的加速电场，实现对带电粒子的加速。在实际运行当中，由于高频输出功率的大小、束流的强弱、腔体损耗发热引起物理形变、机械振动等因素的影响，谐振腔的固有频率会发生变化，使腔体固有频率和高频参考频率不一致，造成腔体失谐。因此需要腔体失谐检测单元对失谐情况进行检测，并根据失谐情况控制腔体调谐装置，使腔体的失谐保持在允许的范围内。

现有技术利用高频腔体的输入输出信号测量腔体失谐角，失谐角定义为腔体取样信号和输入信号的相位差，依据腔体输入输出特性，在腔体谐振状态下，失谐角为零、输出幅度最大；通过鉴相环节测量腔体输入和取样信号的相位参数，然后进行比相，同时通过检波环节测量取样信号幅度，对比相结果依据取样信号幅度参数进行相位校正，获得腔体失谐角。

但目前现有技术中还存在以下问题，首先，依据腔体输入输出特性，需要同时测量前向信号和取样信号的稳态相位参数，对于质子或重离子束治癌装置直线加速器一般工作在脉冲模式下的，射频脉冲宽度一般为几百个微秒，现有技术需要剔除脉冲上下沿的瞬态响应过程；其次现有技术需要测量失谐角，对取前向信号和取样信号的进行比相，但由于存在线缆长度等因素引起的相移，比相结果需要依据取样信号幅度参数进行相位校正，不同输出功率下需要重新校相；最后，现有技术在鉴相检波时，前向信号和取样信号需要通过模拟射频前端变频至中频信号，而模拟视频前端容易受温度等因素影响，需要放置在恒温箱中。因此，现有技术还亟有待于改进和发展。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型提供了一种高频腔失谐检测单元，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本实用新型的一个方面，提供了一种高频腔失谐检测单元包括：数据采集模块和处理器组件；数据采集模块直接采集高频腔腔体的取样信号；处理器组件包括FPGA；处理器组件与数据采集模块相连，对数据采集模块采集的取样信号进行数字鉴相获得相位参数，并将相位参数进行线性拟合，以计算得到失谐相角。

在本实用新型的一些实施例中，FPGA包括：IQ解调模块、数字鉴相模块和失谐计算模块；IQ解调模块获取IQ参数；数字鉴相模块根据获取的IQ参数获取相位参数；失谐计算模块将相位参数进行线性拟合计算，获取高频腔腔体失谐信息Δω；根据失谐信息Δω计算失谐频率Δf；根据失谐频率Δf和已知参数Q1计算失谐相角。

在本实用新型的一些实施例中，处理器组件还包括DSP，DSP与FPGA相连，对FPGA进行辅助运算处理。

在本实用新型的一些实施例中，数据采集模块为模数转换器。

在本实用新型的一些实施例中，模数转换器的分辨率为8位、10位、12位和/或16位中的任一种。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本实用新型高频腔失谐检测单元至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：