基于终点对齐辐照的空间电子系统总剂量效应试验方法与流程

1.本发明涉及空间总剂量效应，具体涉及基于终点对齐辐照的空间电子系统总剂量效应试验方法。


背景技术：

2.空间的天然辐射环境会在电子系统或电子器件中产生电离辐射累积效应即空间总剂量效应，从而导致电子系统电参数的退化甚至功能失效，严重影响航天器的寿命及可靠性，因此必须在应用前开展电子系统的抗总剂量性能评估试验。
3.目前针对电子器件已经建立了较为成熟的总剂量效应试验方法如gjb548b 1019.2、gjb5422-2005和美军标mil-std-883h 1019.6等，但对于电子系统的总剂量效应试验方法，还处于探索阶段。目前认为电子系统的辐射效应形成机理与电子器件是相同的，但相比于电子器件，电子系统中电阻、电容、pcb板、接插件等的抗辐射性能都远高于电子器件，并且由于空间辐射环境及总剂量加固技术手段，电子系统中的各电子器件抗总剂量性能或在空间实际承受的总剂量是不相同的，因此电子器件的总剂量效应试验方法并不能完全适用于电子系统。
4.空间总剂量效应主要由电子和质子造成，而电子系统中的壳体、pcb板、器件封装等都会对空间电子及低能质子具有一定的阻挡作用，使得在电子系统内部各电子器件实际承受的总剂量各不相同。由于电子、低能质子的易于屏蔽性，辐射屏蔽加固是目前电子系统抗总剂量加固的主要手段。当电子系统中某电子器件抗总剂量性能指标难以达到电子系统的要求时，就可将该电子器件放置在一个屏蔽体内以降低器件实际承受的总剂量，如在集成电路的正反面安装钽片或铜片，只要实际承受的总剂量小于电子器件的抗总剂量性能水平，且辐射屏蔽体所增加的重量是电子系统可接受，该电子器件就可以在电子系统中正常使用。
5.目前电子系统及电子器件的总剂量性能考核用试验源主要为
60
coγ源，相比于空间的电子、质子，γ射线有更强的穿透力，辐射屏蔽加固手段对γ射线几乎无效，使得电子系统难以和辐射屏蔽体一起辐照，导致在钴源试验环境下，电子系统的辐照总剂量和试验流程如何确定，成为电子系统抗总剂量考核需要解决的关键问题。
6.参照图1，现有电子系统的总剂量效应试验主要采用了始点对齐的方法，该方法认为电子系统的抗总剂量性能必然决定于抗总剂量性能最弱的电子器件，因此只需在辐射环境下辐照到最弱器件的抗总剂量值即可，辐照后若电子系统功能正常，则代表电子系统达到了抗总剂量性能要求。
7.但该方法只评价了最弱器件对电子系统的影响，并不符合在空间中的实际情况。在空间电子系统中，各电子器件所承受的总剂量是各不相同的，有些电子器件所承受的总剂量有可能远大于抗总剂量性能最弱的电子器件。另外，该方法实质上是认为组成电子系统的各电子器件辐射损伤是相互独立的，但在实际中并非如此，特别是航天器设计寿命的末期，此时电子系统内可能有多个电子器件即将因辐射而失效，相互耦合有可能导致电子
系统提前失效，难以达到设计所需的总剂量水平。基于以上分析，可见现有电子系统总剂量效应试验方法不能完全保证电子系统抗总剂量性能评价的可靠性及准确性。


技术实现要素：

8.本发明的目的是解决现有电子系统总剂量效应试验方法不能完全保证电子系统抗总剂量性能评价的可靠性及准确性的不足之处，而提供一种基于终点对齐辐照的空间电子系统总剂量效应试验方法。
9.为了解决上述现有技术所存在的不足之处，本发明提供了如下技术解决方案：
10.一种基于终点对齐辐照的空间电子系统总剂量效应试验方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：
11.步骤(1)、在辐照试验前，获取试验电子系统中各电子器件不进行辐射屏蔽加固时的抗总剂量水平，筛选出达到系统抗辐射性能要求的达标电子器件和未达到系统抗辐射性能要求的未达标电子器件，并按照抗总剂量水平将未达标电子器件从高到低排序；
12.步骤(2)、设置辐照试验的具体试验参数，所述试验参数包括试验总剂量、辐照剂量率、辐照偏置、测试参数和测试规范；
13.步骤(3)、选择辐照试验的具体实现方法条件如下：
14.①
为步骤(1)未达标电子器件分别安装屏蔽体后，试验时屏蔽体不影响未屏蔽电子器件的辐照剂量率和总剂量；
15.②
试验时缺少任一未达标电子器件，不影响已安装电子器件的辐照偏置；
16.③
试验时缺少任一未达标电子器件会明显影响试验电子系统工作状态或其中已安装电子器件的辐照偏置；
17.④
定义步骤(1)中未达标电子器件所在的模块为未达标模块，且试验时缺少这些未达标模块的情况下，其它模块上的已安装电子器件仍处于加电状态，以及缺少任一未达标模块时，该未达标模块输出处于一个固定状态；
18.若满足条件
①
，则执行步骤(4)；
19.若满足条件
②
，则执行步骤(5)；
20.若满足条件
③
，则执行步骤(6)；
21.若满足条件
④
，则执行步骤(7)；
22.若同时满足两个以上条件，则按照序号在前的条件执行；
23.步骤(4)、方法一；
24.(4.1)对步骤(1)中未达标电子器件分别制作屏蔽体，并在试验前安装所有屏蔽体；
25.(4.2)进行辐照实验，当试验总剂量剩余值等于某屏蔽体对应未达标器件的抗总剂量值时，执行步骤(4.3)；
26.(4.3)降源、拆除该屏蔽体，随后继续辐照，直至试验总剂量剩余值等于下一个屏蔽体对应未达标器件的抗总剂量值或为零，执行步骤(4.4)；
27.(4.4)若试验总剂量剩余值为零，则执行步骤(8)；否则返回步骤(4.3)；
28.步骤(5)、方法二；
29.(5.1)试验时，不安装步骤(1)中未达标电子器件，依据步骤(1)中未达标电子器件
的抗总剂量水平确定其对应的安装总剂量值；
30.(5.2)当试验总剂量剩余值等于某未达标电子器件的安装总剂量值时，执行步骤(5.3)；
31.(5.3)降源后，安装该未达标电子器件，随后继续辐照，直至试验总剂量剩余值等于下一个未达标电子器件的安装总剂量值或为零，执行步骤(5.4)；
32.(5.4)若试验总剂量剩余值为零，则执行步骤(8)；否则返回步骤(5.3)；
33.步骤(6)、方法三；
34.(6.1)试验时，采用替代器件代替步骤(1)中未达标电子器件，或不安装未达标电子器件，从外部引入已安装电子器件所需的输入信号，所述替代器件为达到系统抗辐射性能要求且与所代替的未达标电子器件型号及封装相同的电子器件，依据步骤(1)中未达标电子器件的抗总剂量水平确定其对应的替换总剂量值；
35.(6.2)当试验总剂量剩余值等于某未达标电子器件的替换总剂量值时，执行步骤(6.3)；
36.(6.3)降源后，拆卸对应替换器件且安装该未达标电子器件，或直接安装该未达标电子器件并拆除外部引入的输入信号，随后继续辐照，直至试验总剂量剩余值等于下一个未达标电子器件的替换总剂量值或为零，执行步骤(6.4)；
37.(6.4)若试验总剂量剩余值为零，则执行步骤(8)；否则返回步骤(6.3)；
38.步骤(7)、方法四；
39.(7.1)试验时，不安装未达标模块，或采用替代模块代替未达标模块，所述替代模块为达到系统抗辐射性能要求且与所代替的未达标模块功能相近的模块；
40.依据步骤(1)中获取的各电子器件不进行辐射屏蔽加固时的抗总剂量水平，确定各模块的抗总剂量水平，依据各模块中抗总剂量水平最低的电子器件确定其对应的替换总剂量值，按照替换总剂量值将未达标模块从高到低排序；
41.(7.2)当试验总剂量剩余值等于某未达标模块的替换总剂量值时，执行步骤(7.3)；
42.(7.3)降源后，直接安装该未达标模块，或拆卸对应替换模块且安装该未达标模块，随后继续辐照，直至试验总剂量剩余值等于下一个未达标模块的替换总剂量值或为零，执行步骤(7.4)；
43.(7.4)若试验总剂量剩余值为零，则执行步骤(8)；否则返回步骤(7.3)；
44.步骤(8)、辐照试验结束后，对试验电子系统进行电参数及功能测试，判断试验电子系统是否正常。
45.进一步地，所述步骤(4.3)、步骤(5.3)、步骤(6.3)和步骤(7.3)的执行次数不超过5次。
46.进一步地，所述步骤(5.3)还包括：安装该未达标电子器件前，对该未达标电子器件安装相应夹具，以使器件易于安装更换；若该未达标电子器件的输出信号作为其它电子器件的输入端，则应根据电路情况，对这些信号进行上拉设计或下拉设计或高阻设计。
47.进一步地，所述步骤(6.3)包括：安装该未达标电子器件前，对该未达标电子器件安装相应夹具，以使器件易于安装更换。
48.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
49.(1)本发明公开了一种基于终点对齐辐照的空间电子系统总剂量效应试验方法，相较于基于始点对齐的总剂量效应试验方法，本发明更符合实际情况，且易于操作，保证了空间电子系统抗总剂量性能评价的准确性，以及航天器在轨安全可靠运行。
50.(2)本发明结合电子系统试验的特点设计了方法一至方法四，使本发明具有很强的操作性，为本发明的应用推广奠定了坚实的基础。
附图说明
51.图1为现有基于始点对齐的总剂量效应试验方法的示意图；
52.图2为本发明基于终点对齐辐照的空间电子系统总剂量效应试验方法的示意图；
53.图3为本发明方法一的流程图；
54.图4为本发明方法二的流程图；
55.图5为本发明方法三的流程图；
56.图6为本发明方法四的流程图。
具体实施方式
57.下面结合附图和示例性实施例对本发明作进一步地说明。
58.参照图1至6，一种基于终点对齐辐照的空间电子系统总剂量效应试验方法，包括如下步骤：
59.步骤(1)、在辐照试验前，获取试验电子系统中各电子器件不进行辐射屏蔽加固时的抗总剂量水平，筛选出达到系统抗辐射性能要求的达标电子器件和未达到系统抗辐射性能要求的未达标电子器件，并按照抗总剂量水平将未达标电子器件从高到低排序；
60.步骤(2)、设置辐照试验的具体试验参数，所述试验参数包括试验总剂量、辐照剂量率、辐照偏置、测试参数和测试规范；
61.步骤(3)、选择辐照试验的具体实现方法条件如下：
62.①
为步骤(1)未达标电子器件分别安装屏蔽体后，试验时屏蔽体不影响未屏蔽电子器件的辐照剂量率和总剂量；
63.②
试验时缺少任一未达标电子器件，不影响已安装电子器件的辐照偏置；
64.③
试验时缺少任一未达标电子器件会明显影响试验电子系统工作状态或其中已安装电子器件的辐照偏置；
65.④
定义步骤(1)中未达标电子器件所在的模块为未达标模块，且试验时缺少这些未达标模块的情况下，其它模块上的已安装电子器件仍处于加电状态，以及缺少任一未达标模块时，该未达标模块输出处于一个固定状态；
66.若满足条件
①
，则执行步骤(4)；
67.若满足条件
②
，则执行步骤(5)；
68.若满足条件
③
，则执行步骤(6)；
69.若满足条件
④
，则执行步骤(7)；
70.若同时满足两个以上条件，则按照序号在前的条件执行；
71.步骤(4)、方法一；
72.(4.1)对步骤(1)中未达标电子器件分别制作屏蔽体，并在试验前安装所有屏蔽
体；
73.(4.2)进行辐照实验，当试验总剂量剩余值等于某屏蔽体对应未达标器件的抗总剂量值时，执行步骤(4.3)；
74.(4.3)降源、拆除该屏蔽体，随后继续辐照，直至试验总剂量剩余值等于下一个屏蔽体对应未达标器件的抗总剂量值或为零，执行步骤(4.4)；
75.(4.4)若试验总剂量剩余值为零，则执行步骤(8)；否则返回步骤(4.3)；
76.步骤(5)、方法二；
77.(5.1)试验时，不安装步骤(1)中未达标电子器件，依据步骤(1)中未达标电子器件的抗总剂量水平确定其对应的安装总剂量值；
78.(5.2)当试验总剂量剩余值等于某未达标电子器件的安装总剂量值时，执行步骤(5.3)；
79.(5.3)降源后，安装该未达标电子器件，安装该未达标电子器件前，对该未达标电子器件安装相应夹具，以使器件易于安装更换；若该未达标电子器件的输出信号作为其它电子器件的输入端，则应根据电路情况，对这些信号进行上拉设计或下拉设计或高阻设计，随后继续辐照，直至试验总剂量剩余值等于下一个未达标电子器件的安装总剂量值或为零，执行步骤(5.4)；
80.(5.4)若试验总剂量剩余值为零，则执行步骤(8)；否则返回步骤(5.3)；
81.步骤(6)、方法三；
82.(6.1)试验时，采用替代器件代替步骤(1)中未达标电子器件，或不安装未达标电子器件，从外部引入已安装电子器件所需的输入信号，所述替代器件为达到系统抗辐射性能要求且与所代替的未达标电子器件型号及封装相同的电子器件，依据步骤(1)中未达标电子器件的抗总剂量水平确定其对应的替换总剂量值；
83.(6.2)当试验总剂量剩余值等于某未达标电子器件的替换总剂量值时，执行步骤(6.3)；
84.(6.3)降源后，拆卸对应替换器件且安装该未达标电子器件，或直接安装该未达标电子器件并拆除外部引入的输入信号，安装该未达标电子器件前，对该未达标电子器件安装相应夹具，以使器件易于安装更换，随后继续辐照，直至试验总剂量剩余值等于下一个未达标电子器件的替换总剂量值或为零，执行步骤(6.4)；
85.(6.4)若试验总剂量剩余值为零，则执行步骤(8)；否则返回步骤(6.3)；
86.步骤(7)、方法四；
87.(7.1)试验时，不安装未达标模块，或采用替代模块代替未达标模块，所述替代模块为达到系统抗辐射性能要求且与所代替的未达标模块功能相近的模块；
88.依据步骤(1)中获取的各电子器件不进行辐射屏蔽加固时的抗总剂量水平，确定各模块的抗总剂量水平，依据各模块中抗总剂量水平最低的电子器件确定其对应的替换总剂量值，按照替换总剂量值将未达标模块从高到低排序；
89.(7.2)当试验总剂量剩余值等于某未达标模块的替换总剂量值时，执行步骤(7.3)；
90.(7.3)降源后，直接安装该未达标模块，或拆卸对应替换模块且安装该未达标模块，随后继续辐照，直至试验总剂量剩余值等于下一个未达标模块的替换总剂量值或为零，
执行步骤(7.4)；
91.(7.4)若试验总剂量剩余值为零，则执行步骤(8)；否则返回步骤(7.3)；
92.步骤(8)、辐照试验结束后，对试验电子系统进行电参数及功能测试，判断试验电子系统是否正常。
93.本实施例中，所述步骤(4.3)、步骤(5.3)、步骤(6.3)和步骤(7.3)的执行次数不超过5次。
94.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述各实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所保护技术方案的范围。