加速器之AFC系统调试
1.AFC系统工作原理：[*]驻波电子直线加速器中，只有一个工作频率，它就是驻波加速管的谐振频率f0，微波功率源的频率f必须等于驻波加速管的谐振频率f0才能正常工作。
[*]AFC(auto frequency control)系统作用：加速器出束过程中，当驻波加速管由于冷却水温度波动或由于束流负载变化，引起工作频率f0发生变化时，AFC系统使磁控管的输出频率自动跟踪加速管的谐振频率，令频率差Δf=f-f0的范围小于20kHz。
[*]AFC工作不正常会导致加速器输出剂量率低甚至没有剂量输出，同时当微波系统长时间处在（功率）全反射状态下导致一些微波器件（如波导窗、三端负载、隔离器等）负荷加重甚至损坏。
1.1 微波部分：
[*] 框图所示接线， 鉴相器的入射波和反射波，分别取自磁控管与环流器1口间的取样波导和大负载与环流器3口间的取样波导。入射波经可变衰减器送到鉴相器1口，反射波经可变衰减器送到鉴相器3口，两路信号经过相位比较后从另外两个端口2、4口输出得到两路电压取样信号，即取样信号1和取样信号2。
[*] 鉴相器（phasedetector）：别名相位比较器，指的是能够鉴别出输入信号的相位差的器件，是使输出电压与两个输入信号之间的相位差有确定关系的电路。
[*] 可变衰减器用来调节信号的幅值，鉴相器来调节入射波信号的相位。通过衰减器和鉴相器的调节，可使鉴相器的两个输出信号在加速管谐振腔的谐振频率与磁控管的频率相等的时候，脉冲的幅值相等。
[*] 当入射波的频率（即磁控管的工作频率）与反射波的频率（加速管的谐振频率）不相等时，则入射波和反射波的相位差发生变化，引起取样信号1、2的电压值发生变化。当磁控管的工作频率高于加速管的谐振频率时，取样信号1（2）变小、取样信号2（1）就变大；反之当磁控管的工作频率低于加速管的谐振频率时，取样信号1（2）变大、取样信号2（1）变小。所以通过比较取样信号1、2的大小就可以知道加速管与磁控管工作频率相对变化情况。
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可变衰减器 ， SHK-3 ， 上海通亚电器有限公司
S波段鉴相器 ， PSC2R9 ， 北京七星华创微波电子技术有限公司，
1.2 电路部分
[*] 低压电源板CB1:由电源变压器输出的交流电压经CB1整流、滤波、稳压后，输出±15V电源为AFC前置放大器CB5和AFC伺服放大器CB6供电；
[*] AFC伺服放大器CB6：主要功能是将AFC前置放大器CB5送出的调整信号进行功率放大用于驱动调谐电机；
[*] AFC前置放大器CB5：鉴相器输出的取样信号1、2送入AFC前置放大器CB5经差分放大器求差，差值信号送入高速采样保持电路得到直流电平，之后经调零电路（消除零点漂移现象）得到频差信号。在出束状态频差信号经电子开关送到AFC伺服放大器CB6进行功率放大。
[*] 位置电位器：与调谐电机联动的位置电位器可以给出调谐机构的位置信号，把它送到AFC前置放大器CB5经调协位置预置电路给出位置差信号，在停止出束后通过电子开关送到AFC伺服放大器CB6进行功率放大。在非出束时让AFC预置一个位置，以便在出束时快速反应达到f=f0。
[*] PLC控制预置位置和出束位置切换：出束时，AFC投入使用，PLC控制AFC启动触点的通断，AFC启动触点控制电子开关，由电子开关选择是将频差信号还是将位置差信号作为调整信号送到AFC伺服放大器CB6进行功率放大驱动调谐电机，达到预置和调节磁控管调谐机构的位置从而改变磁控管工作频率使之始终随加速管的谐振频率改变。
[*] 框图主要包括： 位置频差显示选择开关，位置频差表，AFC启动（即AFC投入使用，预置和最佳位置转化开关），RP1预置电位器，位置电位器反馈信号，取样信号1、2，HMI手动自动选择，HMI和PLC的正反转控制（详细见HMI页面、调制器电路图PDF和程序介绍章节）
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2 AFC系统调试方法
2.1 准备部分
2.1.1 界面设置：
[*]AFC调试通常以单能状态下的高能优先，因此调试前应注意将触摸屏“ENC”界面中“Energy”选择开关分别置于“单能”、“高能”位置；
[*]AFC调试以手动调节电机，因此调试前应注意将触摸屏“AFC”界面中选择开关置于“手动”位置;
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2.1.2 电机准备：
[*] 拆掉电机和电位器相连的皮带轮；
[*]旋转驱动电机上电位器，使得位置表头指示在零附近；
[*]拆掉机械限位块。
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2.2 微波部分调试：
2.2.1 调试原理
[*]入反射波两路取样信号相位相差90度，幅值都为1V时，输出电压相同，电机不运转，此时磁控管频率等于加速管谐振频率f0；当加速管频率变化时，见黄色线，AFC1-AFC2=负电压值，调节电机回转至f0；同理紫色线；
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2.2.2 调试步骤：
[*]用两根BNC同轴电缆将AFC分机的“AFC1”和“AFC2”信号分别连接到示波器通道1（CH1）和通道2(CH2)上，并将示波器的显示模式设置为两个通道波形同时显示状态；
[*]将AFC系统设置为MFC手动状态，拔下反射波取样的微波信号电缆，保留入射波取样的微波信号电缆，加速器出束，调节示波器设置，使得在示波器屏幕上可以同时看到两个通道的微波包络波形，检测波形幅值大小，通过适当调节X机头内入射波回路中可变衰减器衰减值的大小，使微波包络波形幅值保持在0.4V~1V，见下图。
[*]拔下入射波取样的微波信号电缆，接上反射波取样的微波信号电缆。加速器出束，在AFC分机触摸屏的“AFC”界面内按下← 或 → 按钮，使得微波系统进入全反射状态，此时示波器显示的两个通道波形应该与入射波所看到的波形基本一致，如果波形幅值不相同，则通过调节反射波回路中可变衰减器衰减值的大小，最终使前后波形幅值保持一致；
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[*]恢复入射波取样的微波信号电缆接线，设置示波器的显示模式，关闭两个通道波形，在示波器上按下“MATH”功能按钮，选择“通道1－通道2”模式，这时示波器上显示的波形为合成信号，通过触摸屏“AFC”界面← 和 → 按钮调节，使剂量率变化从零到最大剂量率然后再减小到零（见AFC调节示意图，从磁控管相位大于加速管90度到等于到小于加速管相位90过程），此时波形将会有一个从正脉冲到零到负脉冲（或从负脉冲到零到正脉冲）的渐变过程。如果合成信号的正、负脉冲幅度上下不对称，则通过调节AFT的“调节旋钮”（调节鉴相器取样信号1、2相位相差90度，只有相差90度才出现AFC1达到最大1V时，AFC2最小0V，反之AFC2=1V时，AFC1=0V,上下幅度值一样），使得合成信号的正、负脉冲幅度近似对称，见下图，微波调试过程结束。
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[*] 反射波形解释：见下图，1.26V,4.2us，不同履历表值不同；入射波断开，反射波接上，剂量率最大时的反射波波形，与全反射时反射波波形比较可知，波形中间减少区域为磁控管发射的微波进入加速管后，被吸收加速电子的那部分；
https://img-blog.csdnimg.cn/2020101823315928.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTE4Nzg2MTE=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center 剂量率最大时的反射波波形 2.3 电路部分调试
电路部分调试主要包括：积分式AFC前置放大电路板CB5，AFC伺服放大电路板CB6，AFC接口电路板CB4；
2.3.1 积分式AFC前置放大电路板CB5调试
积分式AFC前置放大电路板CB5的主要功能是对微波反馈信号，AFC控制信号进行判断与计算，生成磁控管调谐电机控制信号。
[*]RP2：调节通道1放大倍数， RP3：调节通道2放大倍数。
[*]AFC分机面板上的Error频差Zero Adjust（调零）电位器；
[*]RP10：调节单能高状态预置位置。
[*]RP1：调节频差放大倍数。 RP5：调节频差放大倍数。
[*]RP8：调节调谐电机回归预置位置的速度。
https://img-blog.csdnimg.cn/2020101821413394.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTE4Nzg2MTE=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center AFC系统前置放大电路板CB5实物图
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2.3.1.1 调节放大倍数
[*]将AFC系统由AFC切换到MFC状态。通过触摸屏“AFC”界面 ← 或 → 按钮调节，使加速器剂量率达到最大值。连接示波器，用探头检测CB5电路板上TP5、TP6测量点，通过调整RP2与RP3通道放大倍数，使得矩形脉冲波形幅值在5V左右；
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2.3.1.2 AFC分机面板频差表头调0操作（AFC自动出束状态）
[*]见CB5电路图，CPU224 Q输出点：出束时，AFC投入使用，切换为频差输出到CB6伺服驱动，停束时，切换为位置输出到CB6;无论哪一个输出，都需要经过手自动开关，手动通过PLC控制CB4;
[*]将AFC系统设置为MFC状态，加速器出束，在AFC分机触摸屏的“AFC”界面内按下← 或 → 按钮将剂量调制最大，此时AFC已投入使用，表头指针因为有频差反馈偏转至接近0（有误差精度问题），通过调节AFC分机面板上的电位器Zero Adjust（调零）将Error表头调至0（0位置代表出束剂量最大，频差反馈为0，所以调零电位器也为0，都为近似值）。如果之前的步骤全都执行正确，此时MFC切换为AFC自动挡，那么剂量应该能在最大点稳定。将AFC切换至手动档(MFC)，然后将其手动调偏，再切换回自动档(AFC)，那么剂量应该能回到最大点并保持稳定。
https://img-blog.csdnimg.cn/20201022222000147.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTE4Nzg2MTE=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center AFC分机前面板（显示选择开关+频差调零电位器+频差位置表头） 2.3.1.3 调整AFC系统的预置位置（AFC自动停束状态）
[*]预置位置是AFC调谐电机在停束之后的位置，能够在出束时，电机迅速调整到剂量率最大时位置的距离，即响应的时间；
[*]首先将调谐机构上的皮带轮（卡在磁控管调谐旋钮和调谐机构反馈电位器之间）取下，然后出束，通过MFC找到剂量最大值，停束，此时调谐电机在剂量率最大位置；
[*]将调谐机构上的反馈电位器调到中间位置，此时Position表头示数应为0V（开关拨到position），套上皮带轮，紧固位置螺钉，此时的表头0位置就是剂量最大位置，而此时CB5上的RP10预置的位置并不在最大，只要调到AFC自动状态（未出束情况下）就会跟随RP10跑偏，所以现在调节RP10，到剂量率最大，表头零位置，以便出束时AFC系统直接就在剂量率最大位置，但一般两个位置之间会有偏差，所以停束位置叫预置位置；（0位置代表出束剂量最大，停束时接近此位置）
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2.3.1.4 调整AFC系统的频差灵敏度
[*]AFC的灵敏度是指如果磁控管或加速管的频率发生变化导致剂量下降，在AFC的作用下回到剂量最高点（谐振频率）的速度；
[*]如果灵敏度过高，会导致已经达到谐振频率了，但是调谐电机的动作来不及停止而过调的情况，这样会导致调谐电机往复摆动，这样对系统的寿命和工作状态都会有不良影响；但是如果灵敏度过低，会导致恢复到剂量最高点的时间过长，无法达到设计参数的要求。所以必须将灵敏度调节到一个合适的值。
[*]具体方法：调节CB5上的电位器RP1和RP5(以RP5为主)频差放大倍数。先将AFC手动档(MFC)调偏，切换回自动档(AFC)，如果剂量上升到最大的时间过慢而不符合设计参数的要求，则增大灵敏度；如果剂量上升到最大之后误差（ERROR）指针出现晃动，则减小灵敏度。调节RP1和RP5直到一个合适的值。
2.3.1.5 位置预置灵敏度调节
[*]CB5电路板上RP8；
2.3.2 AFC伺服放大电路板CB6
CB6的主要功能是放大CB5输出的磁控管调谐电机控制信号，并使之具有驱动能力。所以如果调谐电机控制信号正常，但AFC却无法正常动作，则是CB6的问题。
[*]RP1：调节驱动电压放大倍数。
[*]RP2：调节左侧电限位。
[*]RP3：调节右侧电限位。
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2.3.2.1 调整AFC系统的电限位
[*]调整电限位需要调整AFC伺服放大器pcb板上的电位器RP2和RP3。RP2对应高电位限位，RP3对应低电位限位。
[*]电压测量：A2芯片(LM311N)的pin2脚电位，调节RP2使之为+2V。观察A3芯片（LM311N）的pin3脚电位，调节RP3使之为-2V。
[*]将AFC打到手动档(MFC)，左右调节MFC，观察AFC分机面板上的Position表头，它的行动范围已经被限制在-2V到+2V之间。
https://img-blog.csdnimg.cn/20201018231623866.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTE4Nzg2MTE=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center AFC伺服放大器pcb板电限位调节原理图
2.3.2.2 是否调换电缆
[*]将AFC系统由AFC切换到MFC状态。加速器出束，← 或 → 按钮，使剂量率正反方向均为最大剂量率的五分之一左右，然后分别将AFC系统切换到AFC状态，此时AFC都应自动调节使剂量率最大，若剂量率都同时变小，则需要将AFC分机后面板（或侧面板，两种类型）的AFC1和AFC2的BNC线缆调换，再出束，AFC就可以自动调节到剂量率最大了；
2.3.3 AFC接口电路板CB4调试（用于调整双能设备）
AFC电路与单能AFC调试不同之处主要在CB4电路板上：
[*]VR1：调节单能低状态预置位置。
[*]VR2：调节单能低状态频差零点。
[*]VR3：调节双能状态预置位置。
[*]VR4：调节双能状态频差零点。
https://img-blog.csdnimg.cn/20210102144556631.jpeg?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTE4Nzg2MTE=,size_16,color_FFFFFF,t_70
调整顺序：
（1）在单高能状态下按正常程序完成单高能AFC调整（详细调试过程见博客AFC系统部分），其中ERROR调零由AFC分机面板上的调零电位器完成，预置位置由CB5上RP10完成，两个近似都在0位置；
（2）出束时，在单低能状态下调整VR2使剂量最大，停束时，调整VR1使单低能预置位置最佳。
（3）出束时，在双能状态下调整VR4使双能中的高能剂量最大，停束时，调整VR3使双能预置位置最佳。
※注意：调整AFC分机面板上的调零电位器与CB5上的RP10将影响所有能量状态的ERROR调零与预置位置(因为是并联），所以必须先在单能高状态下确定面板上的调零电位器和CB5：RP10。
# **3 AFC系统工作状态判断和简单调整：**
## **3.1 AFC分机表头显示：**
3. AFC系统工作状态判断和简单调整
3.1 AFC分机表头显示：
[*]停束时，P2表头可以观测AFC的两个情况，由S4开关来控制。当S4开关拨到POS.时（右边），表头显示的是AFC系统磁控管调谐电机的预置位置；当S4拨到Error（左边）时，表头表示的是AFC系统中两路微波信号AFC1和AFC2的幅值的差值（未出束时，AFC1=AFC2=0V）。
[*]出束时，AFC系统会自动调整电机位置使AFC1和AFC2的幅值的差值接近“0”。所以，如果AFC工作正常，Error显示应接近“0”，而POS.显示不一定为“0”。
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3.2 判断AFC是否工作：
[*]出束时，用MFC把剂量调偏（不要太偏），此时Error显示应该远离“0”值。再切换到AFC状态，剂量可恢复，Error显示应该回到“0”值附近。MFC左右调节都应该可以恢复。
https://img-blog.csdnimg.cn/20201024145701691.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTE4Nzg2MTE=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center HMI AFC操作界面
3.3 判断AFC工作是否不灵敏：
[*] AFC调节是不是过于灵敏或过于不灵敏：用MFC调偏剂量，再AFC自动找回，再 MFC调偏，再AFC找回，如此几次，如果每次自动调回后剂量差别较大则说明AFC系统不灵敏；观测电脉冲剂量，如果在MFC状态时的剂量稳定性比AFC时还好，则说明AFC系统过于灵敏。
[*] 出束后，用MFC调整寻找剂量稳定点（用示波器检测单脉冲剂量比较直观。另外，高能剂量最大点不一定是整体效果最好的点，还是稳定性更重要），看剂量最好点与AFC自动调节的工作点是否有较大偏差。如果有较大偏差可以通过调节AFC分机面板上RP1电位器“Zero Adjust”来修正。
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