一种航天器舱外辐射剂量测量装置制造方法
【专利摘要】本发明属于空间辐射效应及加固【技术领域】，具体涉及一种航天器舱外辐射剂量测量装置。包括剂量传感器、恒流源、电压跟随器、模数转换器、微控制器、存储器、上位机；该测量装置能够实现空间宽范围、高剂量的辐射剂量测量，为进一步实现空间辐射剂量测量提供了一种通用性的方法，高剂量、高精度测量，可为航天器防护设计提供有力支持，同时能够满足航天器工程的发展需求。
【专利说明】一种航天器舱外辐射剂量测量装置
【技术领域】
[0001]本发明属于空间辐射效应及加固【技术领域】，具体涉及一种航天器舱外辐射剂量测
量装置。
【背景技术】
[0002]运行在空间辐射环境中的航天器，带电粒子与航天器表面的材料和器件相互作用引起电离总剂量效应，导致材料和器件出现性能下降，甚至功能异常，严重的会引起航天器任务失败。
[0003]近年来，随着航天技术的不断发展，不仅在轨运行的航天器数量增多，而且轨道空间也不断向外扩展。与以往航天器相比，其遭遇的空间环境更加恶劣，如运行在地球同步轨道的导航卫星，由于电子通量大，累积的辐射剂量也会很大，航天器的电离总剂量辐射危害也将更加严重。因此，为了能够准确地获知航天器运行轨道的辐射环境对航天器的辐射危害以及航天器在不同轨道位置遭受的辐射剂量，需要实时测量辐射剂量，也能为空间辐射环境的数据库提供数据支撑。另外，“十二五”及其以后，随着航天器在轨寿命的不断增长，使得其累计的辐射剂量也将比以往航天器遭受的剂量要大很多，如航天器在轨飞行15年，航天器舱外的辐射剂量能达到108-109rad(Si)，即使经过屏蔽处理后的辐射剂量都能达到107rad(Si)，如此大剂量的电离辐射对器件和材料防护提出了更高需求。同时，从航天器工程应用角度出发，需要获取长时间飞行的累积辐射剂量，以便为后续航天器的辐射屏蔽提供数据支持。因此，为了满足航天器长寿命运行的需求，设计了一种适用于航天器舱外的大剂量测试装置，该装置具有高剂量测量(可达到3X107rad(Si))、高测量精度(ImV/rad (Si))、测量范围宽的特点，能为航天器在轨管理提供支持，同时为航天器辐射防护设计提供工程参考。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种航天器舱外辐射剂量测量装置，该装置能够满足空间大剂量的辐射防护需求，具有动态范围宽、精度高的特点，可实现不同轨道环境的空间辐射剂量，能够满足航天器的防护工程需求，同时也能进一步指导辐射剂量地面试验方法。
[0005]为了实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种航天器舱外辐射剂量测量装置，包括剂量传感器、恒流源、电压跟随器、模数转换器、微控制器、存储器、上位机；
[0006]其连接关系在于:所述剂量传感器的一端与所述恒流源相连，所述剂量传感器的另一端接地，所述电压跟随器的一端与所述剂量传感器和恒流源的连接点相连，所述电压跟随器的另一端与所述模数转换器相连，所述模数转换器还与所述微控制器相连，所述微控制器还与所述存储器和上位机相连；
[0007]所述剂量传感器用于接收电离辐照，并将其转化为阈值电压模拟信号，所述恒流源对所述阈值电压模拟信号进行恒定电流处理；[0008]所述剂量传感器将经过所述恒流源处理的阈值电压模拟信号发送至所述电压跟随器；
[0009]所述电压跟随器将用于接收所述剂量传感器传送恒流源处理阈值电压模拟信号，并对该信号进行阻抗变换后，发送至所述模数转换器；
[0010]所述数模转换器接收阻抗变换后的模拟信号，将其转换为数字信号并发送至所述微控制器；
[0011]所述微处理器接收所述上位机的读数指令，为所述模数转换器提供转换指令，同时接收所述数字信号，并将其发送至所述存储器和上位机；
[0012]所述存储器用于存储所述数字信号；
[0013]所述上位机用于显示和存储所述数字信号。
[0014]还包括供电系统，所述供电系统与所述微处理器相连。
[0015]所述恒流源选取490 μ A。
[0016]所述微控制器通过RS485/RS232与所述上位机相连。
[0017]本发明的优点和有益效果在于:
[0018]一、能够实现空间宽范围、高剂量的辐射剂量测量，为进一步实现空间辐射剂量测量提供了一种通用性的方法，高剂量、高精度测量，可为航天器防护设计提供有力支持，同时能够满足航天器工程的发展需求。所述恒流源设计是整个装置的关键所在，其直接决定了装置的测量精度。通过精密反馈实现的恒流源，纹波小，测量精度高。所述剂量传感器的设计，使得测量精度最大，同时使得传感器温度系数最小。
[0019]二、由于还包括供电系统，所述供电系统与所述微处理器相连。用于为所述微处理器供电。
[0020]三、由于所述恒流源选取490 μ Α。可以使温度对测量精度的影响忽略，使其测量精度也能达到mV量级。
[0021]四、由于所述微控制器通过RS485/RS232与所述上位机相连。可以确保信号的稳定。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本发明的示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和实施例对本发明的【具体实施方式】作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0024]如图1所示，本发明具体实施的技术方案是:一种航天器舱外辐射剂量测量装置，包括剂量传感器、恒流源、电压跟随器、模数转换器、微控制器、存储器、上位机；
[0025]其连接关系在于:所述剂量传感器的一端与所述恒流源相连，所述剂量传感器的另一端接地，所述电压跟随器的一端与所述剂量传感器和恒流源的连接点相连，所述电压跟随器的另一端与所述模数转换器相连，所述模数转换器还与所述微控制器相连，所述微控制器还与所述存储器和上位机相连；
[0026]所述剂量传感器用于接收电离辐照，并将其转化为阈值电压模拟信号，所述恒流源对所述阈值电压模拟信号进行恒定电流处理；
[0027]所述剂量传感器将经过所述恒流源处理的阈值电压模拟信号发送至所述电压跟随器；
[0028]所述电压跟随器将用于接收所述剂量传感器传送恒流源处理阈值电压模拟信号，并对该信号进行阻抗变换后，发送至所述模数转换器；
[0029]所述数模转换器接收阻抗变换后的模拟信号，将其转换为数字信号并发送至所述微控制器；
[0030]所述微处理器接收所述上位机的读数指令，为所述模数转换器提供转换指令，同时接收所述数字信号，并将其发送至所述存储器和上位机；
[0031 ] 所述存储器用于存储所述数字信号；
[0032]所述上位机用于显示和存储所述数字信号。
[0033]还包括供电系统，所述供电系统与所述微处理器相连。
[0034]所述恒流源选取490 ii A。
[0035]所述微控制器通过RS485/RS232与所述上位机相连。
[0036]所述上位机为测控计算机。
[0037]在测量空间环境的辐射剂量时，测量装置分辐照模式和数据读出模式两个工作模式。首先将本发明的辐射剂量测量装置置于被测环境中，然后系统上电初始化，进而进行辐射剂量测量。具体过程如下:
[0038]①参数初始化。
[0039]②将剂量读出部分置于被测辐射环境中，系统处在辐照模式下，此时，剂量传感器的栅极、源极合为一端接地线，漏极和衬底合为一端也接地线。
[0040]③辐照一定时间后(此时间间隔可调)，微控制器发出控制指令，使测试系统处于数据读出模式下，此时，剂量传感器的栅极和漏极的一端仍然接地线，而源极和衬底的这一端接入恒流源，使得剂量传感器的漏源之间流经恒定的电流。在微控制器的采集指令下，电压跟随器将剂量传感器源极电压等值传输到模数转换器，获取数据后，剂量传感器的源极和衬底一端又接地线，等待下次采集数据。
[0041]④在微控制器的指令下，模数转换器将采集到的模拟信号转换成数字信号，并传输到微控制器进行处理。
[0042]⑤将处理后的数字信号，经由串口总线RS485/RS232上传至上位机，进行图形化显示和存储。
[0043]⑥经由上述步骤完成一次数据采集和处理，再经累积辐照一定时间间隔后，重复步骤③、④、⑤，直至达到试验要求的剂量范围，试验结束。
[0044]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种航天器舱外辐射剂量测量装置，包括剂量传感器、恒流源、电压跟随器、模数转换器、微控制器、存储器、上位机； 其特征在于:所述剂量传感器的一端与所述恒流源相连，所述剂量传感器的另一端接地，所述电压跟随器的一端与所述剂量传感器和恒流源的连接点相连，所述电压跟随器的另一端与所述模数转换器相连，所述模数转换器还与所述微控制器相连，所述微控制器还与所述存储器和上位机相连； 所述剂量传感器用于接收电离辐照，并将其转化为阈值电压模拟信号，所述恒流源对所述阈值电压模拟信号进行恒定电流处理； 所述剂量传感器将经过所述恒流源处理的阈值电压模拟信号发送至所述电压跟随器； 所述电压跟随器将用于接收所述剂量传感器传送恒流源处理阈值电压模拟信号，并对该信号进行阻抗变换后，发送至所述模数转换器； 所述数模转换器接收阻抗变换后的模拟信号，将其转换为数字信号并发送至所述微控制器； 所述微处理器接收所述上位机的读数指令，为所述模数转换器提供转换指令，同时接收所述数字信号，并将其发送至所述存储器和上位机； 所述存储器用于存储所述数字信号； 所述上位机用于显示和存储所述数字信号。
2.根据权利要求1所述的一种航天器舱外辐射剂量测量装置，其特征在于:还包括供电系统，所述供电系统与所述微处理器相连。
3.根据权利要求1或2所述的一种航天器舱外辐射剂量测量装置，其特征在于:所述恒流源选取490 PA。
4.根据权利要求1或2所述的一种航天器舱外辐射剂量测量装置，其特征在于:所述微控制器通过RS485/RS232与所述上位机相连。
【文档编号】G01T1/142GK103698796SQ201310625130
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年11月28日 优先权日:2013年11月28日
【发明者】安恒, 薛玉雄, 杨生胜, 把得东, 马亚莉, 汤道坦, 柳青 申请人:兰州空间技术物理研究所