第２５卷第３期 南华大学学报（自然科学版） Ｖ０１．２５ Ｎｏ．３ ２０１１年９月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ（Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ） Ｓｅｐ．２０１１ 文章编号：１６７３—００６２（２０１１）０３—０３１—０４ 图像传感器与声音传感器耐辐照实验 邓 骞 ，赵立宏 ，左夏茂 ，王 建。 （１．南华大学机械工程学院，湖南衡阳４２１００１；２．南华大学电气工程学院，湖南衡阳４２１００１： ３．南华大学核科学技术学院，湖南衡阳４２１００１） 摘 要：高辐照环境下的监测技术与传统监测技术有很大的不同，对传感器、放大电 路以及传输电缆的耐辐照性能有很高的要求．通过对半导体器件的辐射效应的研究 以及对比实验发现，动圈式声音传感器的耐辐照性能高出ＣＭＯＳ图像传感器几个数 量级，对核设施运行时所产生的音频信号进行故障诊断提供了有力的硬件支持． 关键词：ＣＭＯＳ图像传感器；动圈式声音传感器：耐辐照性能 中图分类号：ＴＮ３０４．２ ５ 文献标识码：Ｂ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｏｆ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ ａｎｄ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｓｅｎｓｏｒ ＤＥＮＧ Ｑｉａｎ ，ＺＨＡＯ Ｌｉ－ｈｏｎｇ ，ＺＵＯ Ｘｉａ．ｍａｏ ，Ｗａｎｇ Ｊｉａｎ。 （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ，Ｈｅｎｇｙａｎｇ，Ｈｕｎａｎ ４２１００１，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ，Ｈｅｎｇｙａｎｇ，Ｈｕｎａｎ ４２１００１，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ，Ｈｅｎｇｙａｎｇ，Ｈｕｎａｎ ４２１００１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｈｉｇｈ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｉｓ ｖｅｒｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｒｏｍ ｔｒａｄｉ— ｔｉｏｎａｌ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄ ｔｈｅｒｅ ｉｓ ａ ｈｉｇｈ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｏ ｓｅｎｓｏｒｓ， ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｃａｂｌｅ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｍｏｖ． ｉｎｇ・ｃｏｉｌ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｓｅｎｓｏｒ ｉｓ ａｂｏｖｅ ＣＭＯＳ ｉｍａｇｅ ｓｅｎｓｏｒ ｓｅｖｅｒａｌ ｏｒｄｅｒｓ ｏｆ ｍａｇｎｉｔｕｄｅ．Ｔｈｉｓ ｐｒｏ— ｖｉｄｅｓ ａ ｐｏｗｅｒｆｕｌ ｈａｒｄｗａｒｅ ｓｕｐｐｏｒｔ ｔｏ ｔｈａｔ ｆａｕｌｔ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃａｐｔｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ａｎ－ ｄｉｏ ｓｉｇｎａｌ ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｎｕｃｌｅａｒ ｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ ａｒｅ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ． ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＣＭＯＳ ｉｍａｇｅ ｓｅｎｓｏｒ；ｍｏｖｉｎｇ—ｃｏｉｌ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｓｅｎｓｏｒ；ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ 故障诊断系统需要通过传感器采集被测系统 了能监测的信息种类，高辐照环境下的信号监测 产生的振动、噪声、温度等信号．但能在高辐射环 与常规的状态监测完全不同．所处高辐照环境下 境下长期工作的传感器没有成熟产品，这就 核设施结构复杂，人员难以靠近，常规的办法是采 收稿日期：２０１１—０８—０８ 基金项目：国防基础科研计划基金资助项目（Ｂ３７２０１ １０００１） 作者简介：邓骞（１９８６一），男，湖南衡阳人，南华大学机械工程学院硕士研究生．主要研究方向：机电一体化技术 通讯作者． 南华大学学报（自然科学版） ２０１１年９月 ２．３实验结果讨论 动圈式声音传感器主要为机械式结构．据相 关文献记载，永磁体耐受十万Ｇｙ的辐照剂量后， 其磁性性能无明显变化．传感器内部没有耐辐照 性能差的电子元器件，在受到高剂量辐照后仍然 能够正常工作． 本次实验设计之初，考虑到带电粒子穿过传感 器磁力线可能引入噪声引起信噪比过低而无法识 别出信号，但实验结果表明传感器在高辐照环境中 仍然能够正常工作．电铃产生的声音频率分量最大 的为６ ９６０ Ｈｚ，其次为４ ６２０ Ｈｚ，２ ６００ Ｈｚ，９ ６７０ Ｈｚ 等，５０ Ｈｚ为工频干扰，是所有干扰中最大的一部 分．通过实验结果对比发现，辐照前后信号的频率 分量以及幅值没有发生明显的变化，这表明声音传 感器的频幅响应曲线以及灵敏度等几个关键性能 指标没有发生明显变化． ３结论 本文对处于高辐照环境下ＣＭＯＳ图像传感器 与动圈式声音传感器的耐辐照性能进行了研究与 实验验证，以机械结构为主的动圈式声音传感器 的耐辐照性能比集成度很高半导体器件ＣＭＯＳ图 像传感器高出几个数量级．耐辐照传感器的正确 选择将为故障诊断提供有力的硬件支持．确定了 传感器的类型，后续工作将对核设施运行时所产 生的音频信号进行基于隐马尔可夫模型ＨＭＭ （Ｈｉｄｄｅｎ Ｍａｒｋｏｖ Ｍｏｄｅ１）故障诊断． 参考文献： ［１］冯长建．ＨＭＭ动态模式识别的理论、方法以及在旋转机 械故障诊断中的应用［Ｄ］．浙江：浙江大学，２Ｏ０２：６１－（￣． ［２］汪黎黎．空间辐射环境对ＣＭＯＳ图像传感器性能影响 的试验研究［Ｄ］．黑龙江：哈尔滨工业大学，２００９． ［３］杨仕清，张万里，龚捷．稀土永磁体的 辐照效应研究 ［Ｊ］．功能材料，２０００，３１（３）：２５０－２５２． ［４］刘永阔，夏虹，谢春丽．核电设备状态监测与故障诊断 系统的研究［Ｊ］．原子能科学技术，２００８，４２（３）： ２００．２０５． 『５］Ｇｏｒｄｏｎ Ｒ Ｈ。Ａｌｉ Ｍ，Ｒｅｎｏ Ｈ Ｓ．Ｒａｄｉｍｉｏｎ ｅｆｅｃｔｓ ｏｎ ａ ｒａ￣１ｉａ－ ｔｉｏｎ—ｔｏｌｅｒａｎｔ ＣＭＯＳ ａｃｔｉｖｅ ｐｉｘｅｌ ｓｅｎｓｏｒ『Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ｏｎ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ，２ＯＯ４，５１：２７５３－２７６２． ［６］Ｇａｌｌｏｗａｙ Ｋ Ｆ，Ｓｅｈｒｉｍｐｔ Ｐ Ｄ．ＭＯＳ Ｄｅｖｉｃｅ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｄｕｅ ｔｏ ｔｏｔａｌ ｄｏｓｅ ｉｏｎｉｚｉｎｇ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｎａｔｕｒａｌ ｓｐａｃｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ：ａ ｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．Ｍｉｃｒｏ—ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｊ．１９９０，２１： ６７＿８１． ［７］周彦平，王晓明，常国龙．图像传感器的辐射实验 ［Ｊ］．红外与激光工程，２０１１，４０（７）：１２７１—１２７３。 ［８］陈盘训．半导体器件和集成电路的辐射效应［Ｍ］．北 京：国防工业出版社， ． ［９］孟祥提，康爱国，黄强． 射线辐照对数字型彩色 ＣＭＯＳ图像传感器输出特性的影响［Ｊ］．原子能科学 技术，２００４，３８：２３１－２３３． ［１０］马孝江，王凤利，蔡悦．局域波时频分析在转子系统 早期故障诊断中的应用研究［Ｊ］．中国电机工程学 报，２００４，２４（３）：１６１—１６４． ［１１］王乃彦．核电站安全性分析［Ｊ］．世界科技研究与发 展，２００２，２４（６）：１４－１７．
