Рис. 7. Общий вид спектрометра ионной подвижности в корпусе
сборке печатных плат из-за нарушения правильной последовательности соединении многочисленных контактов.
Собранный прибор имеет габаритные размеры 350 х 150 х 150 мм и массу 2,5 кг, что является одними из наилучших показателей с учетом времени автономной работы 4 ч со стандартной аккумуляторной батареей и 8 ч с батареей увеличенной емкости.
ВЫВОДЫ
Разработана конструкция дрейфовой трубки на основе стандартной технологии печатных плат с интеграцией пассивных элементов распределения высокого напряжения, разъемов для подключения активных ком-
понентов систем регулирования и нагревательных элементов, позволяющая уменьшить массогабаритные параметры, теплоемкость, время выхода на рабочий режим и потребляемую мощность в сравнении с традиционной конструкцией. На базе разработанной дрейфовой трубки создан спектрометр ионной подвижности с высокими массогабаритными и электрическими параметрами.
ЛИТЕРАТУРА
1. Borsdorf H., Eiceman G. A. Ion Mobility Spectrometry: Principles and Applications. — Taylor & Francis, 2006.
2. Головин А. В., Беляков В. В, Васильев В. К. и др. Приборы и системы для спектрометрии ионной подвижности // Датчики и системы. — 2011. — № 6. — С. 3—12.
3. Беляков В. В., Головин А. В., Першенков В. С. Устройство дрейфовой трубки спектрометра ионной подвижности / Решение о выдаче патента на изобретение от 23 марта 2010 года.
Работа выполнена на кафедре "Микро- и наноэлектроника" НИЯУ МИФИ.
Анатолий Владимирович Головин — научн. сотрудник кафедры;
Владимир Васильевич Беляков — канд. техн. наук, доцент кафедры;
E-mail: vvbelyakov@yandex.ru
Валерий Константинович Васильев — аспирант кафедры; Евгений Константинович Малкин — аспирант кафедры; Евгений Анатольевич Громов — аспирант кафедры; Вячеслав Сергеевич Першенков — д-р техн. наук, зав. кафедрой. ® (495) 324-01-84
E-mail: vspershenkov@mephi.ru □
УДК 681.586'32.539.122.2
РАДИАЦИОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ДАТЧИКОВ МЕХАНИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
А. С. Артамонов, Д. В. Бойченко, А. Ю. Никифоров, В. А. Телец, А. И. Чумаков, А. Н. Аскерко, С. И. Блохин, О. С. Бохов, В. В. Лучинин, Р. В. Юдин
Рассмотрены особенности проведения и представлены результаты экспериментальных исследований некоторых типов коммерческих электронных датчиков механических величин зарубежного производства при воздействии дозовых эффектов и эффектов мощности дозы.
Ключевые слова: электронный датчик, дозовый эффект, эффекты мощности дозы, радиационная стойкость.
ВВЕДЕНИЕ
Современные электронные датчики механических величин (ЭДМВ), таких как ускорение, давление, угол поворота и др., изготовленные с использованием групповых технологических процессов микроэлектроники и микросистемной техники, обладают расширенными
функциональными возможностями, малыми массой и габаритами, низким энергопотреблением, высокой надежностью, возможностью интеграции с цифровыми элементами обработки и управления и элементами исполнительных систем. Это расширяет области применения ЭДМВ в аппаратуре космического и другого спе-
50 _ Sensors & Systems • № 11.2012
циального назначения (в мини- и микроспутниках и роботах, современных беспилотных летательных аппаратах, средствах экипировки, управляемых боеприпасах и др. [1—8]). Применение ЭДМВ в составе аппаратуры космических и других специальных электронных систем предъявляет к ним дополнительные эксплуатационные требования радиационной стойкости, в частности, к воздействиям дозо-вых эффектов и эффектов мощности дозы ионизирующих излучений [9—11].
В работе проанализированы результаты впервые проведенных радиационных исследований нескольких типов коммерческих ЭДМВ зарубежного производства.
11
10--
■- =1_ 9
7 U
,-.
=
0 8
□
0
0 □
12,
п
13
I-~2
1
14
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Объектами радиационных исследований в данной работе являлись: гироскопический датчик типа LCG50 (фирмы Systron Donner Inertial, США) — датчик угловых скоростей [12]; акселерометр на основе датчика ускорения типа LIS3DH (фирмы STMicroelectronics, EU) — программируемый трехком-понентный (трехосевой) акселерометр с низким энергопотреблением [13]; пьезоэлектрический гироскопический датчик типа XV-3500 (фирмы Seiko Epson Corporation, Япония) — герметичный датчик угловых скоростей [14].
Радиационные исследования датчиков механических величин проводились на импульсном ускорителе электронов "АРСА" и линейном ускорителе электронов "У31/33", работающих в режиме генерации тормозного ионизирующего излучения (ИИ). Основные характеристики импульсного ускорителя электронов "АРСА": максимальная энергия квантов тормозного ИИ не менее 900 кэВ; средняя энергия квантов тормозного ИИ не менее 150 кэВ; максимальная экспозиционная доза за импульс — 200 Р; длительность импульса по основанию — 18 нс; длительность импульса на полувысоте — 9 нс; максимальная мощность экспозиционной дозы ИИ — 1,5-1010 Р/с; диаметр пятна излучения на окне трубки — 10 мм.
Основные характеристики линейного ускорителя электронов "У-31/33": максимальная энергия квантов тормозного ИИ— 2,2 МэВ; средняя энергия квантов тормозного ИИ не менее 600 кэВ; длительность импульса ИИ — 1 мкс; частота повторения импульсов ИИ — 800 Гц; максимальное значение среднего тока 15 мкА; мощность экспозиционной дозы 50 Р/с.
Дозиметрическое сопровождение исследований осуществлялось с помощью дозиметра термолюминесцентного универсального ДТУ-01М с набором детекторов ПСТ. Погрешность дозиметрии — не более 20 %.
Общая структура специально разработанного аппаратно-программного комплекса (АПК) для контроля
Рис. 1. Структура специализированного АПК для проведения радиационных исследований ЭДМВ с использованием установок "АРСА" и "У31/33":
1 — радиационная установка; 2 — средства дозиметрического контроля; 3 — поток электронов; 4 — исследуемый ЭДМВ; 5 — ТЛД-детектор; 6 — канал связи между средствами контроля и исследуемым элементом; 7 — локальная радиационная защита средств контроля; 8 — средства контроля; 9 — канал связи между средствами контроля и ПЭВМ; 10 — защищенное помещение; 11 — ПЭВМ; 12 — формирователь тормозного ИИ; 13 — тормозное ИИ; 14 — осциллограф
работоспособности ЭДМВ в процессе их радиационных исследований приведена на рис. 1. Управление контроллером тока и устройством контроля функционирования ЭДМВ в процессе радиационных испытаний в АПК осуществляется посредством интерфейса RS-232, что позволяет максимально приблизить аппаратные части комплекса к исследуемым объектам.
При испытаниях на ускорителях необходимо учитывать и минимизировать радиационное и сопутствующее электромагнитное воздействие на измерительную аппаратуру и управляющую электронику, а также обеспечить рациональный баланс между необходимостью уменьшения длины линий от измерительной аппаратуры и управляющей электроники до объектов исследований, с одной стороны, и требованиями по защите устройств от радиации и экранирования от электромагнитных помех — с другой.
В созданном АПК данная проблема решалась путем максимально возможного (без ограничения функционирования) разнесения исследуемого ЭДМВ и управляющей электроники. Это позволило использовать общую радиационную защиту и экранирование от электромагнитных помех. Важную роль в решении проблемы сыграли размеры полей облучения радиационных установок, позволяющие локализовать воздействие в малом объеме.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Приведенные значения аналоговых выходных напряжений гироскопического датчика ЬСв50 в процессе воздействия импульсного ускорителя "АРСА" с различными значениями мощности дозы приведены в таблице.
Акселерометр LIS3DH и гироскопический датчик ХУ-3500 облучались в едином технологическом цикле, поэтому контроль функционирования и измерение токов потребления для них проводились одновременно. Контроль выходного напряжения и функционирования проводился в процессе и после воздействия эффектов
3
5
6
4
7700
£ 7600 н о ^ о ь 7500 э пТ ЕТ 7400 Т а о к | 7300
7200
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Поглощенная доза, крад
Угол поворота, ед. отсчета 0 2 3 4 5 6 7 О О О О О О О О О О О О О О о о о о о о о
/ Л
М1—■ и/ 1 /
/
Г
0 10 20 30 40 50 60 70 Поглощенная доза, крад
Рис. 2. Зависимость показаний канала измерения температуры гироскопического датчика LCG50 от поглощенной дозы
Рис. 3. Зависимость показаний канала измерения угла поворота гироскопического датчика LCG50 от поглощенной дозы
30 25 « 20 Я е «3 15 е а т о к 10 « о н 5< 0
»
0 10 20 30 40 50 60 70 Поглощенная доза, крад
Рис. 4. Зависимость тока потребления гироскопического датчика LCG50 от поглощенной дозы
Рис. 5. Зависимость тока потребления гироскопического датчика ЖУ-3500 от поглощенной дозы
мощности дозы до максимального уровня ИИ, равного 1,2-1010 рад/с.
В результате экспериментальных исследований гироскопического датчика ЬСв50, акселерометра LIS3DH
Результаты радиационных исследований гироскопического датчика ЬСвбО
рэкв> рад/с
о
3,0 5,0 1,0 2,5 1,2-
108 108 109 109 1010
N1*, ед. отсчета
30500 36500 38000 51200 65536 65536
N2*, ед. отсчета
31600 32400 50600 59700 65536 65536
* N1 и N2 — оцифрованные значения аналоговых сигналов выходных напряжений в условных единицах отсчета для канала измерения угла поворота и канала измерения температуры, соответственно.
и гироскопического датчика ХУ-3500 установлено отсутствие катастрофических отказов вплоть до максимального уровня воздействия 1,2-1010 рад/с. После максимального уровня воздействия выходное напряжение гироскопического датчика ХУ-3500 не восстанавливалось до исходного значения, а ток потребления датчика снижался. Результаты экспериментальных исследований гироскопического датчика LCG50 при воздействии эффектов мощности дозы приведены на рис. 2—4. В процессе воздействия контролировался ток потребления и приведенные выход
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.