[发明专利]中子辐照后电荷耦合器件暗信号的原位测量系统及方法

说明书

本发明提供一种中子辐照后电荷耦合器件暗信号的原位测量系统及方法，解决现有测量系统在中子辐照实验后器件无法反映处于真实辐射环境及工作状态下暗信号参数变化规律的问题。该系统包括辐射源、CCD辐照单元、信号处理单元和上位机；CCD辐照单元包括CCD传感器，CCD传感器的感光面与中子源束流方向垂直；信号处理单元包括FPGA主控模块、CCD驱动电路模块、A/D转换模块、图像数据缓存模块、传输模块和电源模块；CCD驱动电路模块分别与CCD传感器、FPGA主控模块连接；A/D转换模块分别与CCD传感器、FPGA主控模块连接；图像数据缓存模块与FPGA主控模块相连；传输模块与FPGA主控模块相连；上位机对图像数据进行处理，获得暗信号的变化曲线。

技术领域

本发明涉及辐射效应测试领域，具体涉及一种中子辐照后电荷耦合器件暗信号的原位测量系统及方法。

背景技术

电荷耦合器件(charge coupled device，CCD)是一种光电转换式图像传感器，具备成像、数据处理、通信等功能，由于其具有噪声低、成本低、工作稳定等优点，是航天器成像系统中的核心元器件，广泛应用于对地遥感、遥测以及空间科学探测。然而，CCD在空间辐射或核辐射环境中会受到位移损伤的影响，导致CCD性能退化，严重时甚至出现功能失效。

核辐射环境中的中子、空间环境中的质子等均会诱发CCD产生位移损伤，导致CCD暗信号增大，从而影响CCD性能，因此暗信号是CCD抗辐照损伤性能考核的一个重要辐射敏感参数。中子辐照CCD主要产生位移损伤，在开展CCD位移损伤地面考核时，辐射源通常采用反应堆中子源。由于CCD受中子辐照后，仍具一定的放射性(会对人体产生危害)，实验人员无法在辐照实验完成的第一时间对样品进行测量，所以目前绝大多数中子辐照实验后暗信号参数的提取均为移位测量(即等待一定的时间后，CCD器件的放射性降低到安全范围内从辐照室取出样品进行测量)，且在移位测量之前CCD处于非工作状态，无法反映处于真实辐射环境及工作状态下暗信号参数的变化规律。

发明内容

本发明的目的是提供一种中子辐照后电荷耦合器件暗信号的原位测量系统及方法，解决现有测量系统在中子辐照实验后器件无法反映处于真实辐射环境及工作状态下暗信号参数变化规律的问题，该系统和方法为研究CCD中子辐照损伤的短期退火效应提供测试技术支撑。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种中子辐照后电荷耦合器件暗信号的原位测量系统，包括辐射源、CCD辐照单元、信号处理单元和上位机；所述辐射源用于产生中子源束流，诱发CCD辐照单元产生位移损伤；所述CCD辐照单元包括CCD传感器，所述CCD传感器的感光面与中子源束流方向垂直；所述信号处理单元包括FPGA主控模块、CCD驱动电路模块、A/D转换模块、图像数据缓存模块、传输模块和电源模块；所述CCD驱动电路模块分别与CCD传感器、FPGA主控模块连接，将FPGA主控模块产生的TTL时序驱动信号转换为满足CCD传感器电压要求的驱动信号，CCD传感器在驱动信号的驱动下完成图像采集，并输出图像模拟量信号；所述A/D转换模块分别与CCD传感器、FPGA主控模块连接，对图像模拟量信号进行前级滤波、信号放大、暗电平钳位、去噪声相关双采样处理，并将该图像模拟量信号转化为数字量信号；所述FPGA主控模块用于产生CCD传感器正常工作的TTL时序驱动信号，提供A/D转换模块所需的嵌位和采样/保持脉冲信号，同时产生同步控制逻辑时序，协调图像数据缓存模块和传输模块将图像数据传输至上位机；所述图像数据缓存模块与FPGA主控模块相连，用于缓存经A/D转换模块得到的图像数据；所述传输模块与FPGA主控模块相连，将缓存于图像数据缓存模块中的图像数据传输至上位机；所述上位机对图像数据进行处理，获得暗信号的变化曲线；所述电源模块分别与CCD传感器、FPGA主控模块、CCD驱动电路模块、A/D转换模块、图像数据缓存模块、传输模块连接，为各模块提供稳定的电压。

进一步地，所述信号处理单元设置在屏蔽盒中，屏蔽盒用于屏蔽辐射源对信号处理单元的影响，使得信号处理单元设置在辐照室内，减小辐照单元和信号处理单元的传输距离，确保系统的稳定运行。