RU2778744C1 - Method for testing radio-electronic equipment for resistance to the impact of a pulse of gamma radiation - Google Patents

Abstract

FIELD: radio-electronic equipment testing.

SUBSTANCE: invention relates to a method for testing radio-electronic equipment (REE) for resistance to the effects of a pulse of gamma radiation (GRP) at elevated temperatures. The method provides for the use of a flexible electric heater, consisting of conductive threads built into a thermal fabric base, the placement of an electric heater on the outer surface of the electronic equipment, ensuring uniform heating of the electronic equipment to a predetermined temperature, as well as determining the thickness of the electric heater, taking into account the attenuation of the level of the acting gamma radiation.

EFFECT: reproduction of the given thermal mode of REE, adequate to the real conditions of its operation, and the given level of exposure to GRP during REE tests both in atmospheric conditions and in vacuum.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области испытаний радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), функционирующей в условиях повышенной температуры, на стойкость к воздействию импульса гамма-излучения (ИГИ).The invention relates to the field of testing radio-electronic equipment (REA), operating at elevated temperatures, for resistance to the effects of a pulse of gamma radiation (IGI).

Требования к проведению радиационных испытаний РЭА образцов вооружения военной и специальной техники задаются с учетом различных условий ее применения: в атмосферных условиях или в условиях космического пространства (в вакууме). Кроме того, значительное количество моделирующих установок (МУ) в своем составе имеют вакуумные камеры, позволяющие воспроизводить более высокие параметры ИГИ по сравнению с атмосферными условиями. В общем случае радиационная стойкость РЭА должна определяться в режимах функционирования, наиболее критичных к испытательному воздействию. Известно, что повышение температуры элементов РЭА в результате самонагрева или воздействия внешних факторов может быть причиной снижения стойкости к воздействию ИГИ и приводить к отказам аппаратуры, вплоть до катастрофических. Таким образом, испытания РЭА на стойкость к воздействию ИГИ целесообразно проводить в тепловых режимах, наиболее близких к максимально допустимой температуре ее функционирования.The requirements for radiation testing of electronic equipment for weapons of military and special equipment are set taking into account various conditions of its use: in atmospheric conditions or in outer space (in vacuum). In addition, a significant number of simulation facilities (MUs) have vacuum chambers in their composition, which make it possible to reproduce higher IPG parameters compared to atmospheric conditions. In the general case, the radiation resistance of REE should be determined in the modes of operation that are most critical to the test impact. It is known that an increase in the temperature of electronic equipment elements as a result of self-heating or the impact of external factors can cause a decrease in resistance to the impact of IPG and lead to equipment failures, up to catastrophic ones. Thus, it is expedient to test CEA for resistance to IPG in thermal conditions closest to the maximum allowable temperature of its operation.

Известны способы радиационных испытаний элементов РЭА, как правило, отдельных электронных плат или интегральных микросхем, в которых нагрев до требуемой температуры осуществляется с помощью подложек с нагревательными элементами, выполненными в виде печатных проводников, по которым пропускают электрический ток [1], либо с помощью омических нагревательных элементов, выполненных, например, в виде чип-резистора, который в процессе работы выделяет со своей поверхности достаточное количество тепла [2], или теплопроводящих пластин [3]. Общим недостатком способов является невозможность равномерного нагрева относительно крупных образцов РЭА из-за большой неравномерности распределения температуры по ее объему.There are known methods for radiation testing of electronic equipment elements, as a rule, individual electronic circuit boards or integrated circuits, in which heating to the required temperature is carried out using substrates with heating elements made in the form of printed conductors through which an electric current is passed [1], or with the help of ohmic heating elements made, for example, in the form of a chip resistor, which releases a sufficient amount of heat from its surface during operation [2], or heat-conducting plates [3]. A common disadvantage of the methods is the impossibility of uniform heating of relatively large CEA samples due to the large uneven distribution of temperature over its volume.

Известен способ термостабилизации электронной аппаратуры путем пропускания теплоносителя через микроканальный теплообменник, установленный на электронной аппаратуре [4]. Недостатком способа являются относительно большие размеры системы термостабилизации, включающей термоэлектрические модули с гидравлическим контуром микроканального теплообменника, что не позволяет разместить нагреваемую РЭА в испытательном объеме с допустимой неравномерностью распределения параметров излучений, особенно в вакуумной камере моделирующих установок, имеющих ограниченные габаритные размеры.A known method of thermal stabilization of electronic equipment by passing the coolant through a microchannel heat exchanger installed on the electronic equipment [4]. The disadvantage of this method is the relatively large size of the thermal stabilization system, including thermoelectric modules with a hydraulic circuit of a microchannel heat exchanger, which does not allow placing a heated REE in a test volume with an acceptable uneven distribution of radiation parameters, especially in a vacuum chamber of modeling installations with limited overall dimensions.

Известно техническое решение, реализованное при создании установки для задания и стабилизации температуры полупроводниковых приборов и интегральных схем в диапазоне от -60°С до +150°С при проведении имитационных лазерных и рентгеновских испытаний [5] за счет нагрева или охлаждения потока воздуха, подводимого к объекту испытаний. Однако данный способ также не применим для реализации в условиях вакуума.Known technical solution implemented in the creation of installations for setting and stabilizing the temperature of semiconductor devices and integrated circuits in the range from -60°C to +150°C during simulation laser and x-ray tests [5] by heating or cooling the air flow supplied to test object. However, this method is also not applicable for implementation under vacuum conditions.

Наиболее близкое техническое решение по воспроизведению теплового режима РЭА при радиационных испытаниях предложено в способе-прототипе [6] заявляемого изобретения. Оно заключается в применении термокамеры с теплоизолированными стенками и нагревательно-охлаждающей системой термостатирования, куда помещают платы с облучаемыми элементами электроники. Недостатком данного технического решения является низкая эффективность его применения при проведении испытаний РЭА на стойкость к воздействию ИГИ. Это обусловлено значительным ослаблением термокамерой интенсивности гамма-излучения и тем самым невозможностью обеспечения требуемых уровней испытательного воздействия за импульс длительностью от единиц до десятков наносекунд.The closest technical solution for reproducing the thermal regime of REA during radiation tests is proposed in the prototype method [6] of the claimed invention. It consists in the use of a heat chamber with heat-insulated walls and a heating-cooling temperature control system, where boards with irradiated electronic elements are placed. The disadvantage of this technical solution is the low efficiency of its application when testing REA for resistance to the effects of IGI. This is due to the significant attenuation of the intensity of gamma radiation by the thermal chamber and, therefore, the impossibility of providing the required levels of test exposure for a pulse with a duration from units to tens of nanoseconds.

Технический результат изобретения заключается в воспроизведении заданного теплового режима РЭА, адекватного реальным условиям ее эксплуатации, и заданного уровня воздействия ИГИ при проведении испытаний РЭА как в атмосферных условиях, так и в вакууме.The technical result of the invention consists in reproducing the given thermal regime of REA, adequate to the actual conditions of its operation, and the given level of exposure to IPG during testing of REA both in atmospheric conditions and in vacuum.

Технический результат достигается за счет применения гибкого электронагревателя, состоящего из токопроводящих нитей, встроенных в термотканевую основу, размещения электронагревателя на внешней поверхности РЭА, обеспечивая равномерный нагрев РЭА до заданной температуры, а также определения толщины электронагревателя с учетом ослабления уровня воздействующего гамма-излучения.The technical result is achieved through the use of a flexible electric heater, consisting of conductive threads embedded in a thermal fabric base, placing the electric heater on the outer surface of the electronic equipment, ensuring uniform heating of the electronic equipment to a predetermined temperature, and also determining the thickness of the electric heater, taking into account the attenuation of the level of the acting gamma radiation.

Проверка способа проведена на МУ Транс-4-1, представляющей собой сильноточный генератор импульсного тормозного излучения гамма-рентгеновского диапазона. Излучение этой установки является симметричным относительно ее продольной оси. Устройство вывода излучения позволяет проводить облучение объектов как при атмосферных условиях, так и в вакуумной камере (при остаточном давлении порядка 10^-4 мм рт.ст.).The method was tested on MU Trans-4-1, which is a high-current generator of pulsed bremsstrahlung in the gamma-X-ray range. The radiation of this setup is symmetrical with respect to its longitudinal axis. The radiation output device makes it possible to irradiate objects both under atmospheric conditions and in a vacuum chamber (at a residual pressure of about 10 ^-4 mm Hg).

Для нагрева РЭА использовался гибкий нагреватель, представляющий собой синтетическую термотканевую основу толщиной 0,3 мм с вплетенными в нее токопроводящими углеродными нитями, расположенными по всей внешней поверхности РЭА с интервалом 2 см для обеспечения равномерного нагрева блока.To heat the CEA, a flexible heater was used, which is a synthetic thermal fabric base 0.3 mm thick with conductive carbon threads woven into it, located along the entire outer surface of the CEA with an interval of 2 cm to ensure uniform heating of the block.

На фиг. 1 представлены результаты экспериментального определения «прозрачности» гибкого нагревателя. Ослабляющие свойства нагревателя определялись путем сравнения результатов измерения максимальной мощности экспозиционной дозы P_X при различных уровнях воздействия гамма-рентгеновского излучения МУ Транс-4-1 с помощью алмазного дозиметра САД-1М и термолюминесцентных детекторов ДТГ-4, установленных на внешней поверхности гибкого нагревателя (позиция 1 на фиг. 1) и внутренней (позиция 2 на фиг. 1).In FIG. 1 shows the results of experimental determination of the "transparency" of a flexible heater. The attenuating properties of the heater were determined by comparing the results of measuring the maximum exposure dose rate P _X at different levels of exposure to gamma-ray radiation MU Trans-4-1 using a diamond dosimeter SAD-1M and thermoluminescent detectors DTG-4 installed on the outer surface of the flexible heater (position 1 in Fig. 1) and internal (item 2 in Fig. 1).

На фиг. 2 и фиг. 3 представлены результаты экспериментов по нагреву блока РЭА с габаритными размерами 70 мм × 70 мм × 150 мм соответственно при атмосферных условиях и в вакууме. Масса блока 0,7 кг, корпус выполнен из стали толщиной 0,8 мм. Внутри блока на печатной плате с радиатором из алюминия размещена микросхема 142ЕН5А - линейный стабилизатор напряжения питания (на 5 В и 5 А). Режим нагрева контролировался с помощью специально разработанной программируемой системы, построенной на стандартном промышленном контроллере и включающей в себя блоки мониторинга температуры в нескольких контрольных точках (до 4-х) внутри (штриховые линии) и на поверхности (сплошные линии) РЭА.In FIG. 2 and FIG. Figure 3 shows the results of experiments on heating a CEA block with overall dimensions of 70 mm × 70 mm × 150 mm, respectively, under atmospheric conditions and in vacuum. The mass of the block is 0.7 kg, the body is made of steel 0.8 mm thick. Inside the block, on a printed circuit board with an aluminum heatsink, there is a 142EN5A microcircuit - a linear supply voltage regulator (for 5 V and 5 A). The heating mode was controlled using a specially developed programmable system built on a standard industrial controller and including temperature monitoring units at several control points (up to 4) inside (dashed lines) and on the surface (solid lines) of the REA.

В результате проведенных исследований установлено, что применение для нагрева РЭА гибкого электронагревателя из токопроводящих нитей, встроенных в термотканевую основу, не приводит к ослаблению параметров ИГИ при радиационных испытаниях, что позволяет воспроизводить заданные уровни воздействия при нагреве РЭА до температур, адекватных реальным условиям ее эксплуатации.As a result of the studies, it was found that the use of a flexible electric heater for heating REA from conductive filaments embedded in a thermal fabric base does not lead to a weakening of the IPG parameters during radiation tests, which makes it possible to reproduce the specified exposure levels when REA is heated to temperatures adequate to the actual conditions of its operation.

По сравнению с другими аналогами предлагаемый способ является более простым при его реализации, не требует больших финансовых затрат и может применяться при испытаниях РЭА на стойкость к воздействию ИГИ не только в атмосферных условиях, но и в условиях вакуума.Compared with other analogues, the proposed method is simpler in its implementation, does not require large financial costs and can be used in testing CEA for resistance to the effects of IPG not only in atmospheric conditions, but also in vacuum conditions.

ЛитератураLiterature

1. Прыщак А.В., Егоров А.Н., Иванов В.Е. и др. Многослойная печатная плата с возможностью подогрева элементов радиоэлектронной аппаратуры в условиях воздействия экстремальных отрицательных температур. Полезная модель, патент РФ №166556, 2016.1. Pryshchak A.V., Egorov A.N., Ivanov V.E. Multilayer printed circuit board with the possibility of heating elements of radio-electronic equipment under the influence of extreme negative temperatures. Utility model, RF patent No. 166556, 2016.

2. Крутов С.В., Стратилатов К.С. Устройство стабилизации температуры электронных компонентов. Патент РФ на изобретение №2529852, 2014.2. Krutov S.V., Stratilatov K.S. Temperature stabilization device for electronic components. RF patent for invention No. 2529852, 2014.

3. Бесецкий А.В., Емельянов В.В., Озеров А.И. и др. Особенности испытаний ПЛИС на воздействие ТЗЧ при различных температурах. Научно-технический сборник «Тезисы докладов 15 Всероссийской научно-технической конференции «Стойкость-2012», 5-6 июня 2012.3. Besetskii A.V., Emelyanov V.V., Ozerov A.I. et al. Features of FPGA testing for the effect of TZCH at various temperatures. Scientific and technical collection "Abstracts of the 15th All-Russian Scientific and Technical Conference "Resistance-2012", June 5-6, 2012.

4. Дроздов И.Г., Иванов А.С., Калинин Ю.Е. и др. Способ термостабилизации электронной аппаратуры. Патент РФ на изобретение №2630948, 2017.4. Drozdov I.G., Ivanov A.S., Kalinin Yu.E. etc. The method of thermal stabilization of electronic equipment. RF patent for invention No. 2630948, 2017.

5. Артамонов А.С. Установка для задания и стабилизации температуры ПП и ИС при проведении имитационных испытаний. Научно-технический сборник «Радиационная стойкость электронных систем - Стойкость-2003». - М.: МИФИ, 2003.5. Artamonov A.S. Installation for setting and stabilizing the temperature of the PCB and IC during simulation tests. Scientific and technical collection "Radiation resistance of electronic systems - Resistance-2003". - M.: MEPhI, 2003.

6. Воробьев А.С., Иванов Е.М., Михеев Г.Ф. Устройство для радиационного облучения и испытаний надежности электроники авиакосмического назначения к воздействию нейтронов с использованием ускорителя заряженных частиц. Патент РФ на изобретение №2668997, 2018.6. Vorobyov A.S., Ivanov E.M., Mikheev G.F. A device for radiation exposure and testing the reliability of aerospace electronics to neutrons using a charged particle accelerator. RF patent for invention No. 2668997, 2018.

Claims (1)

Способ испытаний радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) на стойкость к воздействию импульса гамма-излучения (ИГИ), основанный на воспроизведении воздействия заданного уровня ИГИ на РЭА, нагретую с помощью внешнего источника тепла, отличающийся тем, что в качестве источника тепла применяют гибкий электронагреватель, состоящий из токопроводящих нитей, встроенных в термотканевую основу, при этом электронагреватель размещают на поверхности РЭА, обеспечивая равномерный нагрев РЭА до заданной температуры, а толщину электронагревателя определяют с учетом ослабления уровня воздействующего гамма-излучения.A method for testing radio-electronic equipment (REE) for resistance to the effects of a gamma-ray pulse (GRP), based on reproducing the effect of a given level of GRP on a REA heated by an external heat source, characterized in that a flexible electric heater is used as a heat source, consisting of conductive threads built into the thermal fabric base, while the electric heater is placed on the CEA surface, ensuring uniform heating of the CEA to a predetermined temperature, and the thickness of the electric heater is determined taking into account the attenuation of the level of the acting gamma radiation.

Images