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图像传感器与声音传感器耐辐照实验

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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. 

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