[摘 要]AFC系统是电子直线加速器的重要组部分，如果磁控管的性能出现突变或者是温度出现了明显的变化，很容易出现磁控管频率出现变化的现象，导致AFC系统失去功能，处于失败的现象。这是加速器也呈现出急剧下降的趋势。为了对已有AFC系统中存在着问题进行解决，本文主要对基础PLC自动搜频AFC系统的状况进行研究，希望能够对急速器计量率的输出状况进行控制。
　　[关键词]加速器；自动搜频；AFC系统；PLC
　　中图分类号：TV338 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）04-0015-01
　　所谓的电子直线加速器是在磁控管微波功率源的作用基础上，出现的一系列加速电子，然后通过高性能的电子束来获得X射线，电子直线加速器是一种装置类型。其应用的主要目标就是获得电子能量，提升剂量的稳定性。使得微波功率和加速管的工作频率保持一致。现如今，电子直线加速器在运行的过程中，需要采用锁相型自动频率控制系统进行控制。如果锁相AFC系统不能正常工作，就会直接影响到加速器剂量的下降。在AFC系统工作的过程中，最重要的方面就是其捕获频率和谐振频率的能力，只有在提升这一系统的运行范围的基础上，才能够提升整个系统的运行效率。
　　1、 锁相型AFC系统原理及分析
　　从现如今我国的直线加速器施工的情况上看，锁相型AFC系统是比较常见的。驻波加速管的品质和性能较高，波腔的信号和反射波的信号之间会出现一定的相位差。驻波锁相型AFC系统主要通过对恒定的数值进行检测，尽量使得频率的运行状况保持一致，进而对加速器进行合理地控制，实现正常的工作要求。如果恒定值为0，系统完全处于一种谐振状态，同时根据长线理论以及功率源的实际特点来对微波功率进行控制，使其能够和加速管的运行效率有机结合，尽量避免出现功率的反射。其中加速管的功率也受到多种因素的影响，在了解其工作原理的基础上需要提升加速管的固有品质，其中加速管的功率与入射功率之间的关系可以从图1中体现：
　　如果加速管中的相关微博功率降低，频差就会明显增加，与此同时，加速管的吸收功率会急速下降。如果吸收功率出现了明显的变化，也会影响到加速器的能量输出和剂量的变化状态。最重要的是能够引起较强的功率反射现象，使得微波系统出现严重的打火问题，对系统中的多数原件都会产生损坏现象。可见，早加速器的运行中，AFC系统的重要作用不容忽视。另外，相关的施工人员需要注意的是，环境的变化以及微波源的变化对于加速管都会产生严重的影响，其频差也会出现明显的变化。可见，AFC系统的抗干扰能力是影响加速器的重要因素，要对其进行控制和完善。
　　2、 自动搜频AFC系统原理
　　不同的AFC系统的工作原理存在着明显的差异，其中锁相型的AFC系统主要是对加速管功率以及入射功率来进行控制，主要是根据功率的大小来对磁控管频率的调谐方向进行控制。这一阶段的加速管功率和入射功率之间的关系可以从图2中体现：
　　从图2中可以看出，驻波加速管的工作特性比较特殊，窄带工作是其主要的特点，在实际的工作中体现出的频带主要为100kHz，工作频率只有一个。只有对其自动频率的稳定性和敏捷性进行控制，才能够保证其频率的稳定性。现如今，普通的锁相型AFC系统主要在谐振频率点周围，体现在图纸上就在一定的线性区域内，只有进行跟踪调查，才能够不断提升加速频率变化的过程。
　　从图2可知，△ψ为正，应上调磁控管频率，△f为负，应下调磁控管频率，使其与加速管频率一致。在工作状态中，功率源频率突变等因素引起的频率快变化，超出目前AFC系统的锁相范围。假设△f在C点，则磁控管本应进行频率下调找回加速器工作频率点，但在C点对应的△ψ为正，锁相AFC系统继续上调磁控管频率，导致磁控管谐振频率远离加速器谐振频率，使AFC系统陷于瘫痪，无法跟踪加速器谐振频率工作点，导致加速器剂量率急剧下降至0。
　　自动搜频AFC系统是在锁相型AFC系统基础上通过反馈磁控管动态位置信号与加速器实时剂量率信号作为控制选通信号。电子直线加速器中，磁控管的初始位置对应于锁相型AFC系统调节线性区域。当电子直线加速器的剂量率过低。通过比较磁控管目前的动态位置与初始位置，产生磁控管频率方向调谐信号，往靠近最大剂量（加速器固有频率）方向调谐，同时采集加速器实时剂量率反馈信号，当剂量率大于该频率下基准值时，AFC系统转换为自动调节，自动跟踪加速管工作频率，使得加速器最大剂量率输出。
　　在自动搜频AFC系统中，X射线经电离室检测，产生弱电流送入信号调理模块转换为频率信号，再送入调制器分机中。C的高速计数模块转换为剂量率信号。信号调理模块主要包括前置放大电路和电压一频率转换电路。前置放大电路的作用是完成电流到电压信号的转换；压频转换电路采用精密转换器。保证剂量监测系统的稳定性和精度，生成数字频率信号，送入PLC进行计数。
　　AFC执行机构中的伺服电机带动磁控管调谐机构转动改变磁控管频率的同时也带动电位器的转动，用电位器抽头电压表示磁控管调谐机构的位置信号，将此电压信号送人PLC的模拟量模块输入端，采集实时磁控管位置信号。此系统中，本工作使用西门子的PLC。使用该PLC的高速计数模块作为剂量率反馈信号输入，模拟量模块作为磁控管实时位置反馈信号输入，较其他计数与模拟量输入模块具有较高的输入精度与实时性。
　　当加速器剂量率过小时，启动AFC系统自动搜频功能。首先把锁相型AFC系统软切换到手动状态，通过反馈磁控管此时的动态位置到PLC，与加速器最大剂量率处的初始位置进行比较，判断其偏离方向。假设此时磁控管位置信号大于其初始位置，PLC将产生频率下调信号，通过功率放大去推动电机调谐磁控管频率。PLC同时采集实时剂量率反馈信号，若大于此频率下基准信号，AFC系统软切换为自动状态，自动跟踪锁定加速器的工作频率，使加速器重新回到最大剂量率输出状态。
　　在自动搜频AFC系统中，调制器分机中PLC的HSC0（工作模式0）高速计数模块对电压一频率输出信号进行计数，转换为剂量率信号，并存入vDl6内部寄存器。将代表磁控管调谐机构的位置信号送到PLC的模拟量模块输入端AIW0，AIW0输出信号存人VW210内部寄存器。VD20存储的是该频率下剂量率的基准信号，作为自动搜频启动的阈值。实验通过AFC系统手动方式分别上、下调谐磁控管频率来模拟磁控管频率快变化或温度对加速器的影响。实验条件为：6MeV电子直线加速器，磁控管型号MG5193；重复频率，100Hz；脉冲电流，107A；实验温度，常温。每15min通过上位机软件手动调谐磁控管频率使加速器剂量率输出为0，然后启动自动搜频，得到剂量率和稳定时间。
　　3、结论
　　本设计在锁相型AFC系统基础上反馈磁控管动态位置信号作为频率调节导航信号进行自动搜频，根据实时剂量率反馈信号进行锁频，提高了其抗干扰能力。试验证明，当微波功率源频率突变或温度对加速器影响较大时，利用自动搜频能快速找回加速器最大剂量率输出频率点，使加速器稳定可靠地工作。本设计增大了锁相型AFC系统频率捕获范围，响应速度快，其控制简单可靠、精度高，具有较大的工程实用价值。
　　参考文献
　　[1] 张永敏，晁勇，薛丽波.驻波加速器微波锁相自动频率控制系统理论分析与调整[J].医疗卫生装备，2004（10）：49.
　　[2] 席德勋，赖青贵.电子直线加速器磁控管频率稳定的自适应线性神经元方法[J].强激光与粒子柬，1997，9（3）：341—345.

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