确定磁控管的退灯丝电压的方法、装置及磁控管、加速器与流程

本发明涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种确定磁控管的退灯丝电压的方法、装置及磁控管、加速器。

背景技术：

磁控管是一种用来产生微波能的电真空器件，实际结构是一个置于恒定磁场中的二极管。磁控管内的电子在相互垂直的恒定磁场和恒定电场的控制下，与高频电磁场发生相互作用，把从恒定电场中获得的能量转变成微波能量，从而达到产生微波能的目的。

磁控管，按工作状态可分为脉冲磁控管和连续波磁控管。由于使用上的需要和实现的可能性，大功率磁控管都是脉冲磁控管。

脉冲磁控管的工作脉冲宽度可在0.004微秒～60微秒范围内变化，脉冲磁控管输出的微波的频率范围在250兆赫兹至166吉赫兹之间，脉冲功率从几十瓦到几十兆瓦，效率可达70％，寿命可达几万小时。脉冲磁控管广泛用于引导、火控、测高、机载、舰载、气象等各种雷达及用为放射治疗的医用电子直线加速器中的微波源。

磁控管中从阴极发射的电子，在作用空间受到恒定电场和磁场的作用，形成围绕阴极旋转的电子云。如图1所示的群聚轮辐旋转的图像。在п模磁控管中，轮辐旋转的电子与高频电磁场同步作用，不断从阳极电源获取能量，得到加速，以不断将动能转换为高频电磁场的能量输出。阴极发射的电子在此过程中，一部分最终到达阳极，变为阳极电流，也有一部分在群聚过程中返回阴极。回轰电子打到阴极时，会把动能交给阴极，使阴极加热。

磁控管输入平均功率大时，将使磁控管阴极快速损耗，降低其寿命。因此，现有技术中一般检测磁控管的输入功率的大小，调整灯丝上的电流，从而提高磁控管的使用寿命。因此磁控管正常工作时需要降低或取消灯丝加热电流。参见图2所示，磁控管的灯丝电压-输入平均功率曲线图。随着磁控管的输入平均功率的提高，磁控管的灯丝电压逐级降低。

磁控管在实际使用中，需要对灯丝电压进行控制，以保证灯丝的寿命以及整个磁控管的寿命。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的以上技术问题，本申请提供一种确定磁控管的退灯丝电压的方法、装置及磁控管、加速器，能够为磁控管提供更准确的退灯丝电压，从而提高磁控管的使用寿命。

本发明实施例提供一种确定磁控管的退灯丝电压的方法，包括：

根据加速器当前的剂量率获得磁控管的给定工作频率；所述剂量率与给定工作频率一一对应；

利用频率-电压拟合曲线查找所述给定工作频率对应的灯丝电压；所述频率-电压拟合曲线预先获得；

将查找到的灯丝电压作为磁控管的退灯丝电压。

优选地，预先获得所述频率-电压拟合曲线，具体包括：

根据磁控管的退灯丝功率-电压特性曲线和磁控管的退灯丝功率-电流特性曲线获得多个采样点的功率对应的电压和电流；所述退灯丝功率-电压特性曲线的横坐标为功率，纵坐标为电压；所述退灯丝功率-电流特性曲线的横坐标为功率，纵坐标为电流；

利用所述多个采样点的功率对应的电压和电流获得多个采样点对应的频率；

对所述多个采样点的频率和电压进行曲线拟合，获得所述频率-电压拟合曲线。

优选地，还包括：采样所述磁控管的电流，获得磁控管的平均电流采样值；

利用磁控管的退灯丝功率-电流特性曲线查找所述平均电流采样值对应的功率；

当所述退灯丝电压对应的功率比所述平均电流采样值对应的功率大时，将所述平均电流采样值对应的功率对应的电压作为磁控管的退灯丝电压。

本发明实施例提供一种确定磁控管的退灯丝电压的装置，包括：给定工作频率获得单元、灯丝电压查找单元和退灯丝电压确定单元；

所述给定工作频率获得单元，用于根据加速器当前的剂量率获得磁控管的给定工作频率；所述剂量率与给定工作频率一一对应；

所述灯丝电压查找单元，用于利用频率-电压拟合曲线查找所述给定工作频率对应的灯丝电压；所述频率-电压拟合曲线预先获得；

所述退灯丝电压确定单元，用于将查找到的灯丝电压作为磁控管的退灯丝电压。

优选地，还包括：拟合单元；

所述拟合单元，用于根据磁控管的退灯丝功率-电压特性曲线和磁控管的退灯丝功率-电流特性曲线获得多个采样点的功率对应的电压和电流；利用所述多个采样点的功率对应的电压和电流获得多个采样点对应的频率；对所述多个采样点的频率和电压进行曲线拟合，获得所述频率-电压拟合曲线。

优选地，还包括：退灯丝电压修正单元；

所述退灯丝电压修正单元，用于采样所述磁控管的电流，获得磁控管的平均电流采样值；利用磁控管的退灯丝功率-电流特性曲线查找所述平均电流采样值对应的功率；当所述退灯丝电压对应的功率比所述平均电流采样值对应的功率大时，将所述平均电流采样值对应的功率对应的电压作为磁控管的退灯丝电压。

本发明实施例提供一种磁控管，包括：控制器和灯丝；

所述控制器，用于接收加速器发送的与当前的剂量率对应的给定工作频率；所述剂量率与给定工作频率一一对应；利用频率-电压拟合曲线查找所述给定工作频率对应的灯丝电压；所述频率-电压拟合曲线预先获得；将查找到的灯丝电压作为所述灯丝的退灯丝电压。

优选地，所述控制器，还用于：根据磁控管的退灯丝功率-电压特性曲线和磁控管的退灯丝功率-电流特性曲线获得多个采样点的功率对应的电压和电流；所述退灯丝功率-电压特性曲线的横坐标为功率，纵坐标为电压；所述退灯丝功率-电流特性曲线的横坐标为功率，纵坐标为电流；利用所述多个采样点的功率对应的电压和电流获得多个采样点对应的频率；对所述多个采样点的频率和电压进行曲线拟合，获得所述频率-电压拟合曲线。

优选地，还包括：电流采样电路；

所述电流采样电路，用于采样所述磁控管的电流，获得磁控管的平均电流采样值；

所述控制器，还用于利用磁控管的退灯丝功率-电流特性曲线查找所述平均电流采样值对应的功率；当所述退灯丝电压对应的功率比所述平均电流采样值对应的功率大时，将所述平均电流采样值对应的功率对应的电压作为所述灯丝的退灯丝电压。

本发明实施例提供一种加速器，包括所述的磁控管。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：

通过磁控管的频率-电压拟合曲线，可以针对磁控管的所有工作频率查找对应的退灯丝电压，从而实现对磁控管的退灯丝电压的无级连续控制，这样可以为磁控管提供更精确的退灯丝电压，以免磁控管的灯丝的退灯丝电压太高，烧毁灯丝。因此，本方法可以提高磁控管的灯丝的使用寿命，从而提高整个磁控管的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为磁控管的群聚轮辐旋转的图像；

图2为磁控管的灯丝电压-输入平均功率曲线图；

图3为本发明提供的确定磁控管的退灯丝电压的方法实施例一流程图；

图4为本发明提供的频率-电压拟合曲线；

图5为多档位控制磁控管的退灯丝电压的示意图；

图6为本发明提供的磁控管的退灯丝特性曲线图；

图7为本发明提供的频率-电压拟合曲线的拟合流程图；

图8为本发明提供的确定磁控管的退灯丝电压的装置实施例一示意图；

图9为本发明提供的确定磁控管的退灯丝电压的装置实施例二示意图；

图10为本发明实施例提供的磁控管示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图3，该图为本发明提供的确定磁控管的退灯丝电压的方法实施例一流程图。

本实施例提供的确定磁控管的退灯丝电压的方法，包括：

S301：根据加速器当前的剂量率获得磁控管的给定工作频率；所述剂量率与给定工作频率一一对应；

需要说明的是，磁控管是加速器中的一个器件，加速器不同的剂量率需要磁控管不同的工作频率。因此，加速器的剂量率决定了磁控管的工作频率。本实施例中将加速器的剂量率对应需要的磁控管的工作频率作为给定工作频率。

S302：利用频率-电压拟合曲线查找所述给定工作频率对应的灯丝电压；所述频率-电压拟合曲线预先获得；

可以理解的是，频率-电压拟合曲线为横坐标为频率，纵坐标为电压的二维曲线图。通过频率查找拟合曲线可以获得该频率对应的电压。

由于磁控管属于加速器的一个部件，加速器的剂量率决定了磁控管的工作频率，因此，可以根据加速器的剂量率确定磁控管的给定工作频率。

本申请实施例中利用频率可以准确确定磁控管的退灯丝电压，因为加速器和磁控管的同步信号为频率。加速器给出的指令中携带磁控管的工作频率。因此，利用工作频率可以对应确定磁控管的退灯丝电压。与工作频率对应的退灯丝电压可以满足磁控管的工作需求。

S303：将查找到的灯丝电压作为磁控管的退灯丝电压。

具体可以参见图4所示的频率-电压拟合曲线，图4所示的拟合曲线是MG7X95磁控管的频率-电压拟合曲线，可以理解的是，不同型号的磁控管的频率-电压的拟合曲线有所不同，但是原理是相同的。

从图4可以看出，通过查横坐标的频率可以找到该频率对应的电压。

本实施例提供的方法，通过磁控管的频率-电压拟合曲线，可以针对磁控管的所有工作频率查找对应的退灯丝电压，从而实现对磁控管的退灯丝电压的无级连续控制，这样可以为磁控管提供更精确的退灯丝电压，以免磁控管的灯丝的退灯丝电压太高，烧毁灯丝。因此，本实施例提供的方法可以提高磁控管的灯丝的使用寿命，从而提高整个磁控管的使用寿命。

为了使本领域技术人员更好地理解本实施例提供的技术的有益效果，下面介绍另一种断崖式多档位控制磁控管的退灯丝电压的方式。

参见图5，该图为多档位控制磁控管的退灯丝电压的示意图。

图5所示的方案是采用逐档降低的方式控制磁控管的退灯丝电压。

采集磁控管的平均电流，将平均电流分别与参考值Vref1、Vref2和Vref3进行比较，根据比较结果确定退灯丝电压的档位。图5中对应的方式包括退三档。即对于退灯丝电压的控制仅包括几个档位进行控制，显然这种方式仅是有限档位的离散控制，不能实现无级连续控制，从而不能精确控制磁控管的退灯丝电压。即不能使磁控管的灯丝工作在工作频率对应的退灯丝电压，有可能烧毁灯丝，降低磁控管灯丝的寿命。

下面结合附图介绍频率-电压拟合曲线的拟合方式，参见图6所示的磁控管的退灯丝特性曲线图，需要说明的是，退灯丝特性曲线包括两个，既包括功率-电压特性曲线11，又包括功率-电流特性曲线22。这两个特性曲线在同一个坐标系中，横坐标均为功率，单位为kW。退灯丝功率-电压特性曲线11的横坐标为功率，纵坐标为电压；退灯丝功率-电流特性曲线22的横坐标为功率，纵坐标为电流；

参见图7，该图为频率-电压拟合曲线的拟合流程图。

S701：根据磁控管的退灯丝功率-电压特性曲线和磁控管的退灯丝功率-电流特性曲线获得多个采样点的功率对应的电压和电流；

即，S701是为了获得多个采样点的数值。

S702：利用所述多个采样点的功率对应的电压和电流通过以下公式获得多个采样点对应的频率；

其中，f为频率，P为功率，U为电压，I为电流，Tw为施加在磁控管的脉冲信号的脉冲宽度；

下面介绍公式(1)，具体可以通过公式(2)和(3)推导出公式(1)，其中，Ts为施加在磁控管的脉冲信号的脉冲周期。

S703：对所述多个采样点的频率和电压进行曲线拟合，获得所述频率-电压拟合曲线。

S703是根据频率和电压的对应关系进行曲线拟合。具体地，可以通过Matlab仿真软件进行曲线拟合。

以上实施例介绍的方法是根据工作频率通过查找频率-电压的拟合曲线来获得磁控管的退灯丝电压，下面介绍对以上方法的一种修正方式，即以上方法属于对退灯丝电压的粗调，下面介绍在粗调基础上的微调，形成双闭环控制，从而保证磁控管的退灯丝电压更精确。

本实施例提供的方法在图3对应的实施例的基础上，还包括：采样所述磁控管的电流，获得磁控管的平均电流采样值；

利用磁控管的退灯丝功率-电流特性曲线查找所述平均电流采样值对应的功率；可以理解的是，该步骤根据图6中的特性曲线22来获得平均电流采样值对应的功率。

当所述退灯丝电压对应的功率比所述平均电流采样值对应的功率大时，将所述平均电流采样值对应的功率对应的电压作为磁控管的退灯丝电压。

当退灯丝电压对应的功率比平均电流采样值对应的功率大时，说明退灯丝电压设置的偏低，因此需要调高。

可以理解的是，退灯丝电压对应的功率需要查找功率-电压特性曲线，即查找图6中的曲线11。

平均电流采样值对应的功率需要查找功率-电流特性曲线，即查找图6中的曲线22。

图6中电压和功率是反比关系，随着功率的提高，电压逐渐降低。同理，电流和功率也是反比关系，随着功率的提高，电流逐渐降低。

本实施例提供的方法，在利用频率-电压拟合曲线粗调的基础上，再通过采样平均电流查找磁控管的特性曲线进行微调。这样可以保证磁控管在更精准的退灯丝电压下工作，提高磁控管的使用寿命。

基于以上实施例提供的一种确定磁控管的退灯丝电压的方法，本发明实施例还提供一种确定磁控管的退灯丝电压的装置，下面结合附图进行详细的介绍。

参见图8，该图为本发明提供的确定磁控管的退灯丝电压的装置实施例一示意图。

本实施例提供的装置包括：给定工作频率获得单元801、灯丝电压查找单元802和退灯丝电压确定单元803；

所述给定工作频率获得单元801，用于根据加速器当前的剂量率获得磁控管的给定工作频率；所述剂量率与给定工作频率一一对应；

需要说明的是，磁控管是加速器中的一个器件，加速器不同的剂量率需要磁控管不同的工作频率。因此，加速器的剂量率决定了磁控管的工作频率。本实施例中将加速器的剂量率对应需要的磁控管的工作频率作为给定工作频率。

所述灯丝电压查找单元802，用于利用频率-电压拟合曲线查找所述给定工作频率对应的灯丝电压；所述频率-电压拟合曲线预先获得；

可以理解的是，频率-电压拟合曲线为横坐标为频率，纵坐标为电压的二维曲线图。通过频率查找拟合曲线可以获得该频率对应的电压。

由于磁控管属于加速器的一个部件，加速器的剂量率决定了磁控管的工作频率，因此，可以根据加速器的剂量率确定磁控管的给定工作频率。

本申请实施例中利用频率可以准确确定磁控管的退灯丝电压，因为加速器和磁控管的同步信号为频率。加速器给出的指令中携带磁控管的工作频率。因此，利用工作频率可以对应确定磁控管的退灯丝电压。与工作频率对应的退灯丝电压可以满足磁控管的工作需求。

所述退灯丝电压确定单元803，用于将查找到的灯丝电压作为磁控管的退灯丝电压。

具体可以参见图4所示的频率-电压拟合曲线，图4所示的拟合曲线是MG7X95磁控管的频率-电压拟合曲线，可以理解的是，不同型号的磁控管的频率-电压的拟合曲线有所不同，但是原理是相同的。

从图4可以看出，通过查横坐标的频率可以找到该频率对应的电压。

本实施例提供的装置，通过磁控管的频率-电压拟合曲线，可以针对磁控管的所有工作频率查找对应的退灯丝电压，从而实现对磁控管的退灯丝电压的无级连续控制，这样可以为磁控管提供更精确的退灯丝电压，以免磁控管的灯丝的退灯丝电压太高，烧毁灯丝。因此，本实施例提供的方法可以提高磁控管的灯丝的使用寿命，从而提高整个磁控管的使用寿命。

参见图9，该图为本发明提供的确定磁控管的退灯丝电压的装置实施例二示意图。

本实施例提供的退灯丝电压的装置，还包括：拟合单元901；

所述拟合单元901，用于根据磁控管的退灯丝功率-电压特性曲线和磁控管的退灯丝功率-电流特性曲线获得多个采样点的功率对应的电压和电流；利用所述多个采样点的功率对应的电压和电流通过以下公式获得多个采样点对应的频率；对所述多个采样点的频率和电压进行曲线拟合，获得所述频率-电压拟合曲线；

其中，f为频率，P为功率，U为电压，I为电流，Tw为施加在磁控管的脉冲信号的脉冲宽度。

可以理解的是，拟合曲线的实质就是获得采样点的数值，然后描点连线。

该装置还可以包括：退灯丝电压修正单元902；

所述退灯丝电压修正单元，用于采样所述磁控管的电流，获得磁控管的平均电流采样值；利用磁控管的退灯丝功率-电流特性曲线查找所述平均电流采样值对应的功率；当所述退灯丝电压对应的功率比所述平均电流采样值对应的功率大时，将所述平均电流采样值对应的功率对应的电压作为磁控管的退灯丝电压。

当退灯丝电压对应的功率比平均电流采样值对应的功率大时，说明退灯丝电压设置的偏低，因此需要调高。

可以理解的是，退灯丝电压对应的功率需要查找功率-电压特性曲线，即查找图6中的曲线11。

平均电流采样值对应的功率需要查找功率-电流特性曲线，即查找图6中的曲线22。

图6中电压和功率是反比关系，随着功率的提高，电压逐渐降低。同理，电流和功率也是反比关系，随着功率的提高，电流逐渐降低。

本实施例提供的装置，在利用频率-电压拟合曲线粗调的基础上，再通过采样平均电流查找磁控管的特性曲线进行微调。这样可以保证磁控管在更精准的退灯丝电压下工作，提高磁控管的使用寿命。

基于以上实施例提供的确定磁控管的退灯丝电压的方法及装置，本发明实施例还提供一种磁控管，下面结合附图进行详细的介绍。

参见图10，该图为本发明实施例提供的磁控管示意图。

本实施例提供的磁控管，包括：控制器1001和灯丝1002；

所述控制器1001，用于接收加速器发送的与当前的剂量率对应的给定工作频率；所述剂量率与给定工作频率一一对应；利用频率-电压拟合曲线查找所述给定工作频率对应的灯丝电压；所述频率-电压拟合曲线预先获得；将查找到的灯丝电压作为所述灯丝1002的退灯丝电压。

需要说明的是，控制器1001用于为灯丝1002提供退灯丝电压。灯丝1002在退灯丝电压下工作时，灯丝1002会发热，从而为磁控管提供热量，当随着磁控管工作的功率逐渐提高，磁控管自身的热量足够大时就不需要灯丝1002继续提供热量或者不需要提供太多的热量，此时需要降低灯丝1002的退灯丝电压。

另外，所述控制器，还用于：根据磁控管的退灯丝功率-电压特性曲线和磁控管的退灯丝功率-电流特性曲线获得多个采样点的功率对应的电压和电流；所述退灯丝功率-电压特性曲线的横坐标为功率，纵坐标为电压；所述退灯丝功率-电流特性曲线的横坐标为功率，纵坐标为电流；利用所述多个采样点的功率对应的电压和电流通过以下公式获得多个采样点对应的频率；对所述多个采样点的频率和电压进行曲线拟合，获得所述频率-电压拟合曲线；

其中，f为频率，P为功率，U为电压，I为电流，Tw为施加在磁控管的脉冲信号的脉冲宽度。

另外，该磁控管还包括：电流采样电路；

所述电流采样电路，用于采样所述磁控管的电流，获得磁控管的平均电流采样值；

所述控制器，还用于利用磁控管的退灯丝功率-电流特性曲线查找所述平均电流采样值对应的功率；当所述退灯丝电压对应的功率比所述平均电流采样值对应的功率大时，将所述平均电流采样值对应的功率对应的电压作为磁控管的退灯丝电压。

控制器在利用频率-电压拟合曲线粗调的基础上，再通过采样平均电流查找磁控管的特性曲线进行微调。这样可以保证磁控管在更精准的退灯丝电压下工作，提高磁控管的使用寿命。

基于以上实施例提供的确定磁控管的退灯丝电压的方法、装置及磁控管，本发明实施例还提供一种加速器。该加速器包括以上实施例提供的磁控管。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。