輻射環(huán)境中電子元器件的抗輻射性能對比實驗系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種在輻照環(huán)境中電子元器件的抗輻射性能對比實驗系統(tǒng)和方法。本發(fā)明主要通過對比實驗和每一支路單一變化量的思想實現(xiàn)，涉及對元件的實時監(jiān)控和檢測。系統(tǒng)主要包括測試和保護元件、內(nèi)外連接線和外部監(jiān)控三部分組成。本發(fā)明主要通過收集元件工作的回傳參數(shù)進行結(jié)果對比分析，判斷元器件的工作和損壞情況。這種方法可以有效地檢測出元器件在輻射環(huán)境下的抗輻射性能，具有較強的操作性。
【專利說明】輻射環(huán)境中電子元器件的抗輻射性能對比實驗系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開了一種輻照環(huán)境中電子元器件的抗輻射性能對比實驗系統(tǒng)和方法，涉及對元器件的實時監(jiān)控和檢測。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著國內(nèi)外核工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，各國建造了越來越多的核反應(yīng)堆。然而，由于核的特殊性一旦發(fā)生事故，人員很難接近放射源進行處理。有效的監(jiān)控對于防范突發(fā)性環(huán)境污染事故，在事前預防、事故中檢測到事后恢復的各個過程中均起著重要的作用；也只有通過有效的現(xiàn)場環(huán)境勘測，才能為事故處理決策部門快速、準確地提供引起事故發(fā)生現(xiàn)場的輻射水平、污染物濃度分布、影響范圍及發(fā)展態(tài)勢等動態(tài)資料信息，為事故處置快速、正確決策Jfl得寶貴的時間，為有效地控制污染范圍、縮短事故持續(xù)時間、將事故的損失減到最小。因此，發(fā)展核機器人幫助人類進行上述的任務(wù)勢在必行。
[0003]機器人中含有很多的電子元器件，為了保證機器人在輻射環(huán)境中的運行，就必須對各電子元件的抗輻射性能進行測試。然而，由于實驗環(huán)境的特殊性，并要滿足實時監(jiān)測的要求，在設(shè)計實驗方案的過程中存在很多困難。由于實驗環(huán)境和外界環(huán)境的封閉，以及兩者之間的距離很長，實驗中要考慮傳輸效率等問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于解決實際中出現(xiàn)的各種限制問題，提供一種輻射環(huán)境中電子元器件的抗輻射性能對比實驗系統(tǒng)和方法，通過控制單一變量的方法測試元器件的抗輻射性倉泛。
[0005]為了達到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是:控制每一條與外界連接的支線上只有一個元件上可能受輻射的影響損壞，通過外界電腦的實時監(jiān)控，確定元件的工作情況和損壞時間。根據(jù)輻射的輻射率計算出元件的抗輻射的最大劑量。
[0006]根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:包括實驗測試系統(tǒng)，輔助實驗系統(tǒng)和外部實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:
實驗測試系統(tǒng)包括工控機A、CAN分析儀A、傳感器A，B, C、電機A、驅(qū)動器B ；
輔助實驗系統(tǒng)包括工控機B、STM32和其外接模塊、驅(qū)動器A和電機B ；
外部實時監(jiān)測系統(tǒng)包括交換機、CAN分析儀B和檢測PC ；
所述工控機A、CAN分析儀A通過工控機B、傳感器A，B, C通過STM32及其外接模塊連接到交換機上，交換機通過網(wǎng)線連接到監(jiān)控PC上。電機A，B分別通過驅(qū)動器A，B連接到CAN分析儀B上，CAN分析儀B通過USB線連接到監(jiān)控PC上；
所述的實驗測試系統(tǒng)安裝在實驗板上，輔助實驗系統(tǒng)安裝在鉛盒內(nèi)。實驗板和鉛盒放置在輻射環(huán)境中。所述的外部實時監(jiān)測系統(tǒng)放在外部環(huán)境中。
[0007]上述系統(tǒng)的工作原理如下:
I)監(jiān)控PC對工控機A發(fā)送命令并返回參數(shù)； 2)工控機B對CAN分析儀A發(fā)送命令并返回參數(shù)，并把數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控PC；
3)STM32采集傳感器A，B, C的運行參數(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)外接模塊及交換機發(fā)回監(jiān)控PC ；
4)PC向驅(qū)動器A，B發(fā)送命令控制電機A，B轉(zhuǎn)動，電機A，B通過驅(qū)動器A，B把運動情況傳回PC。
[0008]所述工控機A，B即工業(yè)電腦，工控機具有重要的計算機屬性和特征，如具有計算機CPU、硬盤、內(nèi)存、外設(shè)及接口，并有操作系統(tǒng)、控制網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議、計算能力、友好的人機界面。
[0009]所述的驅(qū)動器A，B是用來控制電機A，B的控制器，通過位置、速度和力矩三種方式對電機進行控制，實現(xiàn)高精度的傳動系統(tǒng)定位。
[0010]所述的STM32是基于ARM Cortex_M3內(nèi)核的32位處理器，具有很好的功耗控制和眾多外設(shè)，可采集紅外、溫度、超聲等多種信號，并可外接顯示器、鼠標鍵盤等。網(wǎng)絡(luò)外界模塊連接到STM32上，STM32即可通過普通網(wǎng)線和外接通信。
[0011]所述的傳感器可為多種傳感器，例如超聲傳感器、激光傳感器等。
[0012]所述的CAN分析儀A，B (2，18)可以進行CAN信號和USB信號的轉(zhuǎn)換。
[0013]一種核輻射環(huán)境下的電子元器件的對比實驗的方法，采用上述核輻射環(huán)境中電子元器件的抗輻射性能對比實驗的系統(tǒng)進行實驗，其特征在于實驗步驟如下:
1)根據(jù)權(quán)利要求書I連接系統(tǒng)并將實驗板和鉛盒放入輻射環(huán)境中；
2)為各元件上電并運行程序，通過監(jiān)控PC對各元件進行實時監(jiān)控；
3)根據(jù)實驗中情況，進行實時判斷；
4)計算各元件受輻射總劑量。
[0014]上述步驟3)中，對于實驗中各種情況的判斷:
O工控機A無法返回參數(shù)而工控機B正常工作時，說明工控機A損壞；
2)CAN分析儀A通過工控機B的自發(fā)自收程序無法完成時，CAN分析儀B仍可正常工作，則說明CAN分析儀A出現(xiàn)損壞；
3)STM32采集的多個傳感器參數(shù)，如果有傳感器無回傳參數(shù)，則說明該傳感器損毀；
4)電機A，B和驅(qū)動器分別設(shè)置對照，電機A、驅(qū)動器A支路如無電機參數(shù)回傳則說明電機A出現(xiàn)問題；電機B和驅(qū)動器B支路無參數(shù)回傳則說明驅(qū)動器B被輻射損壞。
[0015]上述步驟4)中，通過貼在元器件上的測量劑測得元器件所在點的輻射率，通過電腦監(jiān)控得到各元器件正常工作的時間，由此可計算元器件的抗輻射劑量。
[0016]根據(jù)上述原理，編好控制芯片和監(jiān)控電腦中的程序，即可對實驗中的各元器件進行實施監(jiān)控。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著技術(shù)進步:本發(fā)明解決了在輻射環(huán)境中的元器件的抗輻射性能測量問題；通過對比實驗和單一變量控制，使實驗過程中只存在一種變化，可以有效提高實驗的準確性和可操作性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1輻射環(huán)境和實驗簡圖
圖2輻射環(huán)境下的電子元器件的抗輻射性能測試的系統(tǒng)框圖圖3元件判斷流程圖圖4 STM32F103電路圖。

【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明中的優(yōu)選實例進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實例僅僅是本發(fā)明的一部分實例。
[0020]實施例一:本核輻射環(huán)境下的電子元器件的對比實驗的系統(tǒng)，包括實驗測試系統(tǒng)，輔助實驗系統(tǒng)和外部實時監(jiān)測系統(tǒng):
實驗測試系統(tǒng)包括工控機A (1)、CAN分析儀A (2)、傳感器A，B，C (3，4，5)、電機A (6)、驅(qū)動器B (7)；
輔助實驗系統(tǒng)包括工控機B (8)、STM32 (9)和其外接模塊(10)、驅(qū)動器A (11)和電機B (12)；
外部實時監(jiān)測系統(tǒng)包括交換機(17)、CAN分析儀B (18)和檢測PC (19)；
所述工控機A (I)、CAN分析儀A (2)通過工控機B (8)、傳感器A，B, C (3，4，5)通過STM32 (9)及其外接模塊(10)連接到交換機(17)上，交換機(17)通過網(wǎng)線連接到監(jiān)控PC(19)上。電機A，B (6，12)分別通過驅(qū)動器A，B (11，7)連接到CAN分析儀B (18)上，CAN分析儀B (18)通過USB線連接到監(jiān)控PC (19)上；
所述的實驗測試系統(tǒng)安裝在實驗板(13)上，輔助實驗系統(tǒng)安裝在鉛盒(14)內(nèi)。實驗板(13)和鉛盒(14)放置在輻射環(huán)境(15)中。所述的外部實時監(jiān)測系統(tǒng)放在外部環(huán)境(20)中。
[0021]實施例二:本實施例與實施例一基本相同，特別之處如下:本核輻射環(huán)境中電子元器件的看輻射性能對比實驗的系統(tǒng)，其特征在于:工作原理如下:
1)監(jiān)控PC(19)對工控機A (I)發(fā)送命令并返回參數(shù)；
2)工控機B(8)對CAN分析儀A (2)發(fā)送命令并返回參數(shù)，并把數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控PC
(19)；
3)STM32(9)采集傳感器A，B，C (3，4，5)的運行參數(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)外接模塊(10)及交換機(17)發(fā)回監(jiān)控PC (19)；
4)PC (19)向驅(qū)動器A，B (11，7)發(fā)送命令控制電機A，B (6，12)轉(zhuǎn)動，電機A，B (6，12)通過驅(qū)動器A，B (11，7)把運動情況傳回PC (19)。
[0022]3、本核輻射環(huán)境下的電子元器件的對比實驗的系統(tǒng)，其特征在于所述工控機A，B(1，8)即工業(yè)電腦，工控機具有重要的計算機屬性和特征，如具有計算機CPU、硬盤、內(nèi)存、夕卜設(shè)及接口，并有操作系統(tǒng)、控制網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議、計算能力、友好的人機界面。
[0023]所述的驅(qū)動器A，B (11，7)是用來控制電機A，B (6，12)的控制器，通過位置、速度和力矩三種方式對電機進行控制，實現(xiàn)高精度的傳動系統(tǒng)定位。
[0024]所述的STM32 (9)是基于ARM Cortex_M3內(nèi)核的32位處理器，具有很好的功耗控制和眾多外設(shè)，可采集紅外、溫度、超聲等多種信號，并可外接顯示器、鼠標鍵盤等。網(wǎng)絡(luò)外界模塊(10)連接到STM32 (9)上，STM32 (9)即可通過普通網(wǎng)線和外接通信。
[0025]所述的傳感器可為多種傳感器，例如超聲傳感器、激光傳感器等。
[0026]所述的CAN分析儀A，B (2，18)可以進行CAN信號和USB信號的轉(zhuǎn)換。
[0027]實施例三:本核輻射環(huán)境下的電子元器件的對比實驗的方法，采用上述系統(tǒng)進行實驗，其特征在于實驗步驟如下:
1)根據(jù)權(quán)利要求書I連接系統(tǒng)并將實驗板(13)和鉛盒(14)放入輻射環(huán)境(15)中；
2)為各元件上電并運行程序，通過監(jiān)控PC(19)對各元件進行實時監(jiān)控；
3)根據(jù)實驗中情況，進行實時判斷；
4)計算各元件受輻射總劑量。
[0028]實施例四:本實施例基本上與實施例三相同，特別之處是:所述步驟3)中，對于實驗中各種情況的判斷:
1)工控機A(I)無法返回參數(shù)而工控機B(8)正常工作時，說明工控機A(I)損壞；
2)CAN分析儀A(2)通過工控機B (8)的自發(fā)自收程序無法完成時，CAN分析儀B (18)仍可正常工作，則說明CAN分析儀A(2)出現(xiàn)損壞；
3)STM32(9)采集的多個傳感器參數(shù)，如果有傳感器無回傳參數(shù)，則說明該傳感器損毀；
4)電機A，B(6，12)和驅(qū)動器(7，11)分別設(shè)置對照，電機A (6)、驅(qū)動器A (11)支路如無電機參數(shù)回傳則說明電機A (6)出現(xiàn)問題；電機B (12)和驅(qū)動器B (7)支路無參數(shù)回傳則說明驅(qū)動器B (7)被輻射損壞。
[0029]所述步驟4)中，通過貼在元器件上的測量劑測得元器件所在點的輻射率，通過電腦監(jiān)控得到各元器件正常工作的時間，由此可計算元器件的抗輻射劑量。
[0030]實施例五:根據(jù)上述的核輻射環(huán)境中電子元器件的抗輻射性能對比實驗系統(tǒng)，進行核輻射環(huán)境下的電子元器件的對比實驗，在輻射環(huán)境下工控機A，B (1,8)的型號是艾訊SBC84823, CAN 分析儀 A, B(2，18)的型號為 itekCANalyst-1I，STM32 為 STM32F103，采用maxon的電機和驅(qū)動器，實驗的具體操作步驟如下:
1)根據(jù)要求編寫好工控機A，B(1，8)、STM32 (9)和監(jiān)控PC (19)中的程序；
2)根據(jù)圖2的要求搭好系統(tǒng)框圖，保證輻射環(huán)境和外界的網(wǎng)線和CAN總線符合長度要求，固定實驗板(13)和鉛盒(14)內(nèi)的元件；
3)根據(jù)圖1把原件放入相應(yīng)的位置，開啟各元器件；
4)開始實驗，實時監(jiān)測；
5)實驗完，統(tǒng)計各元件損壞情況以及損壞時間，根據(jù)輻射率計算輻射劑量。
[0031]本實例通過具體細致的實驗依據(jù)來確定各個元器件的抗輻射性能，能夠?qū)崿F(xiàn)既定的實驗?zāi)康摹?br> [0032]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍不僅局限于此，任何類似實驗在本發(fā)明揭露的方法范圍內(nèi)，可輕易想到的變化和替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)為所述以權(quán)利要求的保護范圍為準。
【權(quán)利要求】
1.一種核輻射環(huán)境中電子元器件的抗輻射性能對比實系統(tǒng)，包括實驗測試系統(tǒng)，輔助實驗系統(tǒng)和外部實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于: 實驗測試系統(tǒng)包括工控機A (1)、CAN分析儀A (2)、傳感器A，B，C (3，4，5)、電機A (6)、驅(qū)動器B (7)； 輔助實驗系統(tǒng)包括工控機B (8)、STM32 (9)和其外接模塊(10)、驅(qū)動器A (11)和電機B (12)； 外部實時監(jiān)測系統(tǒng)包括交換機(17)、CAN分析儀B (18)和檢測PC (19)； 所述工控機A (I)、CAN分析儀A (2)通過工控機B (8)、傳感器A，B, C (3，4，5)通過STM32 (9)及其外接模塊(10)連接到交換機(17)上，交換機(17)通過網(wǎng)線連接到監(jiān)控PC(19)上；電機A，B (6，12)分別通過驅(qū)動器A，B (11，7)連接到CAN分析儀B (18)上，CAN分析儀B (18)通過USB線連接到監(jiān)控PC (19)上； 所述的實驗測試系統(tǒng)安裝在實驗板(13)上，輔助實驗系統(tǒng)安裝在鉛盒(14)內(nèi)；實驗板(13)和鉛盒(14)放置在輻射環(huán)境(15)中；所述的外部實時監(jiān)測系統(tǒng)放在外部環(huán)境(20)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核輻射環(huán)境中電子元器件的抗輻射性能對比實驗系統(tǒng)，其特征在于: 1)監(jiān)控PC(19)對工控機A (I)發(fā)送命令并返回參數(shù)； 2)工控機B(8)對CAN分析儀A (2)發(fā)送命令并返回參數(shù)，并把數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控PC(19)； 3)STM32(9)采集傳感器A，B，C (3，4，5)的運行參數(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)外接模塊(10)及交換機(17)發(fā)回監(jiān)控PC (19)； 4)PC (19)向驅(qū)動器A，B (11，7)發(fā)送命令控制電機A，B (6，12)轉(zhuǎn)動，電機A，B (6，12)通過驅(qū)動器A，B (11，7)把運動情況傳回PC (19)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核輻射環(huán)境中電子元器件的抗輻射性能對比實驗系統(tǒng)，其特征在于:所述工控機A，B (1,8)即工業(yè)電腦，工控機具有重要的計算機屬性和特征:具有計算機CPU、硬盤、內(nèi)存、外設(shè)及接口，并有操作系統(tǒng)、控制網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議、計算能力、友好的人機界面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核輻射環(huán)境中電子元器件的抗輻射性能對比實驗系統(tǒng)，其特征在于:所述的驅(qū)動器A，B (11，7)是用來控制電機A，B (6，12)的控制器，通過位置、速度和力矩三種方式對電機進行控制，實現(xiàn)高精度的傳動系統(tǒng)定位。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核輻射環(huán)境中電子元器件的抗輻射性能對比實驗系統(tǒng)，其特征在于:所述的STM32 (9)是基于ARM Cortex_M3內(nèi)核的32位處理器，具有很好的功耗控制和眾多外設(shè)，可采集紅外、溫度和超聲多種信號，并可外接顯示器、鼠標鍵盤等；網(wǎng)絡(luò)外界模塊(10)連接到STM32 (9)上，STM32 (9)即可通過普通網(wǎng)線和外接通信。
6.根據(jù)權(quán)利要求1核輻射環(huán)境下的電子元器件的抗輻射性能對比實驗系統(tǒng)，其特征在于:所述的傳感器可為多種傳感器:超聲傳感器或激光傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核輻射環(huán)境中電子元器件的抗輻射性能對比實驗系統(tǒng)，其特征在于:所述的CAN分析儀A，B (2，18)進行CAN信號和USB信號的轉(zhuǎn)換。
8.一種核輻射環(huán)境中電子元器件的抗輻射性能對比實驗方法，采用根據(jù)權(quán)利要求1所述的核輻射環(huán)境中電子元器件的抗輻射性能對比實驗的系統(tǒng)進行實驗，其特征在于:實驗步驟如下: 1)根據(jù)權(quán)利要求書I連接系統(tǒng)并將實驗板(13)和鉛盒(14)放入輻射環(huán)境(15)中； 2)為各元件上電并運行程序，通過監(jiān)控PC(19)對各元件進行實時監(jiān)控； 3)根據(jù)實驗中情況，進行實時判斷； 4)計算各元件受輻射總劑量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的核輻射環(huán)境中電子元器件的抗輻射性能對比實驗方法，其特征在于:所述步驟3)中，對于實驗中各種情況的判斷: 1)工控機A(I)無法返回參數(shù)而工控機B(8)正常工作時，說明工控機A(I)損壞； 2)CAN分析儀A(2)通過工控機B(8)的自發(fā)自收程序無法完成時，CAN分析儀B (18)仍可正常工作，則說明CAN分析儀A(2)出現(xiàn)損壞； 3)STM32 (9)采集的多個傳感器參數(shù)，如果有傳感器無回傳參數(shù)，則說明該傳感器損毀； 4)電機A，B(6，12)和驅(qū)動器(7，11)分別設(shè)置對照，電機A (6)、驅(qū)動器A (11)支路如無電機參數(shù)回傳則說明電機A (6)出現(xiàn)問題；電機B (12)和驅(qū)動器B (7)支路無參數(shù)回傳則說明驅(qū)動器B (7)被輻射損壞。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的核輻射環(huán)境下的抗輻射性能電子元器件對比實驗的方法，其特征在于:所述步驟4)中，通過貼在元器件上的測量劑測得元器件所在點的輻射率，通過電腦監(jiān)控得到各元器件正常工作的時間，由此可計算元器件的抗輻射劑量。
【文檔編號】G01N23/00GK104251868SQ201410462151
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月11日
【發(fā)明者】羅均, 顏春明, 蒲華燕, 劉恒利, 張娟, 瞿棟, 馬捷, 吳斌, 謝少榮 申請人:上海大學