CN101694506B - 可移动式的单粒子试验器件加热温度控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可移动式的单粒子试验器件加热温度控制装置及方法，该装置包括温度控制器、温度监视器、加热器、传感器、散热器、夹具、加热指示灯、停止加热指示灯和远程控制终端，其中加热器、传感器与散热器均为独立设计的器件，通过与特殊设计的凹字形夹具连接与配合，可以方便的实现对单粒子试验器件的加热温度控制，该结构设计为移动式温控装置，不依赖于单粒子试验源的种类，适用于各种单粒子试验器件的加热温度控制，并且加热器、传感器与散热器通过夹具与单粒子试验器件紧密接触，使得整个被测器件体积小巧，占用较小空间，方便安装于电路板上，适用于现有电装工艺。

Description

可移动式的单粒子试验器件加热温度控制装置及方法

技术领域

本发明涉及单粒子试验技术领域，特别是涉及一种可移动式的单粒子试验器件加热温度控制装置及方法。

背景技术

航天器在轨运行过程中，时刻受到空间环境的影响，引发半导体器件发生总剂量效应、单粒子效应等辐射效应，半导体器件的抗辐射能力直接影响了航天器的性能和寿命，因此用于航天器的半导体器件必须进行单粒子效应评估试验，简称单粒子试验，用于评估被试器件的抗单粒子效应能力。单粒子试验技术是采用地面整套装置，包括辐射源、真空环境、试验器件、加热温度控制装置和效应检测系统等，模拟空间环境中半导体器件受到空间各种粒子的攻击现象，目的为通过模拟实验了解器件受到空间粒子攻击后的失效模式。单粒子试验为模拟等效空间环境中不同的粒子，通常需要在不同的辐射源中进行试验，以模拟空间中产生的不同能量的粒子，因此要求单粒子试验装置可以实现可移动和便携式的特点。同时为模拟空间中器件的真实工作环境，单粒子试验需要在真空环境中对器件加热后进行评估试验，由于真空环境中热传导方式的改变，如何在真空环境中对半导体器件进行加热温度控制也是一项非常困难和复杂的工作。

国内外单粒子试验中通常采用两种方法控制被试器件的加热温度：一种为利用单粒子试验器件自身工作所产生的功耗进行自给加热，通过改变器件工作负荷，控制其产生的功耗，利用所产生的功耗与对外围环境的散热差达到控制器件加热的效果，这种方式的优点在于不需要其它装置便可以加热，缺点在于温度不易控制，同时由于器件工作条件限制，容易对器件造成损伤，对单粒子试验效果也产生影响；另一种方法是采用外部加热温度控制的办法，利用和辐射源真空罐体直接相连的铜制的腔体将被试器件包裹后，利用电阻丝进行加热控制，这种方法的优点是温度容易控制，升温速率快，国内外均有采用这种方法的试验机构，如我国的西北核技术研究所便是利用锎源罐体内直接装配铜腔体电阻丝加热的方法进行温度控制，这种方法缺点是装置安装复杂，占据面积大，需要与辐射源捆绑安装，不能移动，不适用于评估半导体器件的单粒子试验。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可移动式的单粒子试验器件加热温度控制装置，该装置为独立设计的装置，不依赖于单粒子试验源的种类，可以用于各种单粒子试验器件的加热温度控制，为可移动式加热温控装置，体积小巧，携带方便，并且加热速度快，温控精确，可进行远程控制。

本发明的另一个目的在于提供一种可移动式的单粒子试验器件加热温度控制装置的温度控制方法。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

可移动式的单粒子试验器件加热温度控制装置，其特征在于：包括温度控制器、温度监视器、加热器、传感器、散热器、夹具、加热指示灯、停止加热指示灯和远程控制终端，其中：

温度控制器：根据远程控制终端的控制指令，接收温度监视器传输的温度信息，并控制加热器对单粒子试验器件加热升温或使单粒子试验器件的温度保持在目标加热温度，同时将加热信号和停止加热信号分别传输给加热指示器与停止加热指示器；

温度监视器：根据远程控制终端的控制指令，对单粒子试验器件待测位置的温度进行监测，将监测到的待测位置温度信息传输给温度控制器和远程控制终端，同时显示温度信息；

加热器：与温度控制器连接，根据温度控制器的指令对单粒子试验器件进行加热升温；

传感器：与温度监视器连接，将单粒子试验器件的温度信号转换为电信号，并传输给温度监视器；

散热器：降低单粒子试验器件的温度；

夹具：为凹字形，凹字形夹具底部的下表面与单粒子试验器件的加热面紧贴，凹字形夹具底部的实心部分设有圆孔，用于放置传感器，加热器则嵌入凹字形夹具的中空部分，与凹字形夹具底部的上表面紧贴并固定，凹字形夹具上部与散热器固定连接；

加热指示灯：指示单粒子试验器件处于加热状态；

停止加热指示灯：指示单粒子试验器件处于停止加热状态；

远程控制终端：将控制指令传输给温度控制器与温度监视器，并接收温度监视器传输的温度信息。

在上述可移动式的单粒子试验器件加热温度控制装置中，加热器为PTC陶瓷加热器，传感器为铂电阻传感器。

在上述可移动式的单粒子试验器件加热温度控制装置中，传感器通过传感器连接线与温度监视器连接，传感器连接线的长度为2m～5m。

在上述可移动式的单粒子试验器件加热温度控制装置中，待测位置为多个时，夹具底部的实心部分沿水平方向设有多个圆孔，用于放置多个传感器。

在上述可移动式的单粒子试验器件加热温度控制装置中，凹字形夹具上部与散热器通过螺钉固定连接。

可移动式的单粒子试验器件加热温度控制装置的加热温度控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)将单粒子试验器件放入真空罐中，将传感器放入凹字形夹具底部实心部分的圆孔中，并将凹字形夹具底部的下表面与单粒子试验器件的加热面紧贴，同时将加热器嵌入凹字形夹具的中空部分，与凹字形夹具底部的上表面紧贴并固定，最后将凹字形夹具上部与散热器固定连接，之后关闭真空罐，打开机械泵抽取真空；

(2)远程控制终端设定目标加热温度，并开启温度控制器和温度监视器，温度控制器控制加热器对所述单粒子试验器件进行加热升温，温度监视器通过传感器监测所述单粒子试验器件待测位置的温度；

(3)温度监视器将待测位置的温度信息传输给温度控制器和远程控制终端，当温度信息显示单粒子试验器件待测位置的温度没有达到目标加热温度，则温度控制器控制加热器继续加热；当温度信息显示单粒子试验器件待测位置的温度达到目标加热温度，则温度控制器控制加热器使单粒子试验器件的温度保持在目标加热温度，开始单粒子试验；

(4)当单粒子试验结束后，关闭加热器停止加热，单粒子试验器件通过散热器将温度降低到室温。

在上述加热温度控制方法中，步骤(1)中待测位置为多个时，夹具底部的实心部分沿水平方向设有多个圆孔，用于放置多个传感器。

在上述加热温度控制方法中，待测位置为多个时，温度信息显示单粒子试验器件所有待测位置的温度均没有达到目标加热温度时，温度控制器控制加热器继续加热；温度信息显示单粒子试验器件只要有一个待测位置的温度达到目标加热温度，则温度控制器控制加热器使单粒子试验器件的温度保持在目标加热温度。

在上述加热温度控制方法中，步骤(3)中当温度信息显示单粒子试验器件待测位置的温度没有达到目标加热温度时，温度控制器控制加热器继续加热，加热指示灯亮；当温度信息显示单粒子试验器件待测位置的温度达到目标加热温度时，停止加热指示灯亮。

在上述加热温度控制方法中，步骤(3)中温度控制器控制加热器使单粒子试验器件的温度保持在目标加热温度的方法为：当单粒子试验器件的温度低于目标加热温度时，加热器开始加热，当单粒子试验器件的温度达到目标加热温度时，加热器停止加热。

本发明相比现有技术具有如下优点：

1、本发明加热温度控制装置包括温度控制器、温度监视器、加热器、传感器和散热器，其中加热器、传感器与散热器均为独立设计的器件，通过与特殊设计的夹具连接与配合，可以方便的实现对单粒子试验器件的加热温度控制，该结构设计为移动式温控装置，不依赖于单粒子试验源的种类，适用于各种单粒子试验器件的加热温度控制，应用范围广，并且该加热温度控制装置结构简单、携带方便；

2、本发明加热温控装置中加热器、传感器与散热器通过特殊设计的专用夹具与单粒子试验器件紧密接触，使得整个被测器件体积小巧，占用较小空间，方便安装于电路板上，适用于现有电装工艺，并且专用夹具结构简单，容易制备；

3、本发明加热温度控制装置采用远程控制终端，在50m～500m的范围内均能进行有效的远程控制，避免单粒子试验过程中辐射对人体的伤害；

4、本发明加热温控装置中加热器采用PTC陶瓷加热片，可以实现快速加热，同时由于采用铂电阻传感器，提高了温控精确度。

附图说明

图1为本发明单粒子试验器件加热温度远程控制示意图；

图2为本发明单粒子试验器件加热温度控制装置结构图；

图3为本发明加热温度控制装置中夹具的结构示意图；

图4本发明单粒子试验器件通过夹具与加热器、散热器、传感器的装配示意图；

图5为本发明待测单粒子试验器件与电路板位置关系图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明内容作进一步的详细说明：

如图2所示为本发明单粒子试验器件加热温度控制装置结构图，由图可知加热温度控制装置包括温度控制器、温度监视器、加热器、传感器、散热器、夹具、加热指示灯、停止加热指示灯和远程控制终端，其中远程控制终端连接温度控制器与温度监视器，温度控制器与温度监视器彼此连接，并且温度控制器连接加热器、加热指示灯与停止加热指示灯，温度监视器连接传感器，其中远程控制终端将控制指令传输给温度控制器与温度监视器，并接收温度监视器传输的温度信息；温度控制器根据远程控制终端的控制指令，接收温度监视器传输的温度信息，并控制加热器使单粒子试验器件的温度保持在目标加热温度，同时将加热信号和停止加热信号分别传输给加热指示器与停止指示器；温度监视器根据远程控制终端的控制指令，对单粒子试验器件待测位置的温度进行监测，将监测到的待测位置温度信息传输给温度控制器和远程控制终端，同时显示温度信息，其中待测位置为1个或多个，当待测位置为多个时，每个待测位置都与传感器连接，本实施例中待测位置为四个。

传感器通过传感器连接线与温度监视器连接，传感器连接线的长度为2m～5m，加热器、传感器与散热器通过特殊设计的专用夹具与单粒子试验器件紧密接触，如图3所示为本发明加热温度控制装置中夹具的结构示意图，由图可知夹具4为凹字形，凹字形底部的实心部分设有四个圆孔8，用于放置传感器，四个圆孔8位于同一水平位置，如图4所示为发明单粒子试验器件通过夹具与加热器、散热器、传感器的装配示意图，凹字形夹具4底部的下表面与单粒子试验器件的加热面紧贴，凹字形夹具4底部实心部分的四个圆孔8中，放置四个传感器3，四个传感器位于与凹字形夹具4下表面平行的同一水平位置，加热器2则嵌入凹字形夹具4的中空部分，与凹字形夹具4底部的上表面紧贴并固定，凹字形夹具上部与散热器1通过螺钉7固定连接，传感器3通过传感器连接线5与温度监视器连接，加热器2则通过加热器连接线6与电源连接。

上述结构设计为移动式温控装置，不依赖于单粒子试验源的种类，适用于各种单粒子试验器件的加热温度控制，并且携带方便。

加热器采用PTC陶瓷加热片，对单粒子试验器件进行加热升温，传感器为铂电阻传感器，将单粒子试验器件的热信号转换为电信号，并传输给温度监视器，散热器降低单粒子试验器件的温度。

加热指示灯用于指示单粒子试验器件处于加热状态，停止加热指示灯用于指示单粒子试验器件处于停止加热状态。

通过上述装置对单粒子试验器件进行加热温度控制的方法如下：

首先将单粒子试验器件放入真空罐中，将四个传感器3分别放入凹字形夹具4底部实心部分的四个圆孔中，传感器3分别通过传感器连接线5与温度监视器连接，将凹字形夹具4底部的下表面与单粒子试验器件的加热面紧贴，同时将加热器2嵌入凹字形夹具4的中空部分，与凹字形夹具4底部的上表面紧贴并固定，最后将凹字形夹具4上部与散热器1固定连接，之后关闭真空罐，打开机械泵抽取真空为1Pa左右。

如图5所示为本发明待测单粒子试验器件与电路板位置关系图，由图中可以看出本实施例中上述固定好的待测单粒子试验CPU的体积非常小，仅为25×15×30(mm)，可以很方便的安装在电路板上，电路板为250×30(mm)。

之后，远程控制终端设定目标加热温度为85℃，并开启温度控制器和温度监视器，温度控制器控制加热器对单粒子试验CPU进行加热升温，温度监视器通过传感器监测单粒子试验CPU四个待测位置的温度；

加热过程中，温度监视器将待测位置的温度信息传输给温度控制器和远程控制终端，当温度信息显示单粒子试验CPU中所有待测位置的温度都没有达到85℃时，温度控制器控制加热器继续加热升温，此时加热指示灯亮；当温度信息显示单粒子试验CPU中一个或多个待测位置的温度达到85℃时，停止加热指示灯亮，加热指示灯灭，开始单粒子试验，试验过程中温度控制器控制加热器使单粒子试验CPU的温度始终保持在85℃，当温度低于85℃时，加热指示灯亮，加热器开始工作，达到85℃后，加热指示灯灭，停止加热指示灯亮，加热器停止工作，按照此方法，直到单粒子试验结束。

试验结束后，远程控制终端控制温度控制器关闭加热器，单粒子试验CPU通过散热片将温度降低到室温。

上述控制过程为远程控制，远程控制计算机通过50～500m的连接线与加热温度控制装置连接，可以避免单粒子试验过程中辐射对人体的伤害，如图1所示为本发明单粒子试验器件加热温度远程控制示意图。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.可移动式的单粒子试验器件加热温度控制装置，其特征在于：包括温度控制器、温度监视器、加热器、传感器、散热器、夹具、加热指示灯、停止加热指示灯和远程控制终端，其中：

温度控制器：根据远程控制终端的控制指令，接收温度监视器传输的温度信息，并控制加热器对单粒子试验器件加热升温或使单粒子试验器件的温度保持在目标加热温度，同时将加热信号和停止加热信号分别传输给加热指示灯与停止加热指示灯；

温度监视器：根据远程控制终端的控制指令，对单粒子试验器件待测位置的温度进行监测，将监测到的待测位置温度信息传输给温度控制器和远程控制终端，同时显示温度信息；

加热器：与温度控制器连接，根据温度控制器的指令对单粒子试验器件进行加热升温；

传感器：与温度监视器连接，将单粒子试验器件的温度信号转换为电信号，并传输给温度监视器；

散热器：降低单粒子试验器件的温度；

夹具：为凹字形，凹字形夹具底部的下表面与单粒子试验器件的加热面紧贴，凹字形夹具底部的实心部分设有圆孔，用于放置传感器，加热器则嵌入凹字形夹具的中空部分，与凹字形夹具底部的上表面紧贴并固定，凹字形夹具上部与散热器固定连接；

加热指示灯：指示单粒子试验器件处于加热状态；

停止加热指示灯：指示单粒子试验器件处于停止加热状态；

远程控制终端：将控制指令传输给温度控制器与温度监视器，并接收温度监视器传输的温度信息。

2.根据权利要求1所述的可移动式的单粒子试验器件加热温度控制装置，其特征在于：所述加热器为PTC陶瓷加热器，所述传感器为铂电阻传感器。

3.根据权利要求1所述的可移动式的单粒子试验器件加热温度控制装置，其特征在于：所述传感器通过传感器连接线与温度监视器连接，传感器连接线的长度为2m～5m。

4.根据权利要求1所述的可移动式的单粒子试验器件加热温度控制装置，其特征在于：所述待测位置为多个时，夹具底部的实心部分沿水平方向设有多个圆孔，用于放置多个传感器。

5.根据权利要求1所述的可移动式的单粒子试验器件加热温度控制装置，其特征在于：所述凹字形夹具上部与散热器通过螺钉固定连接。

6.权利要求1所述的可移动式的单粒子试验器件加热温度控制装置的加热温度控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)将单粒子试验器件放入真空罐中，将传感器放入凹字形夹具底部实心部分的圆孔中，并将凹字形夹具底部的下表面与单粒子试验器件的加热面紧贴，同时将加热器嵌入凹字形夹具的中空部分，与凹字形夹具底部的上表面紧贴并固定，最后将凹字形夹具上部与散热器固定连接，之后关闭真空罐，打开机械泵抽取真空；

(2)远程控制终端设定目标加热温度，并开启温度控制器和温度监视器，温度控制器控制加热器对单粒子试验器件进行加热升温，温度监视器通过传感器监测单粒子试验器件待测位置的温度；

(3)温度监视器将待测位置的温度信息传输给温度控制器和远程控制终端，当温度信息显示单粒子试验器件待测位置的温度没有达到目标加热温度，则温度控制器控制加热器继续加热；当温度信息显示单粒子试验器件待测位置的温度达到目标加热温度，则温度控制器控制加热器使单粒子试验器件的温度保持在目标加热温度，开始单粒子试验；

(4)当单粒子试验结束后，关闭加热器停止加热，单粒子试验器件通 过散热器将温度降低到室温。

7.根据权利要求6所述的加热温度控制方法，其特征在于：所述步骤(1)中待测位置为多个时，夹具底部的实心部分沿水平方向设有多个圆孔，用于放置多个传感器。

8.根据权利要求6所述的加热温度控制方法，其特征在于：所述待测位置为多个时，温度信息显示单粒子试验器件所有待测位置的温度均没有达到目标加热温度时，温度控制器控制加热器继续加热；温度信息显示单粒子试验器件只要有一个待测位置的温度达到目标加热温度，则温度控制器控制加热器使单粒子试验器件的温度保持在目标加热温度。

9.根据权利要求6所述的加热温度控制方法，其特征在于：所述步骤(3)中当温度信息显示单粒子试验器件待测位置的温度没有达到目标加热温度时，温度控制器控制加热器继续加热，加热指示灯亮；当温度信息显示单粒子试验器件待测位置的温度达到目标加热温度时，停止加热指示灯亮。

10.根据权利要求6所述的加热温度控制方法，其特征在于：所述步骤(3)中温度控制器控制加热器使单粒子试验器件的温度保持在目标加热温度的方法为：当单粒子试验器件的温度低于目标加热温度时，加热器开始加热，当单粒子试验器件的温度达到目标加热温度时，加热器停止加热。 

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