JP5099475B2 - Abnormality diagnosis device for high power millimeter wave transmission system - Google Patents
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Description
本発明は、核融合装置の高周波加熱装置に係わり、特に大電力ミリ伝送系の異常診断装置に関する。 The present invention relates to a high-frequency heating device for a nuclear fusion device, and more particularly to an abnormality diagnosis device for a high power millimeter transmission system.
特に、本発明は、核融合装置において、発振管で精製された高周波がプラズマに到達する真空容器までの高周波伝送路における異常現象を的確にとらえ、異常と異常箇所をすばやく検知できる高周波伝送路の異常診断装置である。又、本装置は、数10〜100mの長い伝送系路で発生する異常診断に威力を発揮するもので、放射線管理区域や高電圧立ち入り禁止区域、人間が近づけない狭い場所や高所等での異常と発生場所の同定が可能であり、さらに高周波発振管から生成されたミリ波がプラズマに入射されるまでの高周波の伝送効率、あるいは特定の伝送系間における伝送効率が定常に判定できる異常診断装置である。 In particular, the present invention provides a high-frequency transmission line that can accurately detect abnormalities and abnormal points in a fusion apparatus, accurately detecting abnormal phenomena in a high-frequency transmission path to a vacuum vessel where high-frequency waves purified by an oscillation tube reach plasma. It is an abnormality diagnosis device. In addition, this device is useful for diagnosing abnormalities that occur in long transmission lines of several tens to 100 meters. It is used in radiation control areas, high-voltage entry-prohibited areas, narrow places where humans cannot approach, and high places. Anomaly diagnosis that can identify the anomaly and occurrence location, and can determine the transmission efficiency of the high frequency until the millimeter wave generated from the high frequency oscillation tube is incident on the plasma, or the transmission efficiency between specific transmission systems Device.
高周波加熱装置では、高温プラズマに大電力高周波を入射して、効率良く核融合反応が発生する1億度以上の超高温に加熱するひとつの目的がある。発振管や増幅器で生成されたMW級の高周波は、プラズマに到達するまでに高周波伝送路である導波管と各種の高周波コンポーネントを通過し、その中にはMW級の高周波ビームの方向を変化させる金属製の反射板が各所にあることや、導波管外へ高周波を漏らさずに、導波管内を真空排気するため、導波管を細密加工して0.5mm程の無数の溝により排気口を設けている特殊な導波管、偏波角や楕円度を調整する偏波変換器、高周波を低損失で通して、トリチウム等の不純物を真空的に遮断する真空窓や開状態では高周波を低損失で伝送して、閉止状態では真空遮断する高周波真空ゲートバルブ、高周波ビームの進行方向を任意(0°,90°)に方向転換する導波管切換器等の機器が複数組み合わされている。これらの場所では、構成機器の耐電圧劣化や突発的な異常、たとえば真空度上昇による放電等での機器の損傷等の不具合が発生することがある。小さな異常を察知できずにいると、さらに放電で生じたアーク痕や突起により、放電が増殖され、また新たな放電に発展して、機器の破損にまで発展する可能性がある。 A high-frequency heating device has one purpose of heating a super-high temperature of 100 million degrees or higher where high-power high-frequency waves are incident on high-temperature plasma and a nuclear fusion reaction occurs efficiently. The MW class high-frequency generated by the oscillation tube and amplifier passes through the waveguide and various high-frequency components that are the high-frequency transmission path before reaching the plasma, and the direction of the MW-class high-frequency beam changes in it. In order to evacuate the inside of the waveguide without leaking high frequencies outside the waveguide, the waveguide is finely processed and exhausted through countless grooves of about 0.5 mm. A special waveguide with a mouth, a polarization converter that adjusts the polarization angle and ellipticity, a vacuum window that cuts off impurities such as tritium in a vacuum by passing high frequency with low loss, and high frequency in the open state A combination of multiple devices such as a high-frequency vacuum gate valve that transmits low-loss and shuts off the vacuum when closed, and a waveguide switch that changes the direction of high-frequency beam travel (0 °, 90 °). Yes. In these places, there may occur a malfunction such as a breakdown of a breakdown voltage of a component device or a sudden abnormality, for example, a damage of the device due to a discharge due to an increase in the degree of vacuum. If a small abnormality cannot be detected, the arc can be further propagated by arc marks and protrusions generated by the discharge, and can develop into a new discharge, leading to the breakage of the equipment.
従来の装置では、以下の方式(1)、(2)及び(3)で高周波伝送路の異常発見が行われていた。 In the conventional apparatus, the abnormality detection of the high-frequency transmission path is performed by the following methods (1), (2), and (3).
(1)伝送路の90°ベンド部の反射板に高周波の漏れる小さな穴を開けて、これから漏れ出る高周波の進行方向電力と逆方向電力を計測することにより、高周波伝送路の異常を検出する方式。 (1) A method of detecting abnormalities in the high-frequency transmission line by making a small hole that leaks high-frequency waves in the reflector at the 90 ° bend of the transmission line and measuring the high-frequency traveling power and the reverse power leaking from it. .
(2)高周波コンポーネントの中から、特に放電が発生すると大きな異常事象に発展する恐れのある機器を選定して、放電光を検出するセンサーを設置して異常を検出する方式。 (2) A method of detecting anomalies by selecting a device that may develop into a large abnormal event when a discharge occurs, among other high-frequency components, and installing a sensor that detects discharge light.
(3)伝送路内の真空度を計測して、異常に変化した真空度により検出する方式。 (3) A method in which the degree of vacuum in the transmission line is measured and detected based on the abnormally changed degree of vacuum.
なお、高周波電力測定装置において、導波管内を伝搬する高周波を検出部の誘電体に通過させ、そこで熱に変換された高周波電力を測定することが行われているが(特許文献1)、導波管内の異常機器の選別やその場所を特定することまでは行われていない。又、大電力ミリ波伝送系における各種コンポーネントである導波管、反射板等の損失やその原理等が記述されている論文が発表されている(非特許文献1,2,3及び4)。
上記背景技術(1)の課題は
1) 高周波の偏波の変化や不要モードにより電力量が変化するため、異常現象を的確に捕らえにくい。
The problem of the background technology (1) is
1) Since the amount of power changes due to changes in the polarization of high-frequency waves and unnecessary modes, it is difficult to accurately capture abnormal phenomena.
2) 穴より漏れ出た微小高周波を検波するため検波器を使用する。したがって検波器固有の性能に左右される。100GHz帯の検波器は、経年変化や環境条件に影響されやすく、レベル変動が生じやすい。 2) Use a detector to detect the minute high frequency leaking from the hole. Therefore, it depends on the performance inherent to the detector. 100 GHz band detectors are easily affected by aging and environmental conditions, and are subject to level fluctuations.
上記背景技術(2)の課題は
1) 受光ダイオード等にて光を感知し、ある光量レベルで信号を出力する光量検出方式が一般的であるが、感度を上げるとバックグラウンド環境の光量変化で誤動作を起こすため、感度の調整が難しい。
The problem of the background technology (2) is
1) A light quantity detection method that detects light with a light-receiving diode and outputs a signal at a certain light quantity level is common, but if the sensitivity is increased, malfunctions occur due to changes in the light quantity in the background environment. difficult.
2)伝送路内の一部で発生した異常発光が、数箇所に設置したセンサーの複数に反応し、異常個所の同定が難しい。 2) Abnormal light emission generated in a part of the transmission line reacts with multiple sensors installed at several locations, making it difficult to identify abnormal locations.
3) 光ファイバーで発光した光を伝送し、制御受光器で受光し、光量を電気信号に変換して機器インターロック信号を発生させたり、感度調整に必要な発光源の設置や制御器に感度調整機構が必要であるため、システムを構成する機器の製作費が高価になる。 3) Transmits the light emitted by the optical fiber, receives it with the control light receiver, converts the light amount into an electrical signal, generates a device interlock signal, installs the light source necessary for sensitivity adjustment, and adjusts the sensitivity to the controller Since a mechanism is required, the production cost of the equipment constituting the system becomes expensive.
4) 異常発光以外の正常な発光源、たとえば核融合実験装置ではプラズマ等の光で検出され、異常発光あるいは正常発光かの判別が難しい場合がある。 4) In normal light sources other than abnormal light emission, such as a fusion experimental device, it may be detected by light such as plasma, and it may be difficult to distinguish between abnormal light emission and normal light emission.
上記背景技術(3)の課題は
1)反応が遅く、検知された時には異常現象が進行してしまう可能性がある。
The problems of the background art (3) are as follows: 1) The reaction is slow, and an abnormal phenomenon may progress when detected.
2)伝送路に高周波を伝送すると、直接高周波ビームが接する反射板や導波管内壁からガス放出があり、異常による真空度上昇か、あるいは伝送経路内からのガス放出かの判別が難しい場合が多い。 2) When high-frequency waves are transmitted to the transmission path, there is a case where gas is released from the reflector or the inner wall of the waveguide that is directly in contact with the high-frequency beam. Many.
3)真空排気装置の不具合やガス放出の大きな高周波機器の設置や長期間の大気開放作業等で、伝送系内からの放出ガスが増加し、定常状態より真空度が上昇、さらに高周波伝送により増大することがあり、異常現象を的確に捕らえにくい場合が多い。 3) Emissions from the transmission system increase due to problems with the vacuum exhaust system, installation of high-frequency equipment that emits large amounts of gas, and long-term release to the atmosphere. The degree of vacuum increases from the steady state, and further increases due to high-frequency transmission. In many cases, it is difficult to accurately capture abnormal phenomena.
本発明は、発振管から出力された高周波が、正常であれば、発振管側からプラズマ側に向けて、ある一定の割合(伝送路である導波管での抵抗損失や伝送路に設置された高周波機器での損失)で減少し続けるが、異常が発生すると、これらの比率が変化する現象をとらえて、異常診断を行う装置である。また、伝送系の適切な位置に加速度センサーを装着し、放電等で発生する数箇所の異常振動波の最大波および最速受信波を選別して診断するため、さらに異常の検出精度と異常個所の同定精度を高める効果がある装置である。 In the present invention, if the high frequency output from the oscillation tube is normal, it is installed at a certain ratio (resistance loss in the waveguide as a transmission line or transmission line) from the oscillation tube side to the plasma side. This is a device for diagnosing an abnormality by capturing the phenomenon that these ratios change when an abnormality occurs. In addition, an accelerometer is installed at an appropriate position in the transmission system to select and diagnose the maximum and fastest received waves of several abnormal vibration waves generated by discharge, etc. This device has the effect of improving the identification accuracy.
即ち、本発明は、高周波伝送系に設置する、高周波ビーム反射板、温度センサー(熱電対)、加速度センサー(圧電素子)、反射板に設けられた熱変換を容易にする電気ヒーター、信号選別制御器、計測演算表示器、異常出力制御表示器から構成される大電力ミリ波伝送系の異常診断装置であって、伝送系に高周波機器の一つとして設置されている高周波ビーム反射板で熱に変換された高周波電力を温度センサーで測定し、測定温度に対して予め決められた関係から高周波電力を見出し、正常伝送時の電力損失と異常伝送時の電力損失を比較して異常診断を行って異常機器の選別及び/又は場所を判定し、加えて伝送系に高周波機器の一つとして設置されている加速度センサーから計測される異常振動波信号より最速受信波動と最大受信波動を選択して異常診断を行って異常機器の選別及び/又は場所を判定し、温度センサーによる異常伝送電力損失箇所と照合することで、両診断の一致する異常に基づいて伝送系に設置された異常機器の選別及び/又は場所を特定する装置である。また、伝送路の伝送損失が定常的に判定でき、発振管から出力された電力の異常変化や伝送系内の異常を監視、また機器保護用インターロック信号の出力を装備した大電力ミリ波伝送系異常診断装置である。 That is, the present invention is a high-frequency beam reflector, a temperature sensor (thermocouple), an acceleration sensor (piezoelectric element), an electric heater that facilitates heat conversion provided on the reflector, and signal selection control. This is a high-power millimeter-wave transmission system abnormality diagnosis device that consists of a detector, a measurement calculation display, and an abnormal output control display, and is used to heat the high-frequency beam reflector installed in the transmission system as one of high-frequency devices. Measure the converted high-frequency power with a temperature sensor, find the high-frequency power from a predetermined relationship with the measured temperature, compare the power loss during normal transmission and power loss during abnormal transmission, and perform abnormality diagnosis Judgment and / or location of abnormal equipment, plus fastest received wave and maximum received wave from abnormal vibration wave signal measured from acceleration sensor installed as one of high frequency equipment in transmission system By selecting and performing an abnormality diagnosis to determine the location and / or location of the abnormal device, and comparing it with the abnormal transmission power loss location by the temperature sensor, the abnormality installed in the transmission system based on the abnormality that matches both diagnosis It is a device that identifies and / or identifies the location of equipment. In addition, transmission loss of the transmission line can be determined on a regular basis, monitoring abnormal changes in the power output from the oscillation tube and abnormalities in the transmission system, and high-power millimeter-wave transmission equipped with an interlock signal output for device protection System abnormality diagnosis device.
上記最速受信波又は最大受信波は、伝送系の任意の場所に取り付けた加速度センサー(ここでは14箇所、図2及び3参照)からの信号で、最も早い時間に検知された信号を最速受信波動(t min)、最も大きい信号を最大受信波動(E max)である。 The fastest received wave or the maximum received wave is a signal from an acceleration sensor (14 here, see FIGS. 2 and 3) attached to an arbitrary place in the transmission system. The signal detected at the earliest time is the fastest received wave. (T min), the largest signal is the maximum received wave (E max).
本発明の高周波加熱装置における大電力ミリ波伝送系の異常診断装置は、伝送系を構成する、高周波コンポーネントのひとつである、ベンドや整合器の高周波ビーム反射板から得られる高周波損失による温度情報と加速度センサー(圧電素子)から得られる異常振動波により、伝送系の伝送効率や、異常場所の同定ができる特徴を有する。以下に特徴的な効果を示す。 The abnormality diagnosis device for a high-power millimeter-wave transmission system in the high-frequency heating device according to the present invention is one of the high-frequency components constituting the transmission system, and temperature information by high-frequency loss obtained from a high-frequency beam reflector of a bend or matching device. The abnormal vibration wave obtained from the acceleration sensor (piezoelectric element) has the feature that the transmission efficiency of the transmission system and the identification of the abnormal place can be identified. The characteristic effects are shown below.
(1)閾値を超えた異常振動波信号により、機器保護のためのインターロック信号が出力され、発振管の発振が停止される。 (1) An abnormal vibration wave signal exceeding the threshold value outputs an interlock signal for device protection, and the oscillation of the oscillation tube is stopped.
(2)正常伝送時の高周波電力損失と異常伝送時の高周波電力損失を比較、加えて異常振動波信号の最速受信波動と最大受信波動を選別、異常伝送による高周波電力損失箇所と合致することで、伝送系における異常個所を判定できる。 (2) By comparing the high-frequency power loss during normal transmission and high-frequency power loss during abnormal transmission, in addition, selecting the fastest received wave and the maximum received wave of the abnormal vibration wave signal, matching the high-frequency power loss due to abnormal transmission It is possible to determine an abnormal part in the transmission system.
(3)偏波、モードの異なる高周波伝送系の伝送効率が定常的に判定できる。 (3) The transmission efficiency of high-frequency transmission systems with different polarizations and modes can be steadily determined.
(4)ミリ波伝送系には不可欠なベンドに付属する反射板を利用することで、各種のベンドの利用が可能で、計測のための機器の追加や規定の伝送系機器構成を変更する必要がない。 (4) By using the reflector attached to the bend, which is indispensable for millimeter wave transmission systems, it is possible to use various bends, and it is necessary to add equipment for measurement and change the prescribed transmission system equipment configuration. There is no.
(5)特に立ち入り禁止区域や人間が近づけない狭い場所や高所でも異常診断ができる。 (5) Diagnosis of abnormalities can be made especially in restricted areas or narrow places where humans cannot approach.
(6)複雑で多くの高周波機器で構成された伝送距離の長い伝送路において効果を発揮する。 (6) It is effective in transmission lines with long transmission distances that are complex and composed of many high-frequency devices.
(7)高周波ビーム反射板を断熱構造にして、さらに形状、材料を統一することで、高精度の高周波損失測定が可能である。 (7) High-frequency high-frequency loss measurement is possible by making the high-frequency beam reflector a heat-insulating structure and unifying the shape and material.
(8)高周波ビーム反射板に熱伝達に優れたシート状の電気ヒーターを付属して変換係数較正することで、比熱容量の異なるそれぞれの各ベンド部の高周波損失が算出できる。 (8) By attaching a sheet-like electric heater excellent in heat transfer to the high-frequency beam reflector and calibrating the conversion coefficient, it is possible to calculate the high-frequency loss of each bend portion having a different specific heat capacity.
上記変換係数較正とはつぎの意味である。本異常診断装置では高周波コンポーネントのひとつであるベンド部の反射板や整合器反射板を使って、高周波ビームによる発熱を計測して異常診断するため、発生した熱から高周波損失を算出する変換係数が重要である。この反射板は導波管や他の固定持具と接続されており、伝送系各所に設置されている反射板の熱容量はそれぞれ異なるため、それぞれ全ての反射板部の較正が必要となる。そこで、本発明の装置では各反射板に伝達電力が明確なシート状の電気ヒーターを付属することで、通電した電圧と電流から反射板に供給した電力が判り、この時反射板の上昇温度を測定することで、供給電力と上昇温度の関係が判り、この変換係数の較正値により、高周波が反射板を通過した時の温度上昇から高周波損失の演算を行う。この高周波損失の演算に必要な操作が変換係数較正である。 The conversion coefficient calibration has the following meaning. This abnormality diagnosis device uses a reflector at the bend and a matching unit reflector, which is one of the high-frequency components, to measure the heat generated by the high-frequency beam and diagnose the abnormality. Therefore, there is a conversion coefficient for calculating the high-frequency loss from the generated heat. is important. Since this reflector is connected to a waveguide or other fixed fixture, and the heat capacities of the reflectors installed in various parts of the transmission system are different, calibration of all the reflectors is required. Therefore, in the apparatus of the present invention, by attaching a sheet-like electric heater with clear transmission power to each reflector, the power supplied to the reflector can be determined from the energized voltage and current, and the rising temperature of the reflector at this time is determined. By measuring, the relationship between the supplied power and the rising temperature is known, and the high frequency loss is calculated from the temperature rise when the high frequency passes through the reflector by using the calibration value of the conversion coefficient. The operation necessary for the calculation of the high frequency loss is the conversion coefficient calibration.
また、ベンド等で一定の構造や形状、材質の反射板の使用が可能であれば、断熱構造にすることで各ベンドでの温度差が高周波損失に比例する。このように反射板を統一することにより高周波損失計測精度が向上する利点がある。ただし、MW級の大電力伝送で時間が長い場合には、断熱構造では反射板の発熱が大きくなる場合があり、除熱構造が余儀なくされ、反射板を含めたベンドと導波管、固定持具を一体でそれぞれの場所で比熱較正して各部の損失を算出する。 If a reflector having a certain structure, shape, and material can be used with a bend or the like, the temperature difference in each bend is proportional to the high-frequency loss by using a heat insulating structure. By unifying the reflectors in this way, there is an advantage that the high-frequency loss measurement accuracy is improved. However, if the time is long for MW-class high-power transmission, the heat-insulating structure may increase the heat generation of the reflector, necessitating a heat removal structure, and the bend and waveguide including the reflector, the fixed holding The loss of each part is calculated by calibrating the specific heat at each location.
核融合実験装置における代表的なミリ波帯高周波加熱装置では、発振器からプラズマを生成する真空容器まで約50〜100m、伝送電力は約1MW、1〜30秒程度、伝送系のコンポーネント数は1系統に約20程度で構成される。導波管の直径は約3〜6cmで真空排気(10-3Pa以下)され、伝送路での放電等の異常を軽減する処置がされている。高周波加熱装置における大電力ミリ波伝送系の高周波損失は約50mで約10〜20%以下を目標に設計されており、導波管直径が約3cmベンドでの高周波損失は約1%の損失が生じる。 A typical millimeter-wave high-frequency heating device in a fusion experimental device is about 50-100m from the oscillator to the vacuum vessel that generates plasma, the transmission power is about 1MW, about 1-30 seconds, and the number of components in the transmission system is one system. It is composed of about 20 pieces. The diameter of the waveguide is evacuated at about 3~6cm (10 -3 P a or less), it has been treated to reduce the abnormal discharge or the like in the transmission path. The high-frequency loss of the high-power millimeter-wave transmission system in the high-frequency heating device is designed to be about 10-20% or less at about 50 m, and the high-frequency loss is about 1% when the waveguide diameter is about 3 cm bend. Arise.
ここで、本異常診断装置に求められる最良の形態は、高周波損失を検出する高周波ビーム反射板と異常振動波を検出する加速度センサーを長い伝送系内にバランス良く配置することであるが、不バランスの配置であっても所定の性能を維持するため、各部の異常振動波から最大受信波動順位1〜3および最速受信波動順位1〜3を選別して、各部の反射板で損失した高周波電力を演算し、正常状態の損失と比較することで異常個所を同定できる異常診断装置である。
Here, the best mode required for this abnormality diagnosis apparatus is to arrange a high-frequency beam reflector for detecting high-frequency loss and an acceleration sensor for detecting abnormal vibration waves in a well-balanced manner in a long transmission system. In order to maintain the specified performance even in the arrangement of the above, the highest received
本発明の実施例を図1、図2、図3により説明する。図1は、大電力ミリ波高周波加熱装置の代表的な伝送系に異常診断装置を実装した実施例を示す。主構成要素は、図1に示される高周波ビーム反射板1〜6、各反射板における高周波損失を計測する熱電対9a〜9f、異常振動波を検出する圧電素子10a〜10q、図3に示される異常振動波を増幅、補正して最速受信波動と最大受信波動を選別する信号選別制御器25、インターロック信号出力と異常位置の判定表示をする異常出力制御表示器26、及び反射板の温度変化を高周波損失量に変換して、正常時と異常時の損失変化を比較表示する計測演算制御表示器27から構成される。大電力ミリ波の伝送系には、高周波ビームの方向を変換するための反射板が数多く使用されており、本実施例では伝送系設備の6個の反射板を使用した異常診断装置を示した。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1, FIG. 2, and FIG. FIG. 1 shows an embodiment in which an abnormality diagnosis device is mounted on a typical transmission system of a high-power millimeter-wave high-frequency heating device. The main components are the high-
高周波を伝送する通路には、数多くの高周波機器が配置されており、発振管11から出力された大電力ミリ波は、発振管の真空窓12を介して、高周波分布を整形して伝送系導波管に対応した高周波電界分布に整合する整合器14(平面反射板と凹面反射板2枚で構成)、そして真空導波管13a〜13g(内壁は損失を低減するためコルゲート状に加工されたものが一般的)に伝送される。ベンド15a〜15dには、反射板のみのものと、進行波、反射波を計測する方向性結合器付ベンドや真空窓のアーク放電光を検出する光ファイバーを内包したベンドがあり、偏波角や楕円度を調整する偏波変換器が接続されている。
Many high-frequency devices are arranged in the high-frequency transmission path, and the high-power millimeter wave output from the
また、伝送系は、導波管内を高真空に排気するための真空排気用特殊導波管16、反射板を可動させて高周波ビームを水平/垂直方向に方向転換できる導波管切換器17、伝送される高周波電力を測定するカロリーメーター型電力測定器18、核融合装置からのトリチウム等を真空的に遮断するトーラス真空窓19、高周波伝送路を核融合真空容器と高気密で真空遮断し、また開状態では高周波伝送損失を極力低下する構造を有する高周波真空ゲートバルブ20等の高周波機器から構成され、それぞれ特殊な機能を持つため、熱変形や真空度上昇等の異常で耐電力性能の劣化そして放電を誘発する異常を発生することが多い。
In addition, the transmission system is a
異常の検出は、伝送系に設置された反射板の高周波損失と伝送系の規定された位置に配置された圧電素子からの異常振動波を解析して実施される。図2,3より異常の発生が懸念される被測定物と異常検知用加速度センサー(放電等の微細な異常振動を検出する圧電素子1〜14)の位置関係は、被測定物及びその前後の導波管に等間隔(図2の1)に配置する。測定点の材質や質量等による伝達振動誤差を軽減するために、加速度センサーの配置場所は被測定物から同構造の導波管の外表面が適する。図3の異常振動波1〜14は絶縁増幅器、遅延補正器、レベル補正器を介して、信号選別制御器25により、最も信号レベルの大きい順位1〜3(E max:1〜3)、最も速く受信した信号順位1〜3(t min:1〜3)が選択される。なお、図2には、異常診断用検出器、その配置例、及びその配置箇所における発振管出力電力(P0)に対する伝送効率(Pa〜f)が示されている。
The detection of the abnormality is performed by analyzing the high frequency loss of the reflector installed in the transmission system and the abnormal vibration wave from the piezoelectric element arranged at the specified position of the transmission system. 2 and 3, the positional relationship between the object to be measured and the acceleration sensor for detecting abnormality (
また、圧電素子1〜4からの異常振動波に基づく保護インターロック信号はOR回路、閾値設定回路を通して出力される。各部(圧電素子1〜14の位置)の振動波は、異常のない定常状態で基準信号を与え、絶縁増幅器、遅延補正器、レベル補正器により調整され、信号選別制御器25への入力信号を統一する。
Further, a protective interlock signal based on an abnormal vibration wave from the
また、被測定物として高周波反射板付の異なった数種類のベンドを想定して、それぞれに高周波損失による発熱を熱電対a〜fにより検出する。可能であれば反射板のみ熱絶縁し、同形状、同材質で統一した反射板の使用が可能であれば、より較正が容易で精度の高い高周波損失測定が可能になる。しかし、現実にはそれぞれの用途に適合したベンドに組み入れた反射板を使用している装置が一般であり、本異常診断装置では、既設の装置を改造なしに使用できる異常診断機能を有する装置とした。高周波ビーム反射板で、熱に変換された高周波電力を温度計で測定し、測定温度に対して予め決められた関係から高周波電力を見出し、正常伝送時の損失と異常伝送時の損失を比較、加えて異常振動波信号の最速受信波動と最大受信波動を選別、異常伝送損失箇所と合致することで、伝送系における異常を診断、また異常機器の選別や場所を特定する。反射板での高周波損失を算出するために、伝達電力が明確なシート状の電気ヒーターを用い較正を実施する。 Further, assuming several different types of bends with high-frequency reflectors as objects to be measured, heat generation due to high-frequency loss is detected by thermocouples a to f, respectively. If possible, only the reflector is thermally insulated, and if a reflector with the same shape and the same material can be used, calibration can be performed easily and high-frequency loss can be measured with high accuracy. However, in reality, a device that uses a reflector incorporated in a bend suitable for each application is generally used, and this abnormality diagnosis device is a device having an abnormality diagnosis function that allows an existing device to be used without modification. did. Measure the high frequency power converted into heat with a high frequency beam reflector, with a thermometer, find the high frequency power from a predetermined relationship with the measured temperature, compare the loss during normal transmission and the loss during abnormal transmission, In addition, the fastest received wave and the maximum received wave of the abnormal vibration wave signal are selected and matched with the abnormal transmission loss location, thereby diagnosing abnormalities in the transmission system and selecting the abnormal equipment and specifying the location. In order to calculate the high-frequency loss in the reflector, calibration is performed using a sheet-like electric heater with clear transmission power.
次式により、各反射板の各時間変化における熱容量Ci、単位時間当りの反射板の温度変化 dTi /dt と熱伝達係数αi を評価する。(i : 各部の反射板 a,b,c…f) The heat capacity C i for each time change of each reflector, the temperature change dT i / dt of the reflector per unit time, and the heat transfer coefficient α i are evaluated by the following equations. (I: Reflector a, b, c ... f of each part)
電気ヒーターでの較正結果をもとに、データー演算器で各反射板部での高周波損失P iを評価する。また、反射板が熱絶縁されたものは、αi( T i - T∞ i )の項が削除され、単純な較正により評価できる。 Based on the calibration result in an electric heater, to evaluate the high-frequency loss P i at each reflector unit in data computing unit. In addition, when the reflector is thermally insulated, the term α i (T i −T ∞ i ) is deleted, and evaluation can be performed by simple calibration.
被測定物1〜6点における伝送効率は、発振電力P0とa〜f点での損失電力の比Pi / P0で求めることができる。伝送系内のいずれかの場所で放電等の異常が生じると、異常個所では高周波損失が増大し、異常個所以降の伝送路は定常状態より伝送電力が減少する状態が生じるため、異常個所の判定ができる。判定基準は、発振電力が安定して一定の場合は、正常状態(Pi0)と異常状態(Pi)の各反射板(a〜f)での損失比Pi / Pi0 、正常状態と異常状態の発振電力が異なる場合は発振電力(P00,P0)で補正した損失比
本高周波加熱装置におけるミリ波伝送系の異常診断装置は、異常の発生確率の高い伝送系機器とその前後の導波管に圧電素子を装着して、異常振動波を検出、各部の異常振動波から最大受信波動および最速受信波動を選別する。加えて、伝送系の高周波ミラーで損失する高周波電力を計測して、正常状態の損失と異常状態の損失を比較することで異常個所を同定する。さらに、本装置では伝送路の伝送効率が定常的に判定でき、大電力ミリ波の発振異常や伝送系内の異常を監視また、機器保護用インターロック信号の出力を装備した装置である。 The abnormality diagnosis device for millimeter-wave transmission systems in this high-frequency heating device detects abnormal vibration waves by attaching a piezoelectric element to the transmission system equipment with high probability of abnormality and the waveguides before and after that, and abnormal vibration waves at each part To select the maximum received wave and the fastest received wave. In addition, the high frequency power lost by the high frequency mirror of the transmission system is measured, and the abnormal part is identified by comparing the loss in the normal state and the loss in the abnormal state. Furthermore, this device is a device that can constantly determine the transmission efficiency of a transmission line, monitors abnormal oscillations in a high power millimeter wave and abnormalities in the transmission system, and is equipped with an output of an interlock signal for device protection.
本発明の大電力ミリ波伝送系の異常診断装置は、核融合装置、大型加速器装置、大電力ミリ波を利用した産業、導波管と高周波ビーム反射板が設置された伝送系で構成された高周波伝送設備において使用することができる。 The abnormality diagnosis device for a high power millimeter wave transmission system of the present invention is composed of a fusion device, a large accelerator device, an industry using a high power millimeter wave, a transmission system in which a waveguide and a high-frequency beam reflector are installed. It can be used in high-frequency transmission equipment.
1・・・高周波ビーム反射板1
2・・・高周波ビーム反射板2
3・・・高周波ビーム反射板3
4・・・高周波ビーム反射板4
5・・・高周波ビーム反射板5
6・・・高周波ビーム反射板6
7・・・高周波ビーム反射板7
8・・・高周波ビーム反射板8
9a〜9f・・・熱電対
10a〜10q・・・圧電素子
11・・・発振管
12・・・発振管真空窓
13a〜13g・・・導波管
14・・・整合器
15a〜15d・・・90°ベンド
16・・・真空排気用導波管
17・・・導波管切替器
18・・・電力測定器
19・・・トーラス真空窓
20・・・高周波真空ゲートバルブ
21・・・プラズマ生成用真空容器
22・・・プラズマ
23・・・高周波ビーム
24・・・真空排気装置
25・・・信号選別制御器
26・・・異常出力制御表示器
27・・・計測演算制御表示器
1 ... High-
2 ... High-frequency beam reflector 2
3 ... High-frequency beam reflector 3
4 ... High-frequency beam reflector 4
5 ... High-
6 ... High-
7 ... High-frequency beam reflector 7
8 ... High-frequency beam reflector 8
9a ~ 9f ... Thermocouple
10a ~ 10q ・ ・ ・ Piezoelectric element
11 ... Oscillator tube
12 ... Oscillator tube vacuum window
13a ~ 13g ・ ・ ・ Waveguide
14 ... matching unit
15a-15d ... 90 ° bend
16 ... Vacuum waveguide for evacuation
17 ... Waveguide switch
18 ... Power meter
19 ... Torus vacuum window
20 ... High frequency vacuum gate valve
21 ... Vacuum container for plasma generation
22 ... Plasma
23 ・ ・ ・ High frequency beam
24 ... Vacuum exhaust system
25 ... Signal selection controller
26: Abnormal output control indicator
27 ・ ・ ・ Measurement calculation control display
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