CN105738941B - 一种基于静电偏转的空间能量粒子的能谱测量装置 - Google Patents

一种基于静电偏转的空间能量粒子的能谱测量装置 Download PDF

Info

Publication number
CN105738941B
CN105738941B CN201410768887.9A CN201410768887A CN105738941B CN 105738941 B CN105738941 B CN 105738941B CN 201410768887 A CN201410768887 A CN 201410768887A CN 105738941 B CN105738941 B CN 105738941B
Authority
CN
China
Prior art keywords
dimensional energy
measurement device
energy particle
spectral measurement
aperture plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201410768887.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105738941A (zh
Inventor
杨垂柏
曹光伟
孔令高
张珅毅
张贤国
荆涛
张斌全
梁金宝
孙越强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kunshan Zhongke Space Technology Co ltd
Original Assignee
National Space Science Center of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Space Science Center of CAS filed Critical National Space Science Center of CAS
Priority to CN201410768887.9A priority Critical patent/CN105738941B/zh
Publication of CN105738941A publication Critical patent/CN105738941A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105738941B publication Critical patent/CN105738941B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

一种基于静电偏转的空间能量粒子的能谱测量装置，包括：准直器、静电偏转栅网、位置灵敏传感器、电子学部分及机壳，其中准直器用于限定空间能量粒子的测量范围，静电偏转栅网用于偏转能谱待测量的空间能量粒子，使具有不同能量的空间能量粒子在不同位置处偏离出静电偏转栅网，位置灵敏传感器用于探测经静电偏转栅网偏转后的空间能量粒子并提供电信号，电子学部分用于对位置灵敏传感器提供的电信号进行处理，以提供反映空间粒子的能谱信号。

Description

一种基于静电偏转的空间能量粒子的能谱测量装置
技术领域
本发明涉及空间探测技术领域，尤其涉及一种用于测量空间能量粒子的能谱的测量装置。
背景技术
自从人类首次发射升空卫星后发现了地球辐射带以来，能量范围在1keV到数MeV之间的空间能量粒子(包括电子、质子及其他离子)就引起了人们广泛的兴趣。空间能量粒子存在于地球磁层各个区域及其边界层，是磁层中出现极光、磁暴、高能电子暴等许多空间物理现象的重要诱因，是太阳风-磁层-电离层能量耦合与传输过程中的重要媒介。关于带电粒子在磁层内的加速机制的问题及其起源问题是空间能量粒子研究中尚待解决的两个最基本的问题。同时，带电粒子是造成卫星各类辐射效应的源，包括辐射剂量效应、单粒子效应及卫星充放电效应。带电粒子能谱分布是研究磁层物理过程的重要依据，也是卫星防护设计和管理的重要依据。获得带电粒子的能谱是准确地评估空间辐射环境、建立各类辐射带模型的基础，是开展各类辐射效应评估的输入，因此，开展空间能量粒子的能谱测量具有十分重要的科学和工程意义，是目前卫星测量的常规内容。
空间能量粒子的能谱测量可以采用各种方法，包括望远镜法及磁场偏转法，但是这些方法都存在着不足之处。望远镜测量法是利用叠加的几片半导体传感器结合后续电路来测量空间能量粒子的能谱，但是这种方法存在着低能粒子的散射引起的测量误差较大的缺陷；而磁场偏转法存在着空间能量粒子的入射角度范围有限、利用这种方法的测量装置重量较大并且存在着磁场泄漏的风险等。
发明内容
因此，为了克服上述问题，本发明提供一种基于静电偏转的空间能量粒子的能谱测量装置，该装置利用静电栅网对空间能量粒子流进行偏转，带有不同能量的空间能量粒子在行进过程中便会由于其能量不同而在不同位置处偏转出静电栅网，偏转出静电偏转栅网后的空间能量粒子被静电加速栅网加速，之后，被加速的空间能量粒子被传感器测量到。相对于磁场偏转法和望远镜法而言，在实现相同的能量测量范围和能量分辨率的需求下，本发明的装置可以实现低端误差更小、从而可以提高空间能量粒子的能谱测量数据的质量。
为实现上述目的，本发明的基于静电偏转地方空间能量粒子的能谱测量装置包括：准直器、静电偏转栅网、位置灵敏传感器、电子学部分及机壳，其中准直器用于限定空间能量粒子的测量范围，静电偏转栅网用于偏转能谱待测量的空间能量粒子，使具有不同能量的空间能量粒子在不同位置处偏离出静电偏转栅网，位置灵敏传感器用于探测经静电偏转栅网偏转后的空间能量粒子并提供电信号，电子学部分用于对位置灵敏传感器提供的电信号进行处理，以提供反映空间粒子的能谱信号。
优选地，本发明的基于静电偏转地方空间能量粒子的能谱测量装置还包括静电加速栅网，静电加速栅网用于加速偏转出静电偏转栅网后的空间能量粒子，经加速后的空间能量粒子再入射到位置灵敏传感器上。
优选地，所述的准直器采用铝合金材料制成，厚度为不小于2mm。
优选地，所述的静电偏转栅网采用金属材料制成，空间能量粒子的透过率不低于10％。
优选地，所述的静电加速栅网采用金属材料制成，空间能量粒子的透过率不低于10％。
优选地，所述的位置灵敏传感器为一维半导体传感器，利用在传感器的不同位置处收集到的电信号不同而给出空间能量粒子在传感器上的位置。优选地，采用厚度为不小于0.1mm、小于3mm、灵敏面积不小于2mm×2mm的硅或金刚石类传感器。
优选地，静电偏转栅网、静电加速栅网及位置灵敏传感器的平行度不大于30度。
优选地，所述的位置灵敏传感器后设置有相应的前置放大器，且采用集成运放电容反馈方式。
优选地，每个前置放大器后相应地设置有成形电路。
优选地，电子学部分包括：主放大器，用于将一路成形电路输出的信号输出的信号进行放大；峰保电路，用于对每个主放大器放大后的信号分别进行脉冲峰值保持；A/D采集电路，用于对峰值保持后的信号进行模数转换；信号分析和处理电路，用于将所有的A/D采集电路得到的数字信号进行幅度分析和数据处理，其中不同的幅度代表着不同能量的电子或质子。
优选地，本发明的能谱测量装置还包含卫星接口电路，用于与卫星总线进行数据通信。
本发明的基于静电偏转的空间能量粒子的能谱测量装置的优点在于：使待探测的整个能量范围内的具有不同能量的空间能量粒子在静电场中行进时被分离，空间能量粒子只要在位置灵敏传感器的两侧电极激励起脉冲信号就会被记录，从而避免了半导体类传感器在测量较低能量的空间能量粒子时的误差问题。
附图说明
图1为根据本发明的实现原理的空间能量粒子的能谱测量装置的结构示意图。
图2为根据本发明的一个优选实施例的空间能量粒子的能谱测量装置的结构剖视图。
图3为根据本发明的一个实施例的静电偏转栅网结构示意图。
图4为根据本发明的一个实施例的位置灵敏传感器的结构示意图。
图5为根据本发明的一个实施例的空间能量粒子的能谱测量装置的电气结构示意图。
附图标记
1、准直器 2、静电偏转栅网 3、静电加速栅网
4、位置灵敏传感器 5、电子学部分 6、机壳
具体实施方式
下面结合附图和优选实施例对本发明的基于静电偏转的空间能量粒子的能谱测量装置进行详细说明。
图1为根据本发明的实现原理的空间能量粒子的能谱测量装置的结构示意图。图2为根据本发明的一个优选实施例的空间能量粒子的能谱测量装置的结构剖视图。如图1中所示，该能谱测量装置包括准直器1、静电偏转栅网2、位置灵敏传感器4、电子学部分5及机壳6。准直器1的功能在于将杂散的空间能量粒子限定在测量范围以内；静电偏转栅网2用于将具有不同能量的空间能量粒子在不同位置处偏转出该静电偏转栅网2；而后再进入到位置灵敏传感器4。当空间能量粒子进入位置灵敏传感器4内后会损失能量，因此便会在其两侧电极激起电信号脉冲。在位置灵敏传感器4的不同位置处收集到不同的信号，因而可以得到空间能量粒子在位置灵敏传感器4不同位置计数。电子学部分5对位置灵敏传感器4的两侧电极处产生的信号脉冲进行适当的处理后得到的信号便可以反映空间能量粒子在位置灵敏传感器4中的能量沉积，从而给出不同位置沉积的空间能量粒子的计数；依据静电偏转栅网2和静电加速栅网3的相关静电电压值参数获得静电偏转栅网2对于不同的空间能量粒子的偏转位置；结合位置灵敏传感器4的不同位置处沉积的空间能量粒子的计数和静电偏转网2对不同的空间能量粒子的偏转位置，就可以最终得到空间能量粒子的能谱。而在图2所示的优选实施例中，还包括了静电加速栅网3，用于对偏转出静电偏转栅网2后的空间能量粒子进行加速，加速之后的空间能量粒子再进入到位置灵敏传感器4。
优选地，所述的准直器1采用铝合金材料制成，厚度为不小于2mm。
图3显示了根据本发明的一个实施例的静电偏转栅网2的结构示意图。静电偏转栅网2通过在金属板内进行镂空来构成，此实施例中空间能量粒子的透过率超过 90％，且有选地采用铜制成，厚度为1mm。显然，在另外的实施例中，静电偏转栅网 2的空间能量粒子的透过率可以根据具体需求来设置。类似地，静电加速栅网3采用金属材料制成，空间能量粒子的透过率不低于10％。
图4显示了根据本发明的一个优选实施例的位置灵敏传感器4的结构示意图。为实现本发明的发明目的，位置灵敏传感器采用厚度为不小于0.1mm且小于3mm、灵敏面积不小于2mm×2mm的硅或金刚石类传感器。图3所示的优选的位置灵敏传感器为半导体传感器，采用厚度为0.3mm、灵敏面积为50mm×2mm的离子注入型位置灵敏型硅传感器。
根据本发明的能谱测量装置的一个实施例，静电偏转栅网2、静电加速栅网3及位置灵敏传感器4的平行度不大于30度。
图5所示为根据本发明的一个实施例的空间能量粒子的能谱测量装置的电气实现原理框图。在此实施例中，位置灵敏传感器4提供两路的信号输出。可选地，位置灵敏传感器4后设置有前置放大器，且采用集成运放电容反馈方式。可选地，位置灵敏传感器4后设置的前置放大器之后还设置有成形电路。
如图5所示，此实施例中的电子学部分包括两个主放大器，分别用于将一路成形电路输出的信号输出的信号进行放大；两个峰保电路，分别用于对每个主放大器放大后的信号分别进行脉冲峰值保持；A/D采集电路，用于对峰值保持后的信号进行模数转换；信号分析和处理电路，用于将所有的A/D采集电路得到的数字信号进行幅度分析和数据处理。
从图4中还可看到，本发明的能量测量装置还包括卫星接口电路，用于与卫星总线进行数据通信。
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。

Claims (11)

1.一种基于静电偏转的空间能量粒子的能谱测量装置，其特征在于，包括：准直器、静电偏转栅网、位置灵敏传感器、电子学部分及机壳，其中准直器用于限定空间能量粒子的测量范围，静电偏转栅网用于偏转能谱待测量的空间能量粒子，使具有不同能量的空间能量粒子在不同位置处偏离出静电偏转栅网，位置灵敏传感器用于探测经静电偏转栅网偏转后的空间能量粒子并提供电信号，电子学部分用于对位置灵敏传感器提供的电信号进行处理，以提供反映空间粒子的能谱信号；
还包括：静电加速栅网，用于加速偏转出静电偏转栅网后的空间能量粒子，经加速后的空间能量粒子再入射到位置灵敏传感器上。
2.根据权利要求1所述的能谱测量装置，其特征在于所述的静电加速栅网采用金属材料制成，空间能量粒子的透过率不低于10％。
3.根据权利要求1所述的能谱测量装置，其特征在于：静电偏转栅网、静电加速栅网及位置灵敏传感器的平行度不大于30度。
4.根据权利要求1所述的能谱测量装置，其特征在于：所述的准直器采用铝合金材料制成，厚度为不小于2mm。
5.根据权利要求1所述的能谱测量装置，其特征在于：所述的静电偏转栅网采用金属材料制成，空间能量粒子的透过率不低于10％。
6.根据权利要求1所述的能谱测量装置，其特征在于：所述的位置灵敏传感器为一维半导体传感器，利用在传感器的不同位置处收集到的电信号不同而给出空间能量粒子在传感器上的位置。
7.根据权利要求6所述的能谱测量装置，其特征在于所述的位置灵敏传感器采用厚度为不小于0.1mm且小于3mm、灵敏面积不小于2mm×2mm的硅或金刚石类传感器。
8.根据权利要求1所述的能谱测量装置，其特征在于：所述的位置灵敏传感器后设置有相应的前置放大器，且采用集成运放电容反馈方式。
9.根据权利要求8所述的能谱测量装置，其特征在于：每个前置放大器后相应地设置有成形电路。
10.根据权利要求1所述的能谱测量装置，其特征在于：所述的电子学部分包括：主放大器，用于将一路成形电路输出的信号输出的信号进行放大；峰保电路，用于对每个主放大器放大后的信号分别进行脉冲峰值保持；A/D采集电路，用于对峰值保持后的信号进行模数转换；信号分析和处理电路，用于将所有的A/D采集电路得到的数字信号进行幅度分析和数据处理，其中不同的幅度代表着不同能量的电子或质子。
11.根据权利要求1所述的能谱测量装置，其特征在于还包含卫星接口电路，用于与卫星总线进行数据通信。
CN201410768887.9A 2014-12-12 2014-12-12 一种基于静电偏转的空间能量粒子的能谱测量装置 Active CN105738941B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410768887.9A CN105738941B (zh) 2014-12-12 2014-12-12 一种基于静电偏转的空间能量粒子的能谱测量装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410768887.9A CN105738941B (zh) 2014-12-12 2014-12-12 一种基于静电偏转的空间能量粒子的能谱测量装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105738941A CN105738941A (zh) 2016-07-06
CN105738941B true CN105738941B (zh) 2019-05-17

Family

ID=56240888

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410768887.9A Active CN105738941B (zh) 2014-12-12 2014-12-12 一种基于静电偏转的空间能量粒子的能谱测量装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105738941B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105717377B (zh) * 2014-12-03 2019-01-22 中国科学院空间科学与应用研究中心 一种卫星差异电位的测量装置
CN110231643B (zh) * 2019-06-28 2020-08-14 国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心) 高能电子暴事件的预报方法、装置及一种存储介质和设备
CN112649648A (zh) * 2019-10-12 2021-04-13 中国科学院国家空间科学中心 一种利用电子偏转法测量卫星表面电位的装置及方法
CN112799120B (zh) * 2019-11-13 2024-03-22 中国科学院国家空间科学中心 一种离子和电子同步测量的双通道静电分析器

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1187626A (zh) * 1997-01-10 1998-07-15 中国科学院空间科学与应用研究中心 高能电子探测器
CN1224158A (zh) * 1997-12-24 1999-07-28 中国科学院空间科学与应用研究中心 高能质子重离子探测器
CN102183779A (zh) * 2010-12-29 2011-09-14 中国科学院空间科学与应用研究中心 一种多方向高能粒子探测器
WO2011162437A1 (ko) * 2010-06-21 2011-12-29 (주)디알텍 전자기식 그리드, 전자기식 그리드 제어 장치 및 이를 이용한 엑스선 장치
CN102967871A (zh) * 2012-11-12 2013-03-13 中国航天科技集团公司第五研究院第五一〇研究所 一种空间低能电子和质子的探测方法
CN103675883A (zh) * 2013-12-06 2014-03-26 中国科学院空间科学与应用研究中心 一种基于磁偏转技术的低污染空间中能电子探测器

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8829451B2 (en) * 2012-06-13 2014-09-09 Hermes Microvision, Inc. High efficiency scintillator detector for charged particle detection

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1187626A (zh) * 1997-01-10 1998-07-15 中国科学院空间科学与应用研究中心 高能电子探测器
CN1224158A (zh) * 1997-12-24 1999-07-28 中国科学院空间科学与应用研究中心 高能质子重离子探测器
WO2011162437A1 (ko) * 2010-06-21 2011-12-29 (주)디알텍 전자기식 그리드, 전자기식 그리드 제어 장치 및 이를 이용한 엑스선 장치
CN102183779A (zh) * 2010-12-29 2011-09-14 中国科学院空间科学与应用研究中心 一种多方向高能粒子探测器
CN102967871A (zh) * 2012-11-12 2013-03-13 中国航天科技集团公司第五研究院第五一〇研究所 一种空间低能电子和质子的探测方法
CN103675883A (zh) * 2013-12-06 2014-03-26 中国科学院空间科学与应用研究中心 一种基于磁偏转技术的低污染空间中能电子探测器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Orthogonal acceleration time-of-flight mass spectrometry;M. Guilhaus et al;《Mass Spectrometry Reviews》;20001231;第19卷;第66页右栏第3段至第67页左栏首段，第78-79页第F小结 *
风云二号F星太阳X射线探测器在轨探测初步成果;韦飞 等;《地球物理学报》;20141130;第57卷(第11期);第3812-3821段 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN105738941A (zh) 2016-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Pullanhiotan et al. Performance of VAMOS for reactions near the Coulomb barrier
CN105738941B (zh) 一种基于静电偏转的空间能量粒子的能谱测量装置
Kawasaki et al. Detector system of the SENJU single-crystal time-of-flight neutron diffractometer at J-PARC/MLF
CN107450094A (zh) 一种带电粒子束诊断装置及诊断测量方法
Kroupa et al. Techniques for precise energy calibration of particle pixel detectors
Hoang et al. LET estimation of heavy ion particles based on a timepix-based Si detector
Jhingan et al. Compact multiwire proportional counters for the detection of fission fragments
Harasimowicz et al. Faraday cup for low-energy, low-intensity beam measurements at the USR
CN108267775B (zh) 一种基于核共振荧光的脉冲γ射线能谱测量系统及方法
CN105607107B (zh) 一种利用栅网调控的空间能量粒子的多方向探测装置
Leite Performance of the atlas zero degree calorimeter
Deppner et al. A glass type Multistrip-MRPC prototype for the low rate region of the CBM Time-of-Flight wall
Jhingan et al. Detector system for the study of low energy heavy ion reactions using kinematic coincidence technique
Kii et al. A time projection chamber for the study of nuclear photodisintegration
Amaudruz et al. Simultaneous reconstruction of scintillation light and ionization charge produced by 511 keV photons in liquid xenon: Potential application to PET
Casarejos et al. Detection efficiency of relativistic heavy-ions with resistive-plate chambers
CN117110343B (zh) 元素分布探测装置、标定测试方法及元素分布探测方法
Dambacher et al. Measurements with coplanar grid (Cd, Zn) Te detectors and development of the GMCA (Gamma-ray analysis digital filter Multi Channel Analyzer)
Fox et al. TACTIC: A new detector for Nuclear Astrophysics Experiments
Wang et al. Achieving sub-pixel position resolution and sub-millimeter depth resolution using a pixelated CdZnTe detector
CN105717377B (zh) 一种卫星差异电位的测量装置
US7135688B2 (en) Apparatus and method for the detection of the energy of ionizing electro-magnetic radiation
Bäck Prestudy: Detectors for variance measurements in the nanometer range
Chong et al. High Data-Rate Neutron-Sensitive Pixelated Detector Using Silicon Photomultiplier
Beal et al. Gas-Based Detectors

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information

Address after: 100190 No. two south of Zhongguancun, Haidian District, Beijing 1

Applicant after: NATIONAL SPACE SCIENCE CENTER, CAS

Address before: 100190 No. two south of Zhongguancun, Haidian District, Beijing 1

Applicant before: Space Science & Applied Research Centre, Chinese Academy of Sciences

CB02 Change of applicant information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20220525

Address after: 215300 508a, building 1, No. 268, Dengyun Road, Yushan Town, Kunshan City, Suzhou City, Jiangsu Province

Patentee after: Kunshan Zhongke Space Technology Co.,Ltd.

Address before: 100190 No. two south of Zhongguancun, Haidian District, Beijing 1

Patentee before: NATIONAL SPACE SCIENCE CENTER, CAS

TR01 Transfer of patent right