空间电子设备辐照防护装置

1.本实用新型涉及航空航天技术领域，特别涉及一种空间电子设备辐照防护装置。


背景技术：

2.空间电子设备在轨运行期间会暴露在复杂的空间辐射环境中，包括空间粒子辐射环境(如地球辐射带、太阳宇宙线和银河宇宙线等)、等离子体辐射环境及紫外辐射环境，并且这些空间辐射环境将不可避免地会与卫星相互作用而产生各种辐射效应，进而对星上功能材料、电子元器件及系统造成不同程度的损伤，严重时会引起电子设备在轨工作异常或故障。在所有空间仪器故障中，大约40％是由空间环境直接导致的。而在空间环境导致的仪器故障中，有36％源于等离子体环境，34％源于电离辐射环境，10.5％源于热环境，5.3％源于太阳环境。因此，根据空间仪器飞行任务要求和轨道环境的具体特点，需要对电子设备采取辐照防护措施来降低空间辐照对电子设备产生的危害，从而降低航天仪器的故障率。
3.在现有的技术中，通常采用高原子序数的金属材料(如铅、钽等)来增加等效铝屏蔽厚度的方法，加强屏蔽以提高电子元器件的抗总剂量能力。例如，常用的一种方法是对电子设备结构壳体整体加厚，使壳体等效铝屏蔽厚度满足抗辐射设计余量，这种整体防护方案会显著增加航天仪器的重量，不满足航天仪器的轻量化设计要求；另一种方法是对敏感电子元器件单独增加屏蔽措施，由于器件封装种类较多，需要针对不同封装设计特定的屏蔽防护装置。一些贴片封装器件或者如to
‑
3、to
‑
39封装器件加装屏蔽装置较困难，并且屏蔽装置与器件结合强度有安全隐患，容易形成脱离而导致电子设备短路故障，不利于提高空间仪器可靠性。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是为了克服已有技术的缺陷，提出一种空间电子设备辐照防护装置，在减轻防护装置重量的前提下，满足电子设备的辐照防护要求，并且安装简单，可靠性高。
5.为实现上述目的，本实用新型采用以下具体技术方案：
6.本实用新型提供的一种空间电子设备辐照防护装置，包括用于将一个印刷电路板固定在自身内部的电子学箱体，电子学箱体用于对印刷电路板的顶面与底面焊接的敏感电子元器件和普通电子元器件进行辐照防护，空间电子设备辐照防护装置还包括分别罩设在印刷电路板的顶面与底面的局部防护箱体，用于对印刷电路板的顶面与底面焊接的敏感电子元器件进行局部防护。
7.优选地，局部防护箱体包括一体结构的防护主壳体和防护沿，防护主壳体包括水平防护板和竖向防护板，水平防护板与竖向防护板围成一个用于容纳敏感电子元器件的腔体，防护沿从竖向防护板的端部向水平方向延伸而成。
8.优选地，在防护沿与印刷电路板之间相接触的位置垫有绝缘垫片。
9.优选地，电子学箱体包括防护侧板、防护顶板和防护底板，防护顶板、防护底板与
防护侧板围成封闭空间。
10.优选地，在防护侧板的内侧一体形成有固定座，在固定座上开设有螺纹盲孔，在防护顶板与防护底板上对应于螺纹盲孔的位置开设有螺纹通孔。
11.优选地，在电子学箱体上固定有与印刷电路板电性连接的传输端口。
12.优选地，防护沿的长度≥d
k
，其中，d
k
为防护主壳体的厚度，d
p
为印刷电路板的厚度。
13.本实用新型提供的另一种空间电子设备辐照防护装置，包括用于将至少两个印刷电路板固定在自身内部的电子学箱体，电子学箱体用于对每个印刷电路板的顶面与底面焊接的敏感电子元器件和普通电子元器件进行辐照防护，空间电子设备辐照防护装置还包括分别罩设在位于顶层的印刷电路板的表面和位于底层的印刷电路板的底面的局部防护箱体和固定在相邻两个印刷电路板之间的竖向防护结构，通过局部防护箱体与竖向防护结构对每个印刷电路板上的敏感电子元器件进行辐照防护。
14.优选地，局部防护箱体包括一体结构的防护主壳体和防护沿，防护主壳体包括水平防护板和竖向防护板，水平防护板与竖向防护板围成用于容纳敏感电子元器件的腔体，防护沿从竖向防护板的端部向水平方向延伸而成；其中，防护沿的长度≥d
k
，其中，d
k
为防护主壳体的厚度，d
p
为印刷电路板的厚度。
15.优选地，竖向防护结构包括防护竖板和从防护竖板的两端向水平方向延伸的防护外沿；其中，防护外沿的长度≥c
k
，，其中，c
k
为防护竖板的厚度，c
p
为印刷电路板的厚度。
16.本实用新型能够取得如下技术效果：
17.1、每个印刷电路板上的敏感电子元器件以行或列排布，并且多个印刷电路板上的敏感电子元器件在竖向空间上重叠，在顶层的印刷电路板的顶面和底层的印刷电路板的底面罩设局部防护箱体，以及在相邻的两个印刷电路板之间固定竖向防护结构，通过两个局部防护箱体和多层的竖向防护结构对全部印刷电路板上的敏感电子元器件进行叠加累积防护，从而达到在提高电子元器件的抗总剂量能力的同时，大幅度地减轻防护装置重量的目的。
18.2、局部防护箱体的第一防护沿和竖向防护结构的第二防护沿可以进一步屏蔽辐射线进入局部防护箱体内，避免对电子元器件造成危害，从而降低航天仪器的故障率。
19.3、局部防护箱体与竖向防护结构通过螺钉与印刷电路板固定，安装简单方便，可靠性高。
附图说明
20.图1是根据本实用新型实施例一提供的空间电子设备辐照防护装置的整体结构示意图；
21.图2是根据本实用新型实施例一提供的空间电子设备辐照防护装置的第一内部结构示意图；
22.图3是根据本实用新型实施例一提供的空间电子设备辐照防护装置的第二内部结构示意图；
23.图4是根据本实用新型实施例一提供的局部防护箱体的结构示意图；
24.图5是根据本实用新型实施例提供一的计算防护沿尺寸的示意图；
25.图6是根据本实用新型实施例二提供的空间电子设备辐照防护装置的剖视结构示意图。
26.实施例一的附图标记包括：电子学箱体1、防护侧板11、固定座111、螺纹盲孔1111、防护顶板12、螺纹通孔121、防护底板13、传输端口14、局部防护箱体2、防护主壳体21、水平防护板211、竖向防护板212、防护沿22、螺钉23、绝缘垫片24、印刷电路板3、电子元器件4；
27.实施例二的附图标记包括：电子学箱体1`、防护侧板11`、防护顶板12`、防护底板13`、局部防护箱体2`、防护主壳体21`、水平防护板211`、竖向防护板212`、防护沿22`、绝缘垫片23`、竖向防护结构3`、防护竖板31`、防护外沿32`、印刷电路板4`、敏感电子元器件5`。
具体实施方式
28.在下文中，将参考附图描述本实用新型的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
29.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，而不构成对本实用新型的限制。
30.实施例一
31.如图1
‑
图5所示，本实用新型实施例一提供的空间电子设备辐照防护装置，包括：电子学箱体1和局部防护箱体2，电子学箱体1起到两个作用，第一个作用是将一个印刷电路板3固定在自身内部，第二个作用是对印刷电路板3上的电子元器件进行初步辐照防护，局部防护箱体2分别罩设在印刷电路板3的顶面与底面，具体罩设在印刷电路板3上的部分电子元器件的外部，以对该部分电子元器件进行进一步的防护。
32.在实际应用时，先对电子元器件进行分类，主要分为两类，一类为通过电子学箱体1达到防护效果无需进一步防护的普通电子元器件，另一类为需要进一步防护的敏感电子元器件4，将敏感电子元器件4聚集在一起形成敏感电子元器件阵列，焊接在印刷电路板3的顶面与底面，然后再将局部防护箱体2罩设在敏感电子元器件阵列的外部，对敏感电子元器件阵列进行进一步的防护。
33.下面对电子学箱体1和局部防护箱体2的具体结构进行详述。
34.电子学箱体1包括防护侧板11、防护顶板12和防护底板13，防护顶板12和防护底板13与防护侧板11围成封闭空间的棱柱体(图中示例性的示出了四棱柱)，在防护侧板11的内侧一体形成有固定座111，在固定座111上开设有螺纹盲孔1111，在防护顶板12与防护底板13上对应于螺纹盲孔1111的位置开设有螺纹通孔121，防护顶板12与防护底板13通过螺钉与防护侧板11固定连接。
35.印刷电路板3同样可以通过螺钉固定方式与防护侧板11固定，从而固定在电子学箱体1的内部。
36.在防护侧板11上还通过螺钉固定有传输端口14，传输端口14与印刷电路板3电性连接，用于向印刷电路板3供电以及传输数据。
37.局部防护箱体2包括一体成型结构的防护主壳体21和防护沿22，防护主壳体21包括水平防护板211和竖向防护板212，水平防护板211的数量为至少三个，竖向防护板212的数量为一个，水平防护板211与竖向防护板212围成一个用于容纳敏感电子元器件阵列的腔体，防护沿22沿着竖向防护板212的端部向水平方向延伸而成，防护沿22与防护主壳体21形成类似于草帽的形状。
38.防护沿22通过螺钉23固定在印刷电路板3上，在防护沿22与印刷电路板3之间接触的位置垫有绝缘垫片24。
39.如果局部防护箱体2只具有防护主壳体21，而不具有向外延伸的防护沿22，则会存在辐射线射入局部防护箱体2内部的情况，防护主壳体21向外延伸的防护沿22可以保证辐射线不会射入局部防护箱体2的内部。
40.防护主壳体21、防护沿22及电子学箱体1均由屏蔽材料制作而成。
41.防护主壳体21的厚度计算方法如下：
42.先计算敏感的电子元器件所受到的辐射总剂量，再用该辐射剂量减去敏感的电子元器件所能承受的辐射剂量，即为防护主壳体21所要吸收的辐照剂量，根据该辐照剂量求得防护主壳体21所使用的屏蔽材料的厚度。
43.防护沿22的尺寸计算方式如下：
44.防护沿22的长度≥d
k
，其中，d
k
为防护主壳体21(即竖向防护板212)的厚度，d
p
为印刷电路板3的厚度。
45.作为优选地实施方式，防护沿22的长度＝d
k
，，防护沿22选择该尺寸时，能够屏蔽辐射线进入局部防护箱体2内。
46.防护沿22在保证能够屏蔽辐射线的情况下，尽量避免增大其尺寸，厚度与长度的增加都会增加防护沿22的重量，导致航天仪器整体重量的增加。
47.实施例二
48.如图6所示，本实用新型实施例二提供的空间电子设备辐照防护装置，包括电子学箱体1`、局部防护箱体2`和竖向防护结构3`，电子学箱体1`起到两个作用，第一个作用是将至少两个印刷电路板4`固定在自身内部，第二个作用是对每个印刷电路板4`的顶面与底面焊接的所有电子元器件进行初步辐照防护，局部防护箱体2`的数量为两个，分别罩设在位于顶层的印刷电路板4`的顶面和位于底层的印刷电路板4`的底面，具体罩设在两个印刷电路板4`上的部分电子元器件的外部，竖向防护结构3`固定在相邻的两个印刷电路板4`之间，防护结构3`的一端与一个印刷电路板4`的顶面固定连接，防护结构3`的另一端与另一个印刷电路板4`的底面固定连接，用于将部分电子元器件围在其中，通过局部防护箱体2`和竖向防护结构3`对该部分电子元器件进行进一步的辐射防护。
49.在实际应用时，先对电子元器件进行分类，主要分为两类，一类为通过电子学箱体1`达到防护效果无需进一步防护的普通电子元器件，另一类为需要进一步防护的敏感电子元器件5`，将敏感电子元器件5`聚集在一起形成敏感电子元器件阵列，焊接在印刷电路板4
`的顶面与底面，尽量保持每个印刷电路板4`的顶面与底面焊接的敏感电子元器件阵列在竖向空间重叠，然后在位于顶层的印刷电路板4`的顶面和位于底层的印刷电路板4`的底面分别罩设局部防护箱体2`，以及在相邻的两个印刷电路板4`之间固定竖向防护结构3`，实现对敏感电子元器件5`的叠加累积防护，且为仅对敏感电子元器件5`的局部防护。
50.下面对电子学箱体1`、局部防护箱体2`和竖向防护结构3`的具体结构进行详述。
51.电子学箱体1`包括防护侧板11`、防护顶板12`和防护底板13`，防护顶板12`和防护底板13`与防护侧板11`围成封闭空间的棱柱体，防护顶板12`与防护底板13`通过螺钉与防护侧板11`固定连接。
52.印刷电路板4`同样可以通过螺钉固定方式与防护侧板11`固定，从而固定在电子学箱体1`的内部。
53.局部防护箱体2`包括一体成型结构的防护主壳体21`和防护沿22`，防护主壳体21`包括水平防护板211`和竖向防护板212`，水平防护板211`的数量为至少三个，竖向防护板212`的数量为一个，水平防护板211`与竖向防护板212`围成一个用于容纳敏感电子元器件阵列的腔体，防护沿22`沿着竖向防护板212`的端部向水平方向延伸而成，防护沿22`与防护主壳体21`形成类似于草帽的形状。
54.防护沿22`通过螺钉固定在印刷电路板4`上，在防护沿22`与印刷电路板4`之间接触的位置垫有绝缘垫片23`。
55.如果局部防护箱体2`只具有防护主壳体21`，而不具有向外延伸的防护沿22`，则会存在辐射线射入局部防护箱体2`内部的情况，防护主壳体21`向外延伸的防护沿22`可以保证辐射线不会射入局部防护箱体2`的内部。
56.防护主壳体21`、防护沿22`及电子学箱体1`均由屏蔽材料制作而成。
57.防护主壳体21`的厚度计算方法如下：
58.先计算敏感的电子元器件所受到的辐射总剂量，再用该辐射剂量减去敏感的电子元器件所能承受的辐射剂量，即为防护主壳体21`所要吸收的辐照剂量，根据该辐照剂量求得防护主壳体21`所使用的屏蔽材料的厚度。
59.防护沿22`的尺寸计算方式如下：
60.防护沿22`的长度≥d
k
，其中，d
k
为防护主壳体21`(即竖向防护板212`)的厚度，d
p
为印刷电路板4`的厚度。
61.作为优选地实施方式，防护沿22`的长度＝d
k
，，防护沿22`选择该尺寸时，能够屏蔽辐射线进入局部防护箱体2`内。
62.竖向防护结构3`包括防护竖板31`和从防护竖板31`的两端向水平方向延伸的防护外沿32`，防护外沿32`通过螺钉固定在印刷电路板4`上，在防护外沿32`与印刷电路板4`之间接触的位置垫有绝缘垫片23`。
63.防护外沿32`的长度≥c
k
，其中，c
k
为防护竖板的厚度，c
p
为印刷电路板的厚度。
64.防护沿22`和防护外沿32`在保证能够屏蔽辐射线的情况下，尽量避免增大其尺
寸，厚度与长度的增加都会增加防护沿22`和防护外沿32`的重量，导致防护装置整体重量的增加。
65.本实用新型在相邻的两个印刷电路板4`之间固定竖向防护结构3`的目的是减轻防护装置的整体重量。如果在每个印刷电路板4`的顶面与底面分别罩设局部防护箱体2`，会增加防护装置的整体重量，而固定竖向防护结构3`，相比局部防护箱体2`可以节省水平防护板211`，多个局部防护箱体2`则会节省多个水平防护板211`，大幅度地减轻防护装置的重量。
66.使敏感电子元器件阵列在竖向空间重叠的目的是使相对外层的局部防护箱体和竖向防护结构都能够对相对内层的敏感电子元器件起到防护作用，以实现叠加累积防护。
67.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
68.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
69.以上本实用新型的具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何根据本实用新型的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围内。