一種航天器艙外輻射劑量測(cè)量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于空間輻射效應(yīng)及加固【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種航天器艙外輻射劑量測(cè)量裝置。包括劑量傳感器、恒流源、電壓跟隨器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微控制器、存儲(chǔ)器、上位機(jī)；該測(cè)量裝置能夠?qū)崿F(xiàn)空間寬范圍、高劑量的輻射劑量測(cè)量，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)空間輻射劑量測(cè)量提供了一種通用性的方法，高劑量、高精度測(cè)量，可為航天器防護(hù)設(shè)計(jì)提供有力支持，同時(shí)能夠滿足航天器工程的發(fā)展需求。
【專利說(shuō)明】一種航天器艙外輻射劑量測(cè)量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于空間輻射效應(yīng)及加固【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種航天器艙外輻射劑量測(cè)
量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]運(yùn)行在空間輻射環(huán)境中的航天器，帶電粒子與航天器表面的材料和器件相互作用引起電離總劑量效應(yīng)，導(dǎo)致材料和器件出現(xiàn)性能下降，甚至功能異常，嚴(yán)重的會(huì)引起航天器任務(wù)失敗。
[0003]近年來(lái)，隨著航天技術(shù)的不斷發(fā)展，不僅在軌運(yùn)行的航天器數(shù)量增多，而且軌道空間也不斷向外擴(kuò)展。與以往航天器相比，其遭遇的空間環(huán)境更加惡劣，如運(yùn)行在地球同步軌道的導(dǎo)航衛(wèi)星，由于電子通量大，累積的輻射劑量也會(huì)很大，航天器的電離總劑量輻射危害也將更加嚴(yán)重。因此，為了能夠準(zhǔn)確地獲知航天器運(yùn)行軌道的輻射環(huán)境對(duì)航天器的輻射危害以及航天器在不同軌道位置遭受的輻射劑量，需要實(shí)時(shí)測(cè)量輻射劑量，也能為空間輻射環(huán)境的數(shù)據(jù)庫(kù)提供數(shù)據(jù)支撐。另外，“十二五”及其以后，隨著航天器在軌壽命的不斷增長(zhǎng)，使得其累計(jì)的輻射劑量也將比以往航天器遭受的劑量要大很多，如航天器在軌飛行15年，航天器艙外的輻射劑量能達(dá)到108-109rad(Si)，即使經(jīng)過(guò)屏蔽處理后的輻射劑量都能達(dá)到107rad(Si)，如此大劑量的電離輻射對(duì)器件和材料防護(hù)提出了更高需求。同時(shí)，從航天器工程應(yīng)用角度出發(fā)，需要獲取長(zhǎng)時(shí)間飛行的累積輻射劑量，以便為后續(xù)航天器的輻射屏蔽提供數(shù)據(jù)支持。因此，為了滿足航天器長(zhǎng)壽命運(yùn)行的需求，設(shè)計(jì)了一種適用于航天器艙外的大劑量測(cè)試裝置，該裝置具有高劑量測(cè)量(可達(dá)到3X107rad(Si))、高測(cè)量精度(ImV/rad (Si))、測(cè)量范圍寬的特點(diǎn)，能為航天器在軌管理提供支持，同時(shí)為航天器輻射防護(hù)設(shè)計(jì)提供工程參考。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種航天器艙外輻射劑量測(cè)量裝置，該裝置能夠滿足空間大劑量的輻射防護(hù)需求，具有動(dòng)態(tài)范圍寬、精度高的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)不同軌道環(huán)境的空間輻射劑量，能夠滿足航天器的防護(hù)工程需求，同時(shí)也能進(jìn)一步指導(dǎo)輻射劑量地面試驗(yàn)方法。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種航天器艙外輻射劑量測(cè)量裝置，包括劑量傳感器、恒流源、電壓跟隨器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微控制器、存儲(chǔ)器、上位機(jī)；
[0006]其連接關(guān)系在于:所述劑量傳感器的一端與所述恒流源相連，所述劑量傳感器的另一端接地，所述電壓跟隨器的一端與所述劑量傳感器和恒流源的連接點(diǎn)相連，所述電壓跟隨器的另一端與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器還與所述微控制器相連，所述微控制器還與所述存儲(chǔ)器和上位機(jī)相連；
[0007]所述劑量傳感器用于接收電離輻照，并將其轉(zhuǎn)化為閾值電壓模擬信號(hào)，所述恒流源對(duì)所述閾值電壓模擬信號(hào)進(jìn)行恒定電流處理；[0008]所述劑量傳感器將經(jīng)過(guò)所述恒流源處理的閾值電壓模擬信號(hào)發(fā)送至所述電壓跟隨器；
[0009]所述電壓跟隨器將用于接收所述劑量傳感器傳送恒流源處理閾值電壓模擬信號(hào)，并對(duì)該信號(hào)進(jìn)行阻抗變換后，發(fā)送至所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器；
[0010]所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器接收阻抗變換后的模擬信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并發(fā)送至所述微控制器；
[0011]所述微處理器接收所述上位機(jī)的讀數(shù)指令，為所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供轉(zhuǎn)換指令，同時(shí)接收所述數(shù)字信號(hào)，并將其發(fā)送至所述存儲(chǔ)器和上位機(jī)；
[0012]所述存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)所述數(shù)字信號(hào)；
[0013]所述上位機(jī)用于顯示和存儲(chǔ)所述數(shù)字信號(hào)。
[0014]還包括供電系統(tǒng)，所述供電系統(tǒng)與所述微處理器相連。
[0015]所述恒流源選取490 μ A。
[0016]所述微控制器通過(guò)RS485/RS232與所述上位機(jī)相連。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果在于:
[0018]一、能夠?qū)崿F(xiàn)空間寬范圍、高劑量的輻射劑量測(cè)量，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)空間輻射劑量測(cè)量提供了一種通用性的方法，高劑量、高精度測(cè)量，可為航天器防護(hù)設(shè)計(jì)提供有力支持，同時(shí)能夠滿足航天器工程的發(fā)展需求。所述恒流源設(shè)計(jì)是整個(gè)裝置的關(guān)鍵所在，其直接決定了裝置的測(cè)量精度。通過(guò)精密反饋實(shí)現(xiàn)的恒流源，紋波小，測(cè)量精度高。所述劑量傳感器的設(shè)計(jì)，使得測(cè)量精度最大，同時(shí)使得傳感器溫度系數(shù)最小。
[0019]二、由于還包括供電系統(tǒng)，所述供電系統(tǒng)與所述微處理器相連。用于為所述微處理器供電。
[0020]三、由于所述恒流源選取490 μ Α。可以使溫度對(duì)測(cè)量精度的影響忽略，使其測(cè)量精度也能達(dá)到mV量級(jí)。
[0021]四、由于所述微控制器通過(guò)RS485/RS232與所述上位機(jī)相連。可以確保信號(hào)的穩(wěn)定。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本發(fā)明的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步描述，以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0024]如圖1所示，本發(fā)明具體實(shí)施的技術(shù)方案是:一種航天器艙外輻射劑量測(cè)量裝置，包括劑量傳感器、恒流源、電壓跟隨器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微控制器、存儲(chǔ)器、上位機(jī)；
[0025]其連接關(guān)系在于:所述劑量傳感器的一端與所述恒流源相連，所述劑量傳感器的另一端接地，所述電壓跟隨器的一端與所述劑量傳感器和恒流源的連接點(diǎn)相連，所述電壓跟隨器的另一端與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器還與所述微控制器相連，所述微控制器還與所述存儲(chǔ)器和上位機(jī)相連；
[0026]所述劑量傳感器用于接收電離輻照，并將其轉(zhuǎn)化為閾值電壓模擬信號(hào)，所述恒流源對(duì)所述閾值電壓模擬信號(hào)進(jìn)行恒定電流處理；
[0027]所述劑量傳感器將經(jīng)過(guò)所述恒流源處理的閾值電壓模擬信號(hào)發(fā)送至所述電壓跟隨器；
[0028]所述電壓跟隨器將用于接收所述劑量傳感器傳送恒流源處理閾值電壓模擬信號(hào)，并對(duì)該信號(hào)進(jìn)行阻抗變換后，發(fā)送至所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器；
[0029]所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器接收阻抗變換后的模擬信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并發(fā)送至所述微控制器；
[0030]所述微處理器接收所述上位機(jī)的讀數(shù)指令，為所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供轉(zhuǎn)換指令，同時(shí)接收所述數(shù)字信號(hào)，并將其發(fā)送至所述存儲(chǔ)器和上位機(jī)；
[0031 ] 所述存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)所述數(shù)字信號(hào)；
[0032]所述上位機(jī)用于顯示和存儲(chǔ)所述數(shù)字信號(hào)。
[0033]還包括供電系統(tǒng)，所述供電系統(tǒng)與所述微處理器相連。
[0034]所述恒流源選取490 ii A。
[0035]所述微控制器通過(guò)RS485/RS232與所述上位機(jī)相連。
[0036]所述上位機(jī)為測(cè)控計(jì)算機(jī)。
[0037]在測(cè)量空間環(huán)境的輻射劑量時(shí)，測(cè)量裝置分輻照模式和數(shù)據(jù)讀出模式兩個(gè)工作模式。首先將本發(fā)明的輻射劑量測(cè)量裝置置于被測(cè)環(huán)境中，然后系統(tǒng)上電初始化，進(jìn)而進(jìn)行輻射劑量測(cè)量。具體過(guò)程如下:
[0038]①參數(shù)初始化。
[0039]②將劑量讀出部分置于被測(cè)輻射環(huán)境中，系統(tǒng)處在輻照模式下，此時(shí)，劑量傳感器的柵極、源極合為一端接地線，漏極和襯底合為一端也接地線。
[0040]③輻照一定時(shí)間后(此時(shí)間間隔可調(diào))，微控制器發(fā)出控制指令，使測(cè)試系統(tǒng)處于數(shù)據(jù)讀出模式下，此時(shí)，劑量傳感器的柵極和漏極的一端仍然接地線，而源極和襯底的這一端接入恒流源，使得劑量傳感器的漏源之間流經(jīng)恒定的電流。在微控制器的采集指令下，電壓跟隨器將劑量傳感器源極電壓等值傳輸?shù)侥?shù)轉(zhuǎn)換器，獲取數(shù)據(jù)后，劑量傳感器的源極和襯底一端又接地線，等待下次采集數(shù)據(jù)。
[0041]④在微控制器的指令下，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并傳輸?shù)轿⒖刂破鬟M(jìn)行處理。
[0042]⑤將處理后的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)由串口總線RS485/RS232上傳至上位機(jī)，進(jìn)行圖形化顯示和存儲(chǔ)。
[0043]⑥經(jīng)由上述步驟完成一次數(shù)據(jù)采集和處理，再經(jīng)累積輻照一定時(shí)間間隔后，重復(fù)步驟③、④、⑤，直至達(dá)到試驗(yàn)要求的劑量范圍，試驗(yàn)結(jié)束。
[0044]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種航天器艙外輻射劑量測(cè)量裝置，包括劑量傳感器、恒流源、電壓跟隨器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微控制器、存儲(chǔ)器、上位機(jī)； 其特征在于:所述劑量傳感器的一端與所述恒流源相連，所述劑量傳感器的另一端接地，所述電壓跟隨器的一端與所述劑量傳感器和恒流源的連接點(diǎn)相連，所述電壓跟隨器的另一端與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器還與所述微控制器相連，所述微控制器還與所述存儲(chǔ)器和上位機(jī)相連； 所述劑量傳感器用于接收電離輻照，并將其轉(zhuǎn)化為閾值電壓模擬信號(hào)，所述恒流源對(duì)所述閾值電壓模擬信號(hào)進(jìn)行恒定電流處理； 所述劑量傳感器將經(jīng)過(guò)所述恒流源處理的閾值電壓模擬信號(hào)發(fā)送至所述電壓跟隨器； 所述電壓跟隨器將用于接收所述劑量傳感器傳送恒流源處理閾值電壓模擬信號(hào)，并對(duì)該信號(hào)進(jìn)行阻抗變換后，發(fā)送至所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器； 所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器接收阻抗變換后的模擬信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并發(fā)送至所述微控制器； 所述微處理器接收所述上位機(jī)的讀數(shù)指令，為所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供轉(zhuǎn)換指令，同時(shí)接收所述數(shù)字信號(hào)，并將其發(fā)送至所述存儲(chǔ)器和上位機(jī)； 所述存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)所述數(shù)字信號(hào)； 所述上位機(jī)用于顯示和存儲(chǔ)所述數(shù)字信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天器艙外輻射劑量測(cè)量裝置，其特征在于:還包括供電系統(tǒng)，所述供電系統(tǒng)與所述微處理器相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種航天器艙外輻射劑量測(cè)量裝置，其特征在于:所述恒流源選取490 PA。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種航天器艙外輻射劑量測(cè)量裝置，其特征在于:所述微控制器通過(guò)RS485/RS232與所述上位機(jī)相連。
【文檔編號(hào)】G01T1/142GK103698796SQ201310625130
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】安恒, 薛玉雄, 楊生勝, 把得東, 馬亞莉, 湯道坦, 柳青 申請(qǐng)人:蘭州空間技術(shù)物理研究所