CN107728190A - 一种基于多指SiGe HBT的辐射强度检测器 - Google Patents

一种基于多指SiGe HBT的辐射强度检测器 Download PDF

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Abstract

一种基于多指SiGe HBT的辐射强度检测器，包括依次串联连接的：三八译码器、起连接作用的第一排插、可拆卸辐射强度探测阵列、起连接作用的第二排插、滤波器阵列和A/D转换电路阵列和FPGA芯片，FPGA芯片的信号输入端还连接矩阵键盘，FPGA芯片的输出端连接液晶显示器以及连接三八译码器的输入端。可拆卸辐射强度探测阵列是由若干个结构相同的检测单元构成，每一个检测单元的输入端通过第一排插连接三八译码器的输出端，每一个检测单元的输出端通过第二排插连接滤波器阵列的输入端。本发明可以实现对质子辐射、电离辐射和中子辐射辐射强度的快速高效检测。可应用于航空航天，核电站等对辐射敏感的工作区域，也可以应用于日常生产生活中。

Description

一种基于多指SiGe HBT的辐射强度检测器
技术领域
本发明涉及一种辐射强度检测器。特别是涉及一种用于对空间中辐射源辐射强度检测的基于多指SiGe HBT的辐射强度检测器。
背景技术
随着航空航天技术以及核电技术的发展，辐射问题渐渐引起了人们的广泛关注。在日常生活以及科研工作中，我们通常希望对质子辐射，电离辐射和中子辐射的辐射强度进行计量，以便于进行辐射预警以及对辐射的定性分析。同时，我们也希望所用检测器可以快速高效的检测出辐射强度的变化。此外，我们也希望使用的辐射检测装置售价较低，可大范围应用。但现有辐射检测仪对辐射的检测局限于单一辐射，且电离辐射检测装置受天线带宽影响需要额外的DSP模块对信号进行变频处理，大大增加了辐射检测仪的生产成本，不利于辐射强度检测器的推广使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种可以实现对质子辐射、电离辐射和中子辐射辐射强度快速高效检测的基于多指SiGe HBT的辐射强度检测器。
本发明所采用的技术方案是：一种基于多指SiGe HBT的辐射强度检测器，其特征在于，包括依次串联连接的：三八译码器、起连接作用的第一排插、可拆卸辐射强度探测阵列、起连接作用的第二排插、滤波器阵列和A/D转换电路阵列和FPGA芯片，所述FPGA芯片的信号输入端还连接矩阵键盘，所述FPGA芯片的输出端连接液晶显示器以及连接三八译码器的输入端。
所述FPGA芯片还连接USB接口。
所述的可拆卸辐射强度探测阵列是由若干个结构相同的检测单元构成，每一个检测单元的输入端通过第一排插连接所述三八译码器的输出端，每一个检测单元的输出端通过第二排插连接所述滤波器阵列的输入端。
所述滤波器阵列是由若干个结构相同的滤波器构成，所述滤波器的个数与构成可拆卸辐射强度探测阵列的检测单元的个数相同。
所述的A/D转换电路阵列是由若干个结构相同的A/D转换电路构成，所述A/D转换电路的个数与构成滤波器阵列的滤波器的个数相同。
所述的检测单元包括有一个多指SiGe HBT、第一MOS开关管和第二MOS开关管，其中，所述多指SiGe HBT的基极接地，集电极连接第一MOS开关管的漏极，发射极连接第二MOS开关管的漏极，所述第一MOS开关管和第二MOS开关管的栅极通过第一排插连接三八译码器的输出端，源极通过第二排插连接滤波器的输入端。
在所述的检测单元中，所述的第一MOS开关管和第二MOS开关管采用隔离铅盒进行封闭，用于与所述的多指SiGe HBT进行隔离。
所述多指SiGe HBT的集电极上设置有U型结构的集电极n型掺杂区，所述集电极n型掺杂区的U型凹槽内嵌入有基区p型掺杂区，所述基区p型掺杂区的上端面内分别嵌入有3个发射极n型掺杂区，所述多指SiGe HBT的基极为梳状结构，且一体形成有4个基极齿，所述多指SiGe HBT的发射极为梳状结构，且一体形成有3个发射极齿，所述发射极的3个发射极齿对应插入到基极的4个基极齿的齿间内，所述基极的4个基极齿位于所述基区p型掺杂区的上端面上，所述发射极的3个发射极齿对应位于所述3个发射极n型掺杂区的上端面上。
本发明的一种基于多指SiGe HBT的辐射强度检测器，可以实现对质子辐射、电离辐射和中子辐射辐射强度的快速高效检测。并且该检测器核心部分可拆卸辐射强度探测阵列造价较低，不需要额外的DSP模块对信号变频处理，适于推广使用。本发明可应用于航空航天，核电站等对辐射敏感的工作区域，也可以应用于日常生产生活中。可以通过对检测器检测模式的设定和安装具有不同数量多指SiGe HBT器件的可拆卸辐射强度探测阵列实现不同应用场合的需要。
附图说明
图1是本发明一种基于多指SiGe HBT的辐射强度检测器的构成框图；
图2是本发明中可拆卸辐射强度探测阵列局部展开的结构示意图；
图3是本发明中可拆卸辐射强度探测阵列与外部单元的连接示意图；
图4a是本发明可拆卸辐射强度探测阵列中多指SiGe HBT的俯视图；
图4b是本发明可拆卸辐射强度探测阵列中多指SiGe HBT的断机结构示意图。
图中
1：三八译码器 2：第一排插
3：可拆卸辐射强度探测阵列 4：第二排插
5：滤波器阵列 6：A/D转换电路阵列
7：FPGA芯片 8；矩阵键盘
9：USB接口 10：液晶显示器
11、12、13：发射极n型掺杂区 14：基区p型掺杂区
15：集电极n型掺杂区 16：隔离铅盒
G：多指SiGe HBT Ga：基极
Gb：发射极 Gc：集电极
a：基极齿 b：发射极齿
T1：第一MOS开关管 T2：第二MOS开关管
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的一种基于多指SiGe HBT的辐射强度检测器做出详细说明。
在对多指SiGe HBT的前期研究中发现该器件的直流特性，交流特性等电学特性同不同强度的辐射强度间有对应关系，且质子辐射，电离辐射和中子辐射下器件电学特性和辐射强度间的对应关系存在差异，利用这些特性可以建立起相应的分析模型，从而可以实现对空间中辐射源辐射强度的检测。同时在外围电路上设置前端预处理电路(滤波器)减轻后端数据分析的任务量，通过A/D转换实现对信息的分析存储。相应的显示单元和数据输出单元可以实现对数据的输出，矩阵键盘可以实现对探测器的设置。
如图1所示，本发明的一种基于多指SiGe HBT的辐射强度检测器，包括依次双向串联连接的：三八译码器1、起连接作用的第一排插2、能够插拨的可拆卸辐射强度探测阵列3、起连接作用的第二排插4、用于对信号进行滤波的滤波器阵列5和A/D转换电路阵列6和用于对采样信号的比对存储以及输出的FPGA芯片7，所述FPGA芯片7的信号输入端还连接用于对采样器数据进行设置的矩阵键盘8，所述FPGA芯片7的输出端连接用于显示辐射强度值的液晶显示器10以及连接三八译码器1的输入端。所述FPGA芯片7还连接USB接口9。
本发明中，可拆卸辐射强度探测阵列3设置为可拆卸的结构，方便对其进行更换，大大延长了整体检测器的使用寿命。同时可拆卸辐射强度探测阵列3造价低廉，可随用随弃，方便快捷。
本发明的实施例中，所述的三八译码器1可选用还可以采用型号为74HC138D或74HC138N的模块；所述FPGA芯片7可以采用型号为XILINX AX309的模块；矩阵键盘8可以采用4*4矩阵键盘。
如图2、图3所示，所述的可拆卸辐射强度探测阵列3是由若干个结构相同的检测单元3-1构成，每一个检测单元3-1的输入端通过第一排插2连接所述三八译码器1的输出端，每一个检测单元3-1的输出端通过第二排插4连接所述滤波器阵列5的输入端。
所述滤波器阵列5是由若干个结构相同的滤波器构成，所述滤波器的个数与构成可拆卸辐射强度探测阵列3的检测单元3-1的个数相同。所述的A/D转换电路阵列6是由若干个结构相同的A/D转换电路构成，所述A/D转换电路的个数与构成滤波器阵列5的滤波器的个数相同。
所述的检测单元3-1包括有一个用于探测辐射强度的多指SiGe HBT G，以及用于控制多指SiGe HBT G的开启和关闭的第一MOS开关管T1和第二MOS开关管T2，其中，所述多指SiGe HBTG的基极接地，集电极连接第一MOS开关管T1的漏极，发射极连接第二MOS开关管T2的漏极，所述第一MOS开关管T1和第二MOS开关管T2的栅极通过第一排插2连接三八译码器1的输出端，源极通过第二排插4连接滤波器阵列5的输入端。
在所述的检测单元3-1中，所述的第一MOS开关管T1和第二MOS开关管T2采用隔离铅盒16进行封闭，用于与所述的多指SiGe HBTG进行隔离。
如图4a、图4b所示，所述多指SiGe HBT G的集电极Gc上设置有U型结构的集电极n型掺杂区15，所述集电极n型掺杂区15的U型凹槽内嵌入有基区p型掺杂区14，所述基区p型掺杂区14的上端面内分别嵌入有3个发射极n型掺杂区11、12、13，所述多指SiGe HBTG的基极Ga为梳状结构，且一体形成有4个基极齿a，所述多指SiGe HBT G的发射极Gb为梳状结构，且一体形成有3个发射极齿b，所述发射极的3个发射极齿b对应插入到基极的4个基极齿a的齿间内，且发发射极齿b辐射检测面基本上呈正方形或长方形。所述基极Ga的4个基极齿a位于所述基区p型掺杂区14的上端面上，所述发射极的3个发射极齿b对应位于所述3个发射极n型掺杂区11、12、13的上端面上。
本发明的一种基于多指SiGe HBT的辐射强度检测器，在进行空间中辐射强度检测时，首先将可拆卸辐射强度探测阵列3安装到第一排插2和第二排插4之间并固定，之后通过矩阵键盘8或经USB接口9连接的上位机控制来设定检测器的工作方式，最后在低偏压的情况下将本发明的一种基于多指SiGe HBT的辐射强度检测器置于需探测的空间中。此时可拆卸辐射强度探测阵列3会根据所设置的探测模式选择相应的检测单元3-1进行探测。当空间中出现质子辐射，电离辐射或中子辐射时，多指SiGe HBT中会产生相应的漏电流变化，对应的滤波器对这种漏电流的变化滤波，之后信号进入对应的A/D转换电路，使信号从模拟信号转化为数字信号。转化后的数字信号进入FPGA芯片7中通已建立的辐射强度探测模型进行比对，得到相应的空间辐射类型和辐射强度大小进行寄存和输出。输出信号可以通过液晶显示器10实时显示，也可以通过设置的USB接口传至上位机中进行后续处理。
本发明的一种基于多指SiGe HBT的辐射强度检测器，可以对质子辐射，电离辐射和中子辐射进行分类，并检测器辐射强度的大小。本发明的一种基于多指SiGe HBT的辐射强度检测器可应用于航空航天，核电站等对辐射敏感的工作区域，也可以应用于日常生产生活中。可以通过对检测器检测模式的设定和安装具有不同数量多指SiGe HBT器件的可拆卸辐射强度探测阵列实现不同应用场合的需要。

Claims (8)

1.一种基于多指SiGe HBT的辐射强度检测器，其特征在于，包括依次串联连接的：三八译码器(1)、起连接作用的第一排插(2)、可拆卸辐射强度探测阵列(3)、起连接作用的第二排插(4)、滤波器阵列(5)和A/D转换电路阵列(6)和FPGA芯片(7)，所述FPGA芯片(7)的信号输入端还连接矩阵键盘(8)，所述FPGA芯片(7)的输出端连接液晶显示器(10)以及连接三八译码器(1)的输入端。
2.根据权利要求1所述的一种基于多指SiGe HBT的辐射强度检测器，其特征在于，所述FPGA芯片(7)还连接USB接口(9)。
3.根据权利要求1所述的一种基于多指SiGe HBT的辐射强度检测器，其特征在于，所述的可拆卸辐射强度探测阵列(3)是由若干个结构相同的检测单元(3-1)构成，每一个检测单元(3-1)的输入端通过第一排插(2)连接所述三八译码器(1)的输出端，每一个检测单元(3-1)的输出端通过第二排插(4)连接所述滤波器阵列(5)的输入端。
4.根据权利要求1或3所述的一种基于多指SiGe HBT的辐射强度检测器，其特征在于，所述滤波器阵列(5)是由若干个结构相同的滤波器构成，所述滤波器的个数与构成可拆卸辐射强度探测阵列(3)的检测单元(3-1)的个数相同。
5.根据权利要求1所述的一种基于多指SiGe HBT的辐射强度检测器，其特征在于，所述的A/D转换电路阵列(6)是由若干个结构相同的A/D转换电路构成，所述A/D转换电路的个数与构成滤波器阵列(5)的滤波器的个数相同。
6.根据权利要求3所述的一种基于多指SiGe HBT的辐射强度检测器，其特征在于，所述的检测单元(3-1)包括有一个多指SiGe HBT(G)、第一MOS开关管(T1)和第二MOS开关管(T2)，其中，所述多指SiGe HBT(G)的基极接地，集电极连接第一MOS开关管(T1)的漏极，发射极连接第二MOS开关管(T2)的漏极，所述第一MOS开关管(T1)和第二MOS开关管(T2)的栅极通过第一排插(2)连接三八译码器(1)的输出端，源极通过第二排插(4)连接滤波器(5)的输入端。
7.根据权利要求6所述的一种基于多指SiGe HBT的辐射强度检测器，其特征在于，在所述的检测单元(3-1)中，所述的第一MOS开关管(T1)和第二MOS开关管(T2)采用隔离铅盒(16)进行封闭，用于与所述的多指SiGe HBT(G)进行隔离。
8.根据权利要求5所述的一种基于多指SiGe HBT的辐射强度检测器，其特征在于，所述多指SiGe HBT(G)的集电极(Gc)上设置有U型结构的集电极n型掺杂区(15)，所述集电极n型掺杂区(15)的U型凹槽内嵌入有基区p型掺杂区(14)，所述基区p型掺杂区(14)的上端面内分别嵌入有3个发射极n型掺杂区(11、12、13)，所述多指SiGe HBT(G)的基极(Ga)为梳状结构，且一体形成有4个基极齿(a)，所述多指SiGe HBT(G)的发射极(Gb)为梳状结构，且一体形成有3个发射极齿(b)，所述发射极的3个发射极齿(b)对应插入到基极的4个基极齿(a)的齿间内，所述基极(Ga)的4个基极齿(a)位于所述基区p型掺杂区(14)的上端面上，所述发射极的3个发射极齿(b)对应位于所述3个发射极n型掺杂区(11、12、13)的上端面上。
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