[發(fā)明專利]一種空間帶電粒子入射位置及能量探測(cè)器和探測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810884231.1
• 申請(qǐng)日: 2018-08-06
• 公開（公告）號(hào): CN110806597B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張?chǎng)?/a>;孫越強(qiáng);白超平;張申毅;張斌全;沈國(guó)紅;朱光武;陳睿
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心
• 主分類號(hào): G01T1/29
• 分類號(hào): G01T1/29;G01T1/36
• 代理公司: 北京方安思達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;武玥

本發(fā)明提出一種空間帶電粒子入射位置及能量的探測(cè)器，所述探測(cè)器包括位置探測(cè)單元陣列和后端電路分析處理模塊；所述位置探測(cè)單元陣列在Y方向和X方向上有若干獨(dú)立的電荷輸出通道，每個(gè)電荷輸出通道用于在空間帶電粒子入射后，在入射位置點(diǎn)的Y方向和X方向上輸出不同的電流信號(hào)；所述后端電路分析處理模塊，對(duì)若干電荷輸出通道輸出的電流信號(hào)進(jìn)行采集，將采集到的電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為差分電壓信號(hào)，并將此差分電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)進(jìn)行采集，從而得到帶電粒子入射位置和能量。本發(fā)明的探測(cè)器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)空間帶電粒子入射位置的探測(cè)，甄別FPGA發(fā)生的SEU是否由空間帶電粒子引起，并對(duì)該空間帶電粒子的能量進(jìn)行檢測(cè)，為在軌排故提供更加明確的數(shù)據(jù)支持。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及空間飛行器及其載荷、空間環(huán)境效應(yīng)研究領(lǐng)域，具體而言涉及一種空間帶電粒子入射位置及能量級(jí)探測(cè)器和探測(cè)方法。

背景技術(shù)

FPGA、DSP、SOC等大規(guī)模集成電路以其高性能、資源豐富、可重構(gòu)等優(yōu)勢(shì)在衛(wèi)星等航天器上得到廣泛應(yīng)用，而這些大規(guī)模集成電路或系統(tǒng)易受到單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)(以下內(nèi)容中簡(jiǎn)稱SEU)影響。當(dāng)前判定是否發(fā)生了SEU的方法僅限于根據(jù)在軌邏輯狀態(tài)改變之后，采用斷電重啟、刷新、部分重構(gòu)等措施，觀察是否恢復(fù)，如果恢復(fù)就判斷該邏輯狀態(tài)的改變是由SEU導(dǎo)致的。然而類似邏輯狀態(tài)的改變這種異常是否由高能帶電粒子引發(fā)，以及SEU發(fā)生位置信息的研究較少。這可能導(dǎo)致電路或系統(tǒng)修復(fù)措施使用不夠精準(zhǔn)，影響航天器在軌效能的穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)，甚至?xí)＜昂教炱鞯脑谲壈踩?。為此有必要開展航天器在軌SEU甄別及定位技術(shù)研究，甄別在軌SEU導(dǎo)致的故障，獲取在軌SEU發(fā)生的位置信息，為及時(shí)準(zhǔn)確地采取應(yīng)對(duì)措施提供技術(shù)支撐。

在常見的空間SEU效應(yīng)研究中，探測(cè)器一般放在被測(cè)FPGA旁邊，通過探測(cè)器探測(cè)到的粒子通量、能譜等信息評(píng)估FPGA發(fā)生SEU的概率，很難從空間和時(shí)間上共同確定單個(gè)粒子入射與單粒子翻轉(zhuǎn)事件間的關(guān)系。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服由于SEU發(fā)生位置無法確定，而無法準(zhǔn)確判斷高能粒子是否轟擊了所關(guān)注的星用大規(guī)模集成電路，導(dǎo)致電路或系統(tǒng)修復(fù)措施使用不夠精準(zhǔn)，影響航天器在軌效能的穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)，甚至?xí)＜昂教炱鞯脑谲壈踩膯栴}。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明根據(jù)半導(dǎo)體探測(cè)器的工作條件以及位置靈敏探測(cè)的要求，提出了一種空間帶電粒子入射位置及能量探測(cè)器和探測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)空間帶電粒子入射位置的探測(cè)。

所述探測(cè)器包括位置探測(cè)單元陣列和后端電路分析處理模塊；

所述位置探測(cè)單元陣列在Y方向和X方向上有若干獨(dú)立的電荷輸出通道，每個(gè)電荷輸出通道用于在空間帶電粒子入射后，在入射位置點(diǎn)位置的Y方向和X方向上輸出不同的電流信號(hào)；

所述后端電路分析處理模塊，用于對(duì)若干電荷輸出通道輸出的電流信號(hào)進(jìn)行采集，將采集到的電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為差分電壓信號(hào)，并將此差分電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)進(jìn)行采集，從而得到帶電粒子入射位置和能量。

作為上述裝置的一種改進(jìn)，所述位置探測(cè)單元陣列包括：第一硅微條傳感器和第二硅微條傳感器，所述第一硅微條傳感器和第二硅微條傳感器分別包括若干個(gè)微條探測(cè)單元。

作為上述裝置的一種改進(jìn)，所述微條探測(cè)單元包括一個(gè)獨(dú)立的電荷輸出通道，用于輸出電荷脈沖。

作為上述裝置的一種改進(jìn)所述第一硅微條傳感器的微條探測(cè)單元數(shù)量為6，所述第二硅微條傳感器與所述第一硅微條傳感器的微條探測(cè)單元數(shù)量相同；第一硅微條傳感器和第二硅微條傳感器構(gòu)成一個(gè)6x6的位置探測(cè)單元陣列，每個(gè)位置探測(cè)單元尺寸為2mmx2mm。

作為上述裝置的一種改進(jìn)，所述第一硅微條傳感器和第二硅微條傳感器采用上下橫縱交叉的方式組合；第一硅微條傳感器和第二硅微條傳感器上下緊密貼合，其中第一硅微條傳感器在第二硅微條傳感器的上面，用于實(shí)現(xiàn)Y方向定位，第二硅微條傳感器緊貼被測(cè)芯片7，用于實(shí)現(xiàn)X方向定位；當(dāng)帶電粒子穿過上下兩片硅微條傳感器時(shí)，在任何一個(gè)傳感器上，只有粒子穿過的微條探測(cè)單元有信號(hào)輸出。