一种用于光敏三级管空间位移效应检测方法与流程

本发明属于微电子技术领域、抗辐射加固技术领域，涉及光电器件位移效应损伤效应，特别是涉及一种用于光敏三级管空间位移效应检测方法。

背景技术：

发光二级管与光敏三极管是光电编码器的重要器件。光电编码器工作原理是利用发光二极管和光敏三极管及相应电路，进行光电转换，通过莫尔条纹技术，将一对光栅对形成的莫尔条纹，转换成电信号。当动、静光栅相对运动时，莫尔条纹明暗变化，光电转换元件将交替变化的光信号转换成交替变化的电信号，并以数字代码形式输出。目前，宇航型号大量产品通过光电编码器实现高精度角度或速度测量。光敏三极管的主要功能是接收发光二极管的光强转化为电信号，工作原理如图1所示，包含光学、电学过程，位移效应是光敏三极管遭遇的主要空间辐射效应，国内一些中低轨卫星特别是长期穿越范艾伦带的卫星，光敏三极管位移损伤效应表现非常明显，直接影响了光电编码器正常输出。对光敏三极管位移效应试验方法的不熟悉，是制约对光敏三极管辐射损伤机理和加固设计的主要因素。研究光敏三极管位移效应试验方法，对光电器件抗位移效应能力的评估技术和试验标准的建立具有重要的指导作用，对光电器件在长寿命航天器上的高可靠应用具有至关重要的作用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于光敏三极管位移效应检测的装置及检测方法，该装置和检测方法能够在线实时检测光敏三极管的输出电流，实现准确识别、判断、光敏三极管在高能质子辐照下输出电流的变化趋势和在特定工作电路下的失效阈值，研究光敏三极管输出与工作电流、加固措施之间的关系。

一种用于光敏三级管空间位移效应检测方法，其特征在于，包括步骤：步骤1：将辐照电路单元送入位于质子加速器束流出口处；其中，辐照电路单元包括：光电转换单元、电压采集单元、偏置电路以及至少两个光敏三级管；步骤2：加工作电压对辐照电路单元进行辐照前通电测试，确保其能正常工作；步骤3：开始质子辐照试验，试验过程中通过路径选通切换单元实时记录采样电压；步骤4：改变试验条件，测试光敏三级管质子辐射下的测试数据。

优选地，所述路径选通切换单元包括通道切换单元、程控电源以及六位半数字电压表；

其中，通道切换单元用于切换所述辐照电路单元中的光敏三极管；程控电源用于对所述辐照电路单元加点；六位半数字电压表用于测量光敏三极管的电压。

优选地，所述改变试验条件包括采用不同偏置电路。

优选地，所述不同偏置电路包括电平检测电路与差分检测电路。

优选地，所述改变试验条件包括采用不同屏蔽加固方式。

优选地，所述不同屏蔽加固方式包括金属屏蔽、金属与非金属混合屏蔽。

优选地，所述改变试验条件包括采用不同能量的质子。

附图说明

图1为光敏三极管光电转换示意图；

图2为本发明光敏三极管位移效应在线检测系统框图；

图3为本发明光敏三极管位移效应试验研究项目与流程图；

图4为本发明的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种用于光敏三级管空间位移效应检测方法，其特征在于，包括步骤：步骤1：将辐照电路单元送入位于质子加速器束流出口处；其中，辐照电路单元包括：光电转换单元、电压采集单元、偏置电路以及至少两个光敏三级管；步骤2：加工作电压对辐照电路单元进行辐照前通电测试，确保其能正常工作；步骤3：开始质子辐照试验，试验过程中通过路径选通切换单元实时记录采样电压；步骤4：改变试验条件，测试光敏三级管质子辐射下的测试数据。

根据本发明的一个实施例，所述路径选通切换单元包括通道切换单元、程控电源以及六位半数字电压表；

其中，通道切换单元用于切换所述辐照电路单元中的光敏三极管；程控电源用于对所述辐照电路单元加点；六位半数字电压表用于测量光敏三极管的电压。

根据本发明的一个实施例，所述改变试验条件包括采用不同偏置电路。

根据本发明的一个实施例，所述不同偏置电路包括电平检测电路与差分检测电路。

根据本发明的一个实施例，所述改变试验条件包括采用不同屏蔽加固方式。

根据本发明的一个实施例，所述不同屏蔽加固方式包括金属屏蔽、金属与非金属混合屏蔽。

根据本发明的一个实施例，所述改变试验条件包括采用不同能量的质子。

下面，结合图1-图4，对本发明的方法进行说明。

首先，本发明的方法可以在图2所示的装置实现。如图2所示，一种用于光敏三级管空间位移效应检测装置，其特征在于，包括：

主控计算机，所述主控计算机与远程控制计算机通讯，获取光敏三极管电压的实时采集信息并储存；以及用于光敏三极管的工作状态遥测显示；并根据所述光敏三极管的工作状态遥测显示进行光敏三级管位移辐射损伤的损伤判别；

远程控制计算机，所述远程控制计算接收所述主控计算机的指令，所述指令用于控制路径选通切换单元；

所述路径选通切换单元用于实现光敏三极管的在线重启加断电以及光敏三极管的数据采集切换；

辐照单元，所述辐照单元位于质子加速器束流出口处，用于实现样本供电、发光二极管与光敏三极管光电转换、光敏三极管输出电流采样；并将采样信息传输至所述远程控制计算机。

其中，所述主控计算机与所述远程控制计算机间的通信采用无线传输。

其中，所述主控计算机与所述远程控制计算机间的通信采用路由器。

其中，所述路径选通切换单元包括通道切换单元、程控电源；所述通道切换单元用于光敏三极管的数据采集切换；所述程控电源用于光敏三极管的在线重启加断电。

其中，所述路径选通切换单元还包括六位半数字电压表，用于实时在线监测光敏三极管输出电压。

根据器件工艺结构与材料特性，采用不同能量的质子开展试验。光敏三级管位移效应产生的性能退化主要表现为输出电流逐渐变小，在后端应用电路不同时，这种电流的变化会体现出不同的影响。设计不同类型的后端应用电路和偏置电路，如电平检测电路、差分检测电路或者是仅仅改变光敏三极管在同一种电路中的额定工作电流等，观察样本的直接输出(采样电压)，分析这些不同电路的响应，进行比对分析，发现光敏三级管位移效应的失效规律、影响因素、最佳加固方法，研究光敏三级管自身的抗位移效应性能和卫星产品的最佳加固方法。

图3给出了重离子辐照试验研究项目与流程图。质子辐照试验分别在北京大学物理学院串列加速器和中国原子能科学研究院的回旋加速器上进行。为了获得光敏三级管位移效应规律和不同偏置电路、屏蔽加固方式的输出特性差异，选取了10mev、30mev、50mev三种粒子能量；电平检测与差分检测两种偏置电路；金属屏蔽与金属加非金属“三明治”屏蔽两种方式。

将不同状态样本组合置于辐射单元内，安装、调试检测设备；辐照前，进行样本的初值测试，确保试验样品能够正常工作；确定系统正常后将样本及配套电路送入辐照室；加工作电压进行辐照前通电测试，确保供电电源和时序准确无误，光敏三级管输出电压正常。此后开始质子辐照试验，试验过程中实时记录采样电压，以判别；改变入射质子能量、器件偏置、屏蔽加固状态，研究光敏三级管质子辐射下，产生的非位移能损规律、次级粒子的影响、位移辐射效应规律等。

本发明有益效果为：

光敏三级管为一种微体积器件，仅有米粒大小，本发明实现了对光敏三极管屏蔽加固状态下位移损伤效应的验证。本发明实现了在线实时测试光敏三极管输出电流，并通过远程控制设计，实现不同样本之间的切换，提高试验的安全性和连续性。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。