一種適用于強(qiáng)核輻照環(huán)境的高增益模擬放大裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種適用于強(qiáng)核輻照環(huán)境的高增益模擬放大裝置，包括有探測(cè)器、JFET型互阻快放大器、高速高增益電壓放大器、有源濾波電壓驅(qū)動(dòng)器和示波器，軟X射線或者光源被所述的探測(cè)器探測(cè)并產(chǎn)生電流信號(hào)，電流信號(hào)經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸進(jìn)入JFET型互阻快放大器，經(jīng)過(guò)第一級(jí)JFET型互阻快放大器后電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成了電壓信號(hào)，電壓信號(hào)再依次經(jīng)過(guò)第二級(jí)高速高增益電壓放大器和第三級(jí)有源濾波電壓驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，最終的輸出信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸給示波器進(jìn)行信號(hào)波形顯示。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)具備同時(shí)抗中子輻照及抗γ輻照的能力，使系統(tǒng)可在強(qiáng)核輻照環(huán)境下正常工作；在滿足抗強(qiáng)核輻照環(huán)境下工作的基礎(chǔ)上，具備高增益。

High gain analog amplifier suitable for strong nuclear radiation environment

The invention discloses a high gain for strong nuclear radiation environment simulation and amplification device comprises a detector, JFET transimpedance amplifier, fast speed and high gain voltage amplifier, active filter voltage driver and oscilloscope, soft X ray source or by the detector probe and generates a current signal, the current signal through long distance signal transmission into the type JFET transimpedance amplifier quickly, after the first JFET transimpedance amplifier after fast current signal into a voltage signal, voltage signals through second stage high speed high gain voltage amplifier and third stage active filter drive voltage, long-distance transmission to the final output signal oscilloscope waveform display. The invention has the capability of simultaneous anti neutron irradiation and anti gamma radiation, so that the system can work normally in a strong nuclear radiation environment, and has high gain on the basis of satisfying the work under the strong nuclear radiation environment.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種適用于強(qiáng)核輻照環(huán)境的高增益模擬放大裝置
本專(zhuān)利技術(shù)涉及強(qiáng)核輻照環(huán)境的信號(hào)放大器
，尤其涉及一種適用于強(qiáng)核輻照環(huán)境的高增益模擬放大裝置。
技術(shù)介紹
以國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆ITER為例，在DT(氘氚)反應(yīng)階段，累計(jì)4700小時(shí)的中子輻照注量為1.6×1013n/cm2，γ累計(jì)輻照劑量為329Gy。考慮到ITER要求的安全因子Q＝8，則要求該區(qū)域的電子學(xué)系統(tǒng)的耐輻照量為：中子輻照注量1.28×1014n/cm2，γ累計(jì)輻照劑量2632Gy。另外，在某些特殊場(chǎng)合，例如裂變核電站堆芯核測(cè)及其他強(qiáng)輻照環(huán)境下，用于這些領(lǐng)域的儀器通常都需要具備較強(qiáng)的抗輻照能力，目前市場(chǎng)上沒(méi)有同時(shí)滿足可抗中子輻照和γ輻照的高增益(1×107V/A)模擬放大器。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種適用于強(qiáng)核輻照環(huán)境的高增益模擬放大裝置。本專(zhuān)利技術(shù)是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種適用于強(qiáng)核輻照環(huán)境的高增益模擬放大裝置，包括有探測(cè)器、JFET型互阻快放大器、高速高增益電壓放大器、有源濾波電壓驅(qū)動(dòng)器和示波器，軟X射線或者光源被所述的探測(cè)器探測(cè)并產(chǎn)生電流信號(hào)，電流信號(hào)經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸進(jìn)入JFET型互阻快放大器，經(jīng)過(guò)第一級(jí)JFET型互阻快放大器后電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成了電壓信號(hào)，電壓信號(hào)再依次經(jīng)過(guò)第二級(jí)高速高增益電壓放大器和第三級(jí)有源濾波電壓驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，最終的輸出信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸給示波器進(jìn)行信號(hào)波形顯示。所述的模擬線性穩(wěn)壓芯片RHFL4913和模擬線性穩(wěn)壓芯片RHFL7913A為JFET型互阻快放大器、高速高增益電壓放大器和有源濾波電壓驅(qū)動(dòng)器提供±6V電壓。所述的JFET型互阻快放大器的型號(hào)為AD8066。通過(guò)多種核輻射防護(hù)措施及測(cè)試，使得該放大器可使用于強(qiáng)中子和強(qiáng)伽馬混合輻照的環(huán)境中。其中，耐伽馬輻照劑量累計(jì)可以達(dá)到200Gy，耐中子輻照量累計(jì)可達(dá)到2×1012n/cm2。通過(guò)芯片選型，采用具耐強(qiáng)核輻照的核心芯片，包括集成運(yùn)算放大器芯片和電源芯片。根據(jù)前期對(duì)器件進(jìn)行的大量抗輻照實(shí)驗(yàn)，篩選出的運(yùn)放芯片比一般通用芯片耐核輻照水平高出1至2個(gè)量級(jí)，選出的集成運(yùn)算放大器AD8066及模擬線性穩(wěn)壓電源芯片RHFL4913、RHFL7913A可通過(guò)強(qiáng)伽馬和強(qiáng)中子輻照試驗(yàn)；與此同時(shí)，在電路設(shè)計(jì)中，采用了高密度集成技術(shù)和電路疊層的方法，將幾十路通道集成至一起，降低了單通道的受輻射面積，從而減少了整體受輻照概率；在此基礎(chǔ)上，通過(guò)放大器整體抗核輻射實(shí)驗(yàn)，找出易受輻射損傷的電路，并進(jìn)行單獨(dú)抗輻照加固。通過(guò)合理的電路設(shè)計(jì)，使得放大器的增益可高達(dá)1×107V/A。本專(zhuān)利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：本專(zhuān)利技術(shù)具備同時(shí)抗中子輻照(1012n/cm2)及抗γ輻照的能力(200Gy)，使系統(tǒng)可在強(qiáng)核輻照環(huán)境下正常工作；在滿足抗強(qiáng)核輻照環(huán)境下工作的基礎(chǔ)上，具備高增益(1×107V/A)。附圖說(shuō)明圖1為本專(zhuān)利技術(shù)結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本放大器電路原理圖.圖3為γ輻照試驗(yàn)原理圖。圖4第一組放大器輸出差分信號(hào)幅度與伽馬照射劑量變化圖.具體實(shí)施方式如圖1、2所示，一種適用于強(qiáng)核輻照環(huán)境的高增益模擬放大裝置，包括有探測(cè)器1、JFET型互阻快放大器2、高速高增益電壓放大器3、有源濾波電壓驅(qū)動(dòng)器4和示波器5，軟X射線或者光源被所述的探測(cè)器1探測(cè)并產(chǎn)生電流信號(hào)，電流信號(hào)經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸進(jìn)入JFET型互阻快放大器2，經(jīng)過(guò)第一級(jí)JFET型互阻快放大器2后電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成了電壓信號(hào)，電壓信號(hào)再依次經(jīng)過(guò)第二級(jí)高速高增益電壓放大器3和第三級(jí)有源濾波電壓驅(qū)動(dòng)器4驅(qū)動(dòng)，最終的輸出信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸給示波器5進(jìn)行信號(hào)波形顯示。所述的模擬線性穩(wěn)壓芯片RHFL49137和模擬線性穩(wěn)壓芯片RHFL7913A6為JFET型互阻快放大器、高速高增益電壓放大器和有源濾波電壓驅(qū)動(dòng)器提供±6V電壓。所述的JFET型互阻快放大器2的型號(hào)為AD8066。在電路設(shè)計(jì)中和測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)并改進(jìn)抗輻射的薄弱環(huán)節(jié)是產(chǎn)品綜合抗輻照能力的關(guān)鍵。其中經(jīng)過(guò)測(cè)試的，電源模塊是電路在伽馬和中子輻照中最容易受到損傷部分，在設(shè)計(jì)初期使用的普通電源芯片(例如LT1963A，LT3015)均只能耐受到100Gy伽馬輻照或者1011n/cm2中子輻照，是提高電路整體抗輻射水平的制約環(huán)節(jié)。后期改進(jìn)電路中采用了RHFL4913和RHFL7913A替代LT1963A和LT3015使得電路的整體抗輻射能力得到大大提升。RHFL4913和RHFL7913A是專(zhuān)門(mén)為高能物理實(shí)驗(yàn)以及其他強(qiáng)核輻照環(huán)境設(shè)計(jì)的芯片，其重離子效應(yīng)，單粒子鎖定和單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)的抵抗能力可以達(dá)到中子超過(guò)2×1014/cm2，伽馬超過(guò)2×1014/cm2，累計(jì)輻照劑量也可以達(dá)到300Krad。放大器在設(shè)計(jì)和電路布局中盡量減小電路輻照面積，并且通過(guò)疊層的方法，把重要的芯片夾在疊層的內(nèi)部，也可以阻擋入射方向的低能射線到達(dá)核心部件，減小粒子與核心部件發(fā)生反應(yīng)的概率。前置放大器的抗伽馬輻照試驗(yàn)原理圖如圖3所示，已進(jìn)行過(guò)測(cè)試。測(cè)試環(huán)境：1、輻射源：鈷-602、輻射源活度：8.5×1014Bq3、樣品點(diǎn)距源275cm，距臺(tái)面高46cm，吸收劑量率0.5Gy/min測(cè)試目的：對(duì)放大器進(jìn)行抗輻射測(cè)試，測(cè)試核心器件在輻射環(huán)境中性能參數(shù)的變化。測(cè)試流程及內(nèi)容：測(cè)試分為3組，第一組和第二組為實(shí)驗(yàn)組，第三組為對(duì)照組，線路連接，核測(cè)試間為輻照區(qū)域，系統(tǒng)的供電及信號(hào)檢測(cè)通過(guò)35米電纜連接至輻照區(qū)域以外。借助PXI機(jī)箱和數(shù)據(jù)采集卡對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集并檢測(cè)。第一組：1-15通道為信號(hào)，16通道為電源；第二組：1-16通道都為信號(hào)；第三組：1-15通道為信號(hào)，16通道為電源。吸收劑量為0.5Gy/min，分為三個(gè)時(shí)間段完成，100min、100min、200min，對(duì)應(yīng)的累計(jì)劑量為：50Gy、50Gy、100Gy，總的累計(jì)輻射量為：200Gy。通過(guò)日光燈給探測(cè)器提供信號(hào)輸入，為了保證在測(cè)量時(shí)輸入的一致性，在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中光源的位置和探測(cè)器的位置需保持不變。測(cè)試結(jié)果：三組數(shù)據(jù)基本現(xiàn)象一致。以第一組數(shù)據(jù)為例，如圖4所示，在升源、降源時(shí)放大器信號(hào)會(huì)發(fā)生偏移，劑量在0Gy、50Gy、100Gy、200Gy時(shí)，可以看到此四點(diǎn)明顯因降源而產(chǎn)生信號(hào)的下降。在輻照過(guò)程中對(duì)比信號(hào)幅度沒(méi)有隨輻照劑量增加產(chǎn)生明顯變化，把輻照開(kāi)始和輻照結(jié)束后的信號(hào)幅度對(duì)比也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)幅度增加或者減少。其次在輻照過(guò)程中，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)干擾信號(hào)產(chǎn)生，前置放大器的輸出信號(hào)比較正常。伽馬輻照實(shí)驗(yàn)的結(jié)論：在γ源升起的時(shí)候，放大器輸出信號(hào)的偏置會(huì)增大，約為200mV左右，γ源降下時(shí)，偏置又會(huì)降回初始值。γ輻射測(cè)試結(jié)束后，在實(shí)驗(yàn)室對(duì)前放進(jìn)行測(cè)試，第1組和第2組(輻照)每通道的數(shù)據(jù)與第3組(沒(méi)有輻照)每通道的數(shù)據(jù)基本一致，未發(fā)現(xiàn)輻照損傷現(xiàn)象。故基本確定，信號(hào)偏置的變化可能來(lái)源于探測(cè)器對(duì)γ源的響應(yīng)，使得前放的輸入發(fā)生變化所致。在200Gy的劑量以?xún)?nèi)，電路仍可正常工作。除此之外，系統(tǒng)已在中國(guó)工程物理研究院進(jìn)行了加速器氘氚反應(yīng)強(qiáng)中子輻照測(cè)試。測(cè)試條件：輻射源：氘氚14.8MeV中子發(fā)射率:～5×1010n/s輻射源與被測(cè)系統(tǒng)距離:120mm被測(cè)系統(tǒng)所處位置中子通量:～2.2×107n/cm2s輻射時(shí)間:28小時(shí)，總中子通量超過(guò)2.23×1012n/cm2測(cè)試結(jié)果：16通道前置放大器輸出信號(hào)均未發(fā)生變化，從而初步推斷探測(cè)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種適用于強(qiáng)核輻照環(huán)境的高增益模擬放大裝置，其特征在于：包括有探測(cè)器、JFET型互阻快放大器、高速高增益電壓放大器、有源濾波電壓驅(qū)動(dòng)器和示波器，軟X射線或者光源被所述的探測(cè)器探測(cè)并產(chǎn)生電流信號(hào)，電流信號(hào)經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸進(jìn)入JFET型互阻快放大器，經(jīng)過(guò)第一級(jí)JFET型互阻快放大器后電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成了電壓信號(hào)，電壓信號(hào)再依次經(jīng)過(guò)第二級(jí)高速高增益電壓放大器和第三級(jí)有源濾波電壓驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，最終的輸出信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸給示波器進(jìn)行信號(hào)波形顯示。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種適用于強(qiáng)核輻照環(huán)境的高增益模擬放大裝置，其特征在于：包括有探測(cè)器、JFET型互阻快放大器、高速高增益電壓放大器、有源濾波電壓驅(qū)動(dòng)器和示波器，軟X射線或者光源被所述的探測(cè)器探測(cè)并產(chǎn)生電流信號(hào)，電流信號(hào)經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸進(jìn)入JFET型互阻快放大器，經(jīng)過(guò)第一級(jí)JFET型互阻快放大器后電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成了電壓信號(hào)，電壓信號(hào)再依次經(jīng)過(guò)第二級(jí)高速高增益電壓放大器和第三級(jí)有源濾波電壓驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，最終的輸出信號(hào)...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：曹宏睿，張斌，趙金龍，胡立群，盛秀麗，牛璐瑩，陳開(kāi)云，陳曄斌，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：安徽,34