一种星敏感器光电探测器抗辐照性能的定量检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种星敏感器光电探测器抗辐照性能的定量检测装置及方法，通过辐照试验系统在低剂量率的情况下使用60Co‑γ辐射源对光电探测器进行辐照试验；通过移位测试系统将辐照过的光电探测器移出辐照环境，完成图像的采集和图像参数的计算。本发明专利技术通过为探测器的正常工作提供合适的驱动时序，以可变光源提供不同的光照强度，由积分球模拟均匀光源，采用Camera link接口对探测器输出图像实时采集，采用光电参数解算单元进行光电参数的计算、辐照前后试验数据的比对，快速准确地实现对探测器抗辐照能力的定量评价。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及星敏感器的光电探测器检测技术，特别涉及一种星敏感器光电探测器抗辐照性能的定量检测装置及方法。
技术介绍
光电探测器作为星敏感器上的成像单元，主要包括CCD器件和CMOS图传感器两大类，核心功能是获取实际星空中的星点图像。星图质量的好坏直接作用在星敏感器后续的图像处理、星图识别、姿态解算，最终影响星敏感器的三轴姿态精度。星敏感器主要应用在卫星、飞船等飞行器上，所处空间环境复杂。现在飞行器一般的任务需求是8年，甚至15年。星敏感器长时间在空间环境中工作，将遭遇地球辐射带、太阳宇宙射线、银河射线、等离子体等电磁辐射环境。这些离子辐射环境还随太阳活动和地磁活动而变化，会对星敏感器关键部件——光电探测器产生电离总剂量效应、位移损伤效应、单粒子效应、表面充/放电效应等空间辐射效应，造成光电参数饱和输出电压、暗噪声、暗信号、信噪比和响应非均匀性变差。这将导致星敏感器获得噪声大、信噪比小、均匀性差的图像，造成星点识别质心定位精度差，姿态测量精度不稳定等一系列问题。目前，国内星敏感器光电探测器的抗辐照性能主要采用功能分析的方法，简单的检查图像质量的好坏，并且整机产品和光电探测器的一起经历辐照试验。故障发生后，很难定量分析辐照总剂量增加与探测器性能参数的一一对应关系。因此有必要开展光电探测器抗辐照性能的定量检测，确定空间环境辐射剂量与光探测器性能的对应关系，为星敏感器的高可靠长寿命提供技术支撑。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是如何通过地面不同剂量率的60Co-γ射线源辐照试验和位移损伤试验，确定空间辐照能量对光电探测器性能参数变化的定量影响，检测出探测器光电参数变化对星敏感器采集的星图质量的定量影响。为解决所述问题，本专利技术提供了一种星敏感器光电探测器抗辐照性能的定量检测装置及方法，基于光电探测器抗辐照效应的特点，结合辐照试验的移位测试方法和数字图像的实时采集、数据处理，快速检测出辐照试验前后星敏感器光电探测器指标参数的变化情况，准确得出光电探测器的抗辐照指标数据。为了实现上述目的，本专利技术的一个技术方案是提供一种星敏感器光电探测器抗辐照性能的定量检测装置，其中包含辐照试验系统和移位测试系统；所述辐照试验系统使用以60Co-γ为射线源的辐射源，对光电探测器进行辐照试验；所述移位测试系统在辐照试验之后对光电探测器进行移位测试，设置有光电探测器测试电子线路板为光电探测器提供工作所需的相应驱动时序，通过图像采集板卡实时采集不同光照条件下光电探测器的输出图像，由光电参数解算单元根据输出图像进行光电参数的计算，得出光电探测器的抗辐照指标数据。优选地，其特征在于，以光照强度可调的可变光源和模拟均匀光源的积分球作为光源，为光学探测器提供不同的光照条件。优选地，所述图像采集板卡通过设置的Cameralink接口采集图像信息；采集的图像信息，包含光电探测器的哑像元、暗像元和有效图像像元。优选地，所述移位测试系统通过设置支撑架，在辐照试验之后进行移位测试时对光电探测器进行安装和固定。优选地，所述光电探测器为CCD探测器和APS型探测器。优选地，所述辐照试验系统设置有供电和工作状态监测装置，为光电探测器的试验电路供电，并对光电探测器的图像输出状态进行检测。优选地，所述光电探测器测试电子线路板设置有FPGA，为光电探测器相应提供在不加电、静态工作、偏置工况、正常工作状态下的时序控制；通过与FPGA信号连接的驱动电路，为光电探测器提供偏置工况和正常工作状态下所需要的工作电压和驱动电流。优选地，所述FPGA通过视频处理电路与光电探测器信号连接，接收由所述视频处理电路进行模数转换后的图像信号进行存储，并基于Cameralink标准的通讯协议与所述图像采集板卡的Cameralink接口信号连接以传送图像信号；所述FPGA还与向光电探测器提供偏置电压的电源模块信号连接，对所述电源模块进行控制。优选地，所述定量检测装置在同一测试基板上，设置有分别处在静态工作、偏置工况、正常工作状态下的三路光电探测器；在辐照试验中所述测试基板的光电探测器处于由辐射源产生的辐射环境，且对所述定量检测装置的其他部件进行屏蔽。本专利技术的另一个技术方案是提供一种星敏感器光电探测器抗辐照性能的定量检测方法，使用上述任意一种定量检测装置实现：以60Co-γ为射线源的辐射源，在辐射环境对光电探测器进行辐照试验；在辐照环境之外，对辐照前后的光电探测器分别进行移位测试，采集不同光照条件下光电探测器的输出图像进行光电参数的计算，得出光电探测器的抗辐照指标数据，进行辐照前后试验数据的比对及光电探测器的一致性检测；所述光电参数，包含：光电探测器暗信号、暗噪声、固态图片噪声、辐射响应度、响应线性度、饱和输出电压，响应非均匀性、转移效率、光谱响应。本专利技术所述星敏感器光电探测器抗辐照性能的定量检测装置及方法，与现有技术相比，其优点和有益效果是：在实际试验过程中，为了保证试验有效，辐照源中只有待测光电探测器，要实现实时测量，需要其他辅助测试设备，而大多数测试设备多为工业级设备，在辐照环境中不能长时间工作，这就给测量带来了极大困难，许多参数无法获得。根据辐照试验的累计效应，辐照试验结束后一段时间内，进行移位测试同样可以反映出元器件的抗辐照能。为此，本专利技术的装置采用移位测试方法，将辐照过的探测器移出辐照环境进行信号测量；通过光电探测器辐照前后的光电参数测量，可以计算出辐照前后光电探测器的相关光电参数变化情况。本专利技术借鉴辐照试验的移位测试方法，有效避免在辐照试验的实时测试过程中采集光电探测器图像信息时存在的测试设备和条件限制，避免在试验中对辐照剂量率与实际空间环境中低剂量辐射的换算，使得本专利技术对光电探测器的试验简便、数据测试完整。本专利技术可以快速检测出在不同剂量率条件下，辐照剂量对探测器暗信号、暗噪声、固态图片噪声、辐射响应度、响应线性度、饱和输出电压，响应非均匀性、转移效率、光谱响应等参数的影响，获得光电探测器的抗辐照指标和光电探测器的一致性检测。本专利技术在测试基板上设置了多路光电探测器的测试点，各路探测器电路实现和接口完全一致，可以实现多片探测器在同一工况、不同工况下的测试，用于试验数据比对和芯片一致性检测，使试验测试结果真实有效，节约时间、试验成本。本专利技术通过积分球、可调光源、高速图像采集电路的配合，可以实时获得不同光照条件的图像数据，进行光电参数的计算、辐照前后试验数据的比对，有效获取大量数据可以进一步确定试验结果的有效性。附图说明图1为光电探测器抗辐照性能的定量检测装置的框图。图2为光电探测器抗辐照性能的定量检测装置的电子学原理图。图3为所述定量检测装置的执行流程图。具体实施方式本专利技术提出的星敏感器光电探测器抗辐照性能的定量检测装置，其原理框图如图1所示，包含辐照试验系统和移位测试系统。辐照试验系统包括辐照源1、待辐照的光电探测器2、供电和工作状态监测装置3；移位测试系统包含支撑架4、光电探测器测试电子线路板5、积分球6、可变光源7、图像采集板卡8和光电参数解算单元9。辐照试验系统能够在低剂量率的情况下完成待测试元器件的辐照试验。一般使用的辐射源1：60Co-γ射线源；辐照剂量率：5rad(si)/s；辐照总剂量：60Krad(si)，80Krad(si)（满足长寿命应用需求）；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种星敏感器光电探测器抗辐照性能的定量检测装置，其特征在于，包含辐照试验系统和移位测试系统；所述辐照试验系统使用以60Co‑γ为射线源的辐射源，对光电探测器进行辐照试验；所述移位测试系统在辐照试验之后对光电探测器进行移位测试，设置有光电探测器测试电子线路板为光电探测器提供工作所需的相应驱动时序，通过图像采集板卡实时采集不同光照条件下光电探测器的输出图像，由光电参数解算单元根据输出图像进行光电参数的计算，得出光电探测器的抗辐照指标数据。

【技术特征摘要】
1.一种星敏感器光电探测器抗辐照性能的定量检测装置，其特征在于，包含辐照试验系统和移位测试系统；所述辐照试验系统使用以60Co-γ为射线源的辐射源，对光电探测器进行辐照试验；所述移位测试系统在辐照试验之后对光电探测器进行移位测试，设置有光电探测器测试电子线路板为光电探测器提供工作所需的相应驱动时序，通过图像采集板卡实时采集不同光照条件下光电探测器的输出图像，由光电参数解算单元根据输出图像进行光电参数的计算，得出光电探测器的抗辐照指标数据。2.如权利要求1所述星敏感器光电探测器抗辐照性能的定量检测装置，其特征在于，以光照强度可调的可变光源和模拟均匀光源的积分球作为光源，为光学探测器提供不同的光照条件。3.如权利要求1所述星敏感器光电探测器抗辐照性能的定量检测装置，其特征在于，所述图像采集板卡通过设置的Cameralink接口采集图像信息；采集的图像信息，包含光电探测器的哑像元、暗像元和有效图像像元。4.如权利要求1所述星敏感器光电探测器抗辐照性能的定量检测装置，其特征在于，所述移位测试系统通过设置支撑架，在辐照试验之后进行移位测试时对光电探测器进行安装和固定。5.如权利要求1所述星敏感器光电探测器抗辐照性能的定量检测装置，其特征在于，所述光电探测器为CCD探测器和APS型探测器。6.如权利要求1所述星敏感器光电探测器抗辐照性能的定量检测装置，其特征在于，所述辐照试验系统设置有供电和工作状态监测装置，为光电探测器的试验电路供电，并对光电探测器的图像输出状态进行检测。7.如权利要求1~6中任意一项所述星敏感器光电探测器抗辐照性能的定量检测装置，其特征在于，所述光电...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫晓军，王燕清，马英超，胡雄超，唯乐思，
申请(专利权)人：上海航天控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31