技术领域
[0001] 本
发明涉及空间辐射总剂量探测技术领域，尤其涉及一种修正空间
辐射剂量仪RADFET传感器的温度效应的方法。
背景技术
[0002] 在地球轨道空间，质子、
电子和
X射线等对卫星器件或材料的辐射照射，有可能使器件或材料发生总剂量效应，导致它们的性能降低甚至失效。在卫星中，基于辐射敏感场效应管(Radition Sensitive Field Effect Transistor,RADFET)传感器的辐射剂量仪被大量使用来测量卫星内部的辐射总剂量。它的基本探测原理是辐射照射引起场效应管
阈值电压的变化，阈值电压的变化与传感器接受的辐射剂量之间存在一定的对应关系，即RADFET的剂量效应。辐射剂量仪通过监测阈值电压的变化从而获得空间辐射剂量大小。
[0003] 然而，RADFET传感器阈值电压还受到温度影响，当温度发生变化时，阈值电压也发生变化，即产生RADFET温度效应。卫星在绕地球运动时，由于太阳光照发生变化，卫星内部温度在一天内变化幅度可能超过10摄氏度，导致RADFET温度效应显著。此时，RADFET阈值电压的变化是由温度效应和辐射剂量效应共同作用引起的，为了得到由辐射剂量引起的电压变化，需要对RADFET的温度效应进行修正，去除其影响。
[0004] 对空间辐射剂量测量中RADFET传感器温度效应的修正，常用的方法是在地面进行不同温度下的RADFET辐射照射实验，分析其阈值电压与温度的关系，建立相应的模型，从而对空间辐射剂量测量进行修正(参考文献：Y.H.Shin,K.W.Min,J.G.Rhee,et al.Analysis of Anomalous TED Data on-board the KITSAT-1)。然而，即使是同一工艺、同一批次制造的相同型号的RADFET传感器，它们的温度效应也可能存在较大差异。并且，由于RADFET传感器受辐射照射后性能不能恢复到初始状态，使得已进行地面辐射照射实验的RADFET不能再用于空间辐射剂量测量，因此，把地面实验所确定的传感器温度效应参数用于空间辐射测量的传感器，可能造成较大的剂量测量结果误差。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于，为了准确地反演空间辐射剂量仪测量的辐射剂量，提供一种用于修正空间辐射剂量仪传感器温度效应的方法。该方法可有效消除
环境温度的变化对辐射剂量仪测量结果的影响。
[0006] 为了实现上述目的，本发明基于卫星上辐射剂量仪在轨实测的RADFET传感器，提供一种修正空间辐射剂量仪传感器的温度效应的方法，该方法具体包括：
[0007] 步骤1)将空间辐射剂量仪执行在轨测量，在空间辐射环境宁静的一段时间内，获取RADFET传感器在若干个时刻的阈值电压和环境温度数据；
[0008] 步骤2)利用步骤1)中获得的阈值电压，计算得出RADFET传感器仅由空间辐射引起的阈值电压变化速率；
[0009] 步骤3)利用步骤2)中得到的阈值电压变化速率及步骤1)中部分时刻RADFET传感器的阈值电压，计算得到由于温度变化所引起的阈值电压变化，进一步计算得到RADFET传感器阈值电压与温度变化关系曲线；
[0010] 步骤4)利用步骤3)中的RADFET传感器阈值电压与温度变化关系曲线，对步骤1)中所有时刻的环境温度数据计算得出温度变化所引起的阈值电压变化，利用各时刻的温度变化所引起的阈值电压变化与其对应时刻RADFET传感器的阈值电压，得到修正后的阈值电压；
[0011] 步骤5)由步骤4)中得到的修正后的阈值电压计算得出空间辐射累积剂量。
[0012] 作为上述技术方案的进一步改进，所述的步骤1)包括：利用空间辐射剂量仪获取空间辐射环境宁静时连续若干天不同时刻的RADFET传感器阈值电压V1,V2,V3,……,Vm，和对应的环境温度数据W1,W2,W3,……,Wm，m为获取的总数据点数，空间辐射环境宁静表示不发生地磁暴和
太阳风暴的空间环境。
[0013] 作为上述技术方案的进一步改进，所述的步骤2)包括：从步骤1)获得的所有时刻阈值电压中取出第1天和最后1天任意两个具有相同温度时刻的RADFET传感器阈值电压Vi和Vj，计算仅由空间辐射引起的阈值电压变化速率ε：
[0014]
[0015] 在上式中，Tij为Vi和Vj两个阈值电压测量时刻的时间间隔。
[0016] 作为上述技术方案的进一步改进，所述的步骤3)包括：
[0017] 步骤101)从步骤1)获得的所有时刻阈值电压中取出任意一段时间内满足环境温度由最高温度变化到最低温度时的阈值电压Vk,Vk+1,Vk+2,Vk+3,……,Vk+s，利用步骤2)中得到的阈值电压变化速率计算得出该段时间内受温度变化影响所引起的各时刻阈值电压Vp′：
[0018] Vp′＝Vk+p-ε×p×t p＝0,1,2,……,s
[0019] 在上式中，t为相邻两个时刻阈值电压的采集时间间隔；
[0020] 步骤102)从步骤1)获得的所有时刻阈值电压中取出与阈值电压Vk,Vk+1,Vk+2,Vk+3,……,Vk+s相同时刻的RADFET传感器环境温度数据Wk,Wk+1,Wk+2,Wk+3,……,Wk+s，计算得出各时刻环境温度数据的变化值Wp′：
[0021] W′p＝Wk+p-W0 p＝0,1,2,……,s
[0022] 在上式中，W0为环境温度参考值；
[0023] 步骤103)将步骤101)中获得的各时刻阈值电压Vp′和步骤102)中获得的各时刻环境温度变化值Wp′采用最小二乘法进行多项式拟合，得到RADFET传感器阈值电压V与温度变化关系曲线：
[0024] V＝V0+f1(W-W0)
[0025] 在上式中，V0为拟合常数项，f1(W-W0)为以W-W0为底、指数为正整数的多项式，W表示任意时刻的环境温度数据，W-W0表示任意时刻的温度变化值。
[0026] 作为上述技术方案的进一步改进，所述的步骤4)包括：利用步骤103)中获得的RADFET传感器阈值电压与温度变化关系曲线，对步骤1)中获得的所有时刻的环境温度数据W1,W2,W3,……,Wm计算得出温度变化影响所引起的各时刻阈值电压变化，并从RADFET传感器阈值电压中去除后得到空间辐射剂量仪RADFET传感器仅受空间辐射所引起的各时刻阈值电压Vi′′：
[0027] Vi′′＝Vi′-f1(Wi′-W0) i′＝1,2,3,……,m
[0028] 在上式中，Wi’是RADFET传感器阈值电压为Vi’时所测量的RADFET传感器环境温度数据。
[0029] 作为上述技术方案的进一步改进，所述的步骤5)包括：利用RADFET传感器辐射剂量与阈值电压变化曲线，对步骤4)中计算得到的各时刻阈值电压Vi′′反演得出各时刻RADFET传感器的空间辐射累积剂量：
[0030] Di′＝f2(Vi′′-V0′) i′＝1,2,3,……,m
[0031] 在上式中，V0′为在参考环境温度
时空间辐射剂量仪RADFET传感器的初始阈值电压，该传感器辐射剂量与阈值电压变化曲线通过定标实验数据拟合得到，通常是多项式或指数函数。
[0032] 本发明的一种修正空间辐射剂量仪RADFET传感器的温度效应的方法优点在于：
[0033] 通过空间辐射剂量仪在轨实测的RADFET传感器阈值电压数据和环境温度数据，得到该传感器的阈值电压与温度变化之间的关系曲线，从而去除RADFET温度效应给空间辐射剂量探测带来的影响，计算出各时刻RADFET传感器仅受空间辐射影响所引起的阈值电压，并最终由定标曲线得到空间辐射的累积剂量，不需要进行传感器的地面温度试验，避免了不同传感器温度效应差别所带来的影响，该方法能够简单有效地修正RADFET传感器阈值电压。
附图说明
[0034] 图1为本发明提供的修正空间辐射剂量仪RADFET传感器的温度效应的方法
流程图。
[0035] 图2为本发明
实施例中的某卫星辐射剂量仪在轨测量的RADFET传感器阈值电压和环境温度数据。
[0036] 图3为本发明实施例中的RADFET传感器阈值电压与温度变化关系曲线。
[0037] 图4为本发明实施例中的RADFET传感器进行温度效应修正后计算得到的空间辐射累积剂量。
具体实施方式
[0038] 下面结合附图和实施例对本发明所述的一种修正空间辐射剂量仪传感器的温度效应的方法进行详细说明。
[0039] 如图1所示，本发明提供的一种修正空间辐射剂量仪RADFET传感器的温度效应的方法，该方法包括：
[0040] 步骤1)将空间辐射剂量仪执行在轨测量，在空间辐射环境宁静的一段时间内，获取RADFET传感器在若干个时刻的阈值电压和环境温度数据，空间辐射环境宁静表示不发生地磁暴和
太阳风暴的空间环境；
[0041] 步骤2)利用步骤1)中获得的阈值电压，计算得出RADFET传感器仅由空间辐射引起的阈值电压变化速率；
[0042] 步骤3)利用步骤2)中得到的阈值电压变化速率及步骤1)中部分时刻RADFET传感器的阈值电压，计算得到由于温度变化所引起的阈值电压变化，进一步计算得到RADFET传感器阈值电压与温度变化关系曲线；
[0043] 步骤4)利用步骤3)中的RADFET传感器阈值电压与温度变化关系曲线，对步骤1)中所有时刻的环境温度数据计算出温度变化所引起的阈值电压变化，利用各时刻的温度变化引起的阈值电压变化与其对应时刻RADFET传感器的阈值电压，得到修正后的阈值电压；
[0044] 步骤5)由步骤4)中得到的修正后的阈值电压计算得出空间辐射累积剂量。
[0045] 本发明的上述方法利用辐射剂量仪在轨实测的RADFET传感器阈值电压数据和环境温度数据，可有效地去除RADFET传感器的温度效应给辐射剂量探测带来的影响，不需要地面进行传感器的温度效应试验，避免了不同传感器温度效应所带来的误差。
[0046] [实施例一]
[0047] 基于上述修正空间辐射剂量仪传感器的温度效应的方法，在本实施例中，以某卫星辐射剂量仪在轨测量的RADFET传感器为例，进一步说明实施该方法具体包括以下步骤：
[0048] 步骤S1)如图2所示，将空间辐射剂量仪执行在轨测量，利用空间辐射剂量仪获取空间辐射环境宁静时连续10天不同时刻的RADFET传感器阈值电压V1,V2,V3,……,Vm，和对应的环境温度数据W1,W2,W3,……,Wm，m为获取的总数据点数。
[0049] 步骤S2)从步骤S1)获得的所有时刻阈值电压中取出第1天和最后1天任意两个具有相同温度时刻的RADFET传感器阈值电压Vi和Vj，计算仅由空间辐射引起的阈值电压变化速率ε(单位：伏特/分钟)：
[0050]
[0051] 在上式中，Tij为Vi和Vj两个阈值电压测量时刻的时间间隔(单位：分钟)。
[0052] 步骤S3)从步骤S1)获得的所有时刻阈值电压中取出12月24日环境温度由最高温度变化到最低温度时的阈值电压数据Vk,Vk+1,Vk+2,Vk+3,……,Vk+821，共计822个数据点，为了扣除空间辐射所引起电压变化影响，利用步骤S2)中得到的阈值电压变化速率计算得出这段时间内受温度变化影响所引起的各时刻传感器阈值电压Vp′：
[0053] Vp′＝Vk+p-ε×p×t p＝0,1,2,……,821
[0054] 在上式中，t为相邻两个数据点的采集时间间隔(单位：分钟)。
[0055] 步骤S4)从步骤S1)获得的所有时刻阈值电压中取出与阈值电压数据Vk,Vk+1,Vk+2,Vk+3,……,Vk+s相同时刻的RADFET传感器环境温度数据Wk,Wk+1,Wk+2,Wk+3,……,Wk+s，计算得出各时刻环境温度数据的变化值Wp′：
[0056] Wp′＝Wk+p-W0 p＝0,1,2,……,821
[0057] 在上式中，W0为环境温度参考值，通常为传感器地面定标试验时的环境温度，在本实施例中选为23℃。
[0058] 步骤S5)将步骤S3)中获得的各时刻阈值电压Vp′和步骤S4)中获得的各时刻环境温度变化值Wp′采用最小二乘法进行多项式拟合，本实施例中采用最小二乘直线拟合，得到图3中所示的RADFET传感器阈值电压V与温度变化关系曲线：
[0059] V＝V0+a×(W-23)
[0060] 在上式中，V0为拟合得到的常数项，a为拟合直线的斜率，W表示任意时刻的环境温度数据，W-W0表示任意时刻的温度变化值。
[0061] 步骤S6)利用步骤S5)中获得的RADFET传感器阈值电压与温度变化关系曲线，对步骤S1)中获得的所有时刻的环境温度数据W1,W2,W3,……,Wm计算得出温度变化影响所引起的各时刻阈值电压变化，并从RADFET传感器阈值电压中去除后得到空间辐射剂量仪RADFET传感器仅受空间辐射所引起的各时刻阈值电压Vi′′：
[0062] Vi′′＝Vi′-a×(Wi′-23) i′＝1,2,3,……,m
[0063] 在上式中，Wi’是RADFET传感器阈值电压为Vi’时所测量的RADFET传感器环境温度数据。
[0064] 步骤S7)利用定标获得的RADFET传感器辐射剂量与阈值电压变化曲线，对步骤S4)中计算得到的各时刻阈值电压Vi′′反演得出各时刻RADFET传感器的空间辐射累积剂量：
[0065] Di′＝f2(Vi′′-V0′) i′＝1,2,3,……,m
[0066] 在上式中，V0′为温度23℃时空间辐射剂量仪RADFET传感器的初始阈值电压。
[0067] 如图4所示，对空间辐射剂量仪任意时刻测量得到的阈值电压和环境温度数据，利用步骤S6)和步骤S7)能够计算得出RADFET传感器在各个时刻的空间辐射累积剂量。
[0068] 最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行
修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的
权利要求范围当中。
