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辐射环境中电子元器件的抗辐射性能对比实验系统和方法.pdf

  • 上传人：柴****2
  • 文档编号：4534437
  • 上传时间：2018-10-18
  • 格式：PDF
  • 页数：10
  • 大小：613.54KB
    • 摘要
    申请专利号：

    CN201410462151.9

    		 申请日：

    2014.09.11
    公开号：

    CN104251868A

    		 公开日：

    2014.12.31
    当前法律状态：

    实审

    		 有效性：

    审中
    法律详情：

    实质审查的生效IPC(主分类):G01N 23/00申请日:20140911|||公开
    IPC分类号：

    G01N23/00

    		 主分类号：

    G01N23/00
    申请人：

    上海大学
    发明人：

    罗均; 颜春明; 蒲华燕; 刘恒利; 张娟; 瞿栋; 马捷; 吴斌; 谢少荣
    地址：

    200444 上海市宝山区上大路99号
    优先权：

    专利代理机构：

    上海上大专利事务所(普通合伙) 31205

    		 代理人：

    何文欣
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    内容摘要

    本发明公开了一种在辐照环境中电子元器件的抗辐射性能对比实验系统和方法。本发明主要通过对比实验和每一支路单一变化量的思想实现，涉及对元件的实时监控和检测。系统主要包括测试和保护元件、内外连接线和外部监控三部分组成。本发明主要通过收集元件工作的回传参数进行结果对比分析，判断元器件的工作和损坏情况。这种方法可以有效地检测出元器件在辐射环境下的抗辐射性能，具有较强的操作性。

    权利要求书

    1.  一种核辐射环境中电子元器件的抗辐射性能对比实系统，包括实验测试系统，辅助实验系统和外部实时监测系统，其特征在于：
    实验测试系统包括工控机A（1）、CAN分析仪A（2）、传感器A，B,C（3,4,5）、电机A（6）、驱动器B（7）；
    辅助实验系统包括工控机B（8）、STM32（9）和其外接模块（10）、驱动器A（11）和电机B（12）；
    外部实时监测系统包括交换机（17）、CAN分析仪B（18）和检测PC（19）；
    所述工控机A（1）、CAN分析仪A（2）通过工控机B（8）、传感器A，B,C（3,4,5）通过STM32（9）及其外接模块（10）连接到交换机（17）上，交换机（17）通过网线连接到监控PC（19）上；电机A，B（6,12）分别通过驱动器A，B（11,7）连接到CAN分析仪B（18）上，CAN分析仪B（18）通过USB线连接到监控PC（19）上；
    所述的实验测试系统安装在实验板（13）上，辅助实验系统安装在铅盒（14）内；实验板（13）和铅盒（14）放置在辐射环境（15）中；所述的外部实时监测系统放在外部环境（20）中。

    2.      根据权利要求1所述的核辐射环境中电子元器件的抗辐射性能对比实验系统，其特征在于：
    1）监控PC（19）对工控机A（1）发送命令并返回参数；
    2）工控机B（8）对CAN分析仪A（2）发送命令并返回参数，并把数据发送到监控PC（19）；
    3）STM32（9）采集传感器A，B,C（3,4,5）的运行参数，通过网络外接模块（10）及交换机（17）发回监控PC（19）；
    4）PC（19）向驱动器A，B（11,7）发送命令控制电机A，B（6，12）转动，电机A，B（6，12）通过驱动器A，B（11,7）把运动情况传回PC（19）。

    3.      根据权利要求1所述的核辐射环境中电子元器件的抗辐射性能对比实验系统，其特征在于：所述工控机A,B（1,8）即工业电脑，工控机具有重要的计算机属性和特征：具有计算机CPU、硬盘、内存、外设及接口，并有操作系统、控制网络和协议、计算能力、友好的人机界面。

    4.      根据权利要求1所述的核辐射环境中电子元器件的抗辐射性能对比实验系统，其特征在于：所述的驱动器A，B（11,7）是用来控制电机A，B（6,12）的控制器，通过位置、速度和力矩三种方式对电机进行控制，实现高精度的传动系统定位。

    5.      根据权利要求1所述的核辐射环境中电子元器件的抗辐射性能对比实验系统，其特征在于：所述的STM32（9）是基于ARM Cortex-M3内核的32位处理器，具有很好的功耗控制和众多外设，可采集红外、温度和超声多种信号，并可外接显示器、鼠标键盘等；网络外界模块（10）连接到STM32（9）上，STM32（9）即可通过普通网线和外接通信。

    6.      根据权利要求1核辐射环境下的电子元器件的抗辐射性能对比实验系统，其特征在于：所述的传感器可为多种传感器：超声传感器或激光传感器。

    7.      根据权利要求1所述的核辐射环境中电子元器件的抗辐射性能对比实验系统，其特征在于：所述的CAN分析仪A,B（2,18）进行CAN信号和USB信号的转换。

    8.      一种核辐射环境中电子元器件的抗辐射性能对比实验方法，采用根据权利要求1所述的核辐射环境中电子元器件的抗辐射性能对比实验的系统进行实验，其特征在于：实验步骤如下：
    1)根据权利要求书1连接系统并将实验板（13）和铅盒（14）放入辐射环境（15）中；
    2）为各元件上电并运行程序，通过监控PC（19）对各元件进行实时监控；
    3）根据实验中情况，进行实时判断；
    4）计算各元件受辐射总剂量。

    9.      根据权利要求8所述的核辐射环境中电子元器件的抗辐射性能对比实验方法，其特征在于：所述步骤3）中，对于实验中各种情况的判断：
    1）工控机A(1)无法返回参数而工控机B(8)正常工作时，说明工控机A(1)损坏；
    2）CAN分析仪A(2)通过工控机B(8)的自发自收程序无法完成时，CAN分析仪B(18)仍可正常工作，则说明CAN分析仪A(2)出现损坏；
    3）STM32（9）采集的多个传感器参数，如果有传感器无回传参数，则说明该传感器损毁；
    4）电机A，B（6,12）和驱动器（7,11）分别设置对照，电机A（6）、驱动器A（11）支路如无电机参数回传则说明电机A（6）出现问题；电机B（12）和驱动器B（7）支路无参数回传则说明驱动器B（7）被辐射损坏。

    10.      根据权利要求8所述的核辐射环境下的抗辐射性能电子元器件对比实验的方法，其特征在于：所述步骤4）中，通过贴在元器件上的测量剂测得元器件所在点的辐射率，通过电脑监控得到各元器件正常工作的时间，由此可计算元器件的抗辐射剂量。

    说明书

    辐射环境中电子元器件的抗辐射性能对比实验系统和方法
    技术领域
    本发明公开了一种辐照环境中电子元器件的抗辐射性能对比实验系统和方法，涉及对元器件的实时监控和检测。
    背景技术
    随着国内外核工业技术的发展，各国建造了越来越多的核反应堆。然而，由于核的特殊性一旦发生事故，人员很难接近放射源进行处理。有效的监控对于防范突发性环境污染事故，在事前预防、事故中检测到事后恢复的各个过程中均起着重要的作用；也只有通过有效的现场环境勘测，才能为事故处理决策部门快速、准确地提供引起事故发生现场的辐射水平、污染物浓度分布、影响范围及发展态势等动态资料信息，为事故处置快速、正确决策赢得宝贵的时间，为有效地控制污染范围、缩短事故持续时间、将事故的损失减到最小。因此，发展核机器人帮助人类进行上述的任务势在必行。
    机器人中含有很多的电子元器件，为了保证机器人在辐射环境中的运行，就必须对各电子元件的抗辐射性能进行测试。然而，由于实验环境的特殊性，并要满足实时监测的要求，在设计实验方案的过程中存在很多困难。由于实验环境和外界环境的封闭，以及两者之间的距离很长，实验中要考虑传输效率等问题。
    发明内容
    本发明的目的在于解决实际中出现的各种限制问题，提供一种辐射环境中电子元器件的抗辐射性能对比实验系统和方法，通过控制单一变量的方法测试元器件的抗辐射性能。
    为了达到上述目的，本发明的构思是：控制每一条与外界连接的支线上只有一个元件上可能受辐射的影响损坏，通过外界电脑的实时监控，确定元件的工作情况和损坏时间。根据辐射的辐射率计算出元件的抗辐射的最大剂量。
    根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：包括实验测试系统，辅助实验系统和外部实时监测系统，其特征在于：
    实验测试系统包括工控机A、CAN分析仪A、传感器A，B,C、电机A、驱动器B；
    辅助实验系统包括工控机B、STM32和其外接模块、驱动器A和电机B；
    外部实时监测系统包括交换机、CAN分析仪B和检测PC；
    所述工控机A、CAN分析仪A通过工控机B、传感器A，B,C通过STM32及其外接模块连接到交换机上，交换机通过网线连接到监控PC上。电机A，B分别通过驱动器A，B连接到CAN分析仪B上，CAN分析仪B通过USB线连接到监控PC上；
    所述的实验测试系统安装在实验板上，辅助实验系统安装在铅盒内。实验板和铅盒放置在辐射环境中。所述的外部实时监测系统放在外部环境中。
    上述系统的工作原理如下：
    1）监控PC对工控机A发送命令并返回参数；
    2）工控机B对CAN分析仪A发送命令并返回参数，并把数据发送到监控PC；
    3）STM32采集传感器A，B,C的运行参数，通过网络外接模块及交换机发回监控PC；
    4）PC向驱动器A，B发送命令控制电机A，B转动，电机A，B通过驱动器A，B把运动情况传回PC。
    所述工控机A,B即工业电脑，工控机具有重要的计算机属性和特征，如具有计算机CPU、硬盘、内存、外设及接口，并有操作系统、控制网络和协议、计算能力、友好的人机界面。
    所述的驱动器A，B是用来控制电机A，B的控制器，通过位置、速度和力矩三种方式对电机进行控制，实现高精度的传动系统定位。
    所述的STM32是基于ARM Cortex-M3内核的32位处理器，具有很好的功耗控制和众多外设，可采集红外、温度、超声等多种信号，并可外接显示器、鼠标键盘等。网络外界模块连接到STM32上，STM32即可通过普通网线和外接通信。
    所述的传感器可为多种传感器，例如超声传感器、激光传感器等。
    所述的CAN分析仪A,B（2,18）可以进行CAN信号和USB信号的转换。
    一种核辐射环境下的电子元器件的对比实验的方法，采用上述核辐射环境中电子元器件的抗辐射性能对比实验的系统进行实验，其特征在于实验步骤如下：
    1)根据权利要求书1连接系统并将实验板和铅盒放入辐射环境中；
    2）为各元件上电并运行程序，通过监控PC对各元件进行实时监控；
    3）根据实验中情况，进行实时判断；
    4）计算各元件受辐射总剂量。
    上述步骤3）中，对于实验中各种情况的判断：
    1）工控机A无法返回参数而工控机B正常工作时，说明工控机A损坏；
    2） CAN分析仪A通过工控机B的自发自收程序无法完成时，CAN分析仪B仍可正常工作，则说明CAN分析仪A出现损坏；
    3）STM32采集的多个传感器参数，如果有传感器无回传参数，则说明该传感器损毁；
    4）电机A，B和驱动器分别设置对照，电机A、驱动器A支路如无电机参数回传则说明电机A出现问题；电机B和驱动器B支路无参数回传则说明驱动器B被辐射损坏。
    上述步骤4）中，通过贴在元器件上的测量剂测得元器件所在点的辐射率，通过电脑监控得到各元器件正常工作的时间，由此可计算元器件的抗辐射剂量。
    根据上述原理，编好控制芯片和监控电脑中的程序，即可对实验中的各元器件进行实施监控。
    本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进步：本发明解决了在辐射环境中的元器件的抗辐射性能测量问题；通过对比实验和单一变量控制，使实验过程中只存在一种变化，可以有效提高实验的准确性和可操作性。
    附图说明
    图1 辐射环境和实验简图
    图2 辐射环境下的电子元器件的抗辐射性能测试的系统框图
    图3 元件判断流程图
    图4 STM32F103电路图。
    具体实施方式
    下面结合附图对本发明中的优选实例进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实例仅仅是本发明的一部分实例。
    实施例一：本核辐射环境下的电子元器件的对比实验的系统，包括实验测试系统，辅助实验系统和外部实时监测系统：
    实验测试系统包括工控机A（1）、CAN分析仪A（2）、传感器A，B,C（3,4,5）、电机A（6）、驱动器B（7）；
    辅助实验系统包括工控机B（8）、STM32（9）和其外接模块（10）、驱动器A（11）和电机B（12）；
    外部实时监测系统包括交换机（17）、CAN分析仪B（18）和检测PC（19）；
    所述工控机A（1）、CAN分析仪A（2）通过工控机B（8）、传感器A，B,C（3,4,5）通过STM32（9）及其外接模块（10）连接到交换机（17）上，交换机（17）通过网线连接到监控PC（19）上。电机A，B（6,12）分别通过驱动器A，B（11,7）连接到CAN分析仪B（18）上，CAN分析仪B（18）通过USB线连接到监控PC（19）上；
    所述的实验测试系统安装在实验板（13）上，辅助实验系统安装在铅盒（14）内。实验板（13）和铅盒（14）放置在辐射环境（15）中。所述的外部实时监测系统放在外部环境（20）中。
    实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：本核辐射环境中电子元器件的看辐射性能对比实验的系统，其特征在于：工作原理如下：
    1）监控PC（19）对工控机A（1）发送命令并返回参数；
    2）工控机B（8）对CAN分析仪A（2）发送命令并返回参数，并把数据发送到监控PC（19）；
    3）STM32（9）采集传感器A，B,C（3,4,5）的运行参数，通过网络外接模块（10）及交换机（17）发回监控PC（19）；
    4）PC（19）向驱动器A，B（11,7）发送命令控制电机A，B（6，12）转动，电机A，B（6，12）通过驱动器A，B（11,7）把运动情况传回PC（19）。
    3、本核辐射环境下的电子元器件的对比实验的系统，其特征在于所述工控机A,B（1,8）即工业电脑，工控机具有重要的计算机属性和特征，如具有计算机CPU、硬盘、内存、外设及接口，并有操作系统、控制网络和协议、计算能力、友好的人机界面。
    所述的驱动器A，B（11,7）是用来控制电机A，B（6,12）的控制器，通过位置、速度和力矩三种方式对电机进行控制，实现高精度的传动系统定位。
    所述的STM32（9）是基于ARM Cortex-M3内核的32位处理器，具有很好的功耗控制和众多外设，可采集红外、温度、超声等多种信号，并可外接显示器、鼠标键盘等。网络外界模块（10）连接到STM32（9）上，STM32（9）即可通过普通网线和外接通信。
    所述的传感器可为多种传感器，例如超声传感器、激光传感器等。
    所述的CAN分析仪A,B（2,18）可以进行CAN信号和USB信号的转换。
    实施例三：本核辐射环境下的电子元器件的对比实验的方法，采用上述系统进行实验，其特征在于实验步骤如下：
    1)根据权利要求书1连接系统并将实验板（13）和铅盒（14）放入辐射环境（15）中；
    2）为各元件上电并运行程序，通过监控PC（19）对各元件进行实时监控；
    3）根据实验中情况，进行实时判断；
    4）计算各元件受辐射总剂量。
    实施例四：本实施例基本上与实施例三相同，特别之处是：所述步骤3）中，对于实验中各种情况的判断：
    1）工控机A(1)无法返回参数而工控机B(8)正常工作时，说明工控机A(1)损坏；
    2） CAN分析仪A(2)通过工控机B(8)的自发自收程序无法完成时，CAN分析仪B(18)仍可正常工作，则说明CAN分析仪A(2)出现损坏；
    3）STM32（9）采集的多个传感器参数，如果有传感器无回传参数，则说明该传感器损毁；
    4）电机A，B（6,12）和驱动器（7,11）分别设置对照，电机A（6）、驱动器A（11）支路如无电机参数回传则说明电机A（6）出现问题；电机B（12）和驱动器B（7）支路无参数回传则说明驱动器B（7）被辐射损坏。
    所述步骤4）中，通过贴在元器件上的测量剂测得元器件所在点的辐射率，通过电脑监控得到各元器件正常工作的时间，由此可计算元器件的抗辐射剂量。
    实施例五：根据上述的核辐射环境中电子元器件的抗辐射性能对比实验系统，进行核辐射环境下的电子元器件的对比实验，在辐射环境下工控机A，B（1,8）的型号是艾讯SBC84823，CAN分析仪A,B(2,18)的型号为itekCANalyst-II，STM32为STM32F103，采用maxon的电机和驱动器，实验的具体操作步骤如下：
    1）根据要求编写好工控机A，B（1,8）、STM32（9）和监控PC（19）中的程序；
    2）根据图2的要求搭好系统框图，保证辐射环境和外界的网线和CAN总线符合长度要求，固定实验板（13）和铅盒（14）内的元件；
    3）根据图1把原件放入相应的位置，开启各元器件；
    4）开始实验，实时监测；
    5）实验完，统计各元件损坏情况以及损坏时间，根据辐射率计算辐射剂量。
    本实例通过具体细致的实验依据来确定各个元器件的抗辐射性能，能够实现既定的实验目的。
    以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围不仅局限于此，任何类似实验在本发明揭露的方法范围内，可轻易想到的变化和替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应为所述以权利要求的保护范围为准。 

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