CN111683451A - 用于中高层大气原位探测载荷的微型带电粒子加速装置 - Google Patents

用于中高层大气原位探测载荷的微型带电粒子加速装置 Download PDF

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李涛
唐振宇
李�昊
郑慧奇
焦子龙
姜利祥
孙继鹏
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Abstract

本申请公开了一种用于中高层大气原位探测载荷的微型带电粒子加速装置，该装置包括上下对称的两块平板加速电极板，而平板加速电极板为印刷电路板，印刷电路板上印制有多个长度相等的导线电极，用以形成均匀线性电场，导线电极之间的间隔相等，且相邻导线电极间通过相等阻值的电阻进行连接，其中位于两端的导线电极通过引出的供电端子连接外部电源。本申请实施例利用数量较多的导线电极构建均匀线性电场，能够实现对中高层大气中不同种类粒子加速行为的一致性，同时采用印刷电路板原理制作电极板，加工方便，易于实现一体化，并通过印制导线作为电极的方式制作微小导线电极，能够在小空间内布置数量很多的电极，且可保证电极位置达到较高的精度。

Description

用于中高层大气原位探测载荷的微型带电粒子加速装置
技术领域
本发明一般涉及航天技术领域，具体涉及一种用于中高层大气原位探测载荷的微型带电粒子加速装置。
背景技术
空间环境探测载荷是指用于探测空间环境参数的载荷产品，其在探测过程中需要对粒子进行电离、加速和采集。基于束流传输理论的传统离子光学系统设计复杂，具体采用多组透镜电极，精细设计电场分布，从而构建通过率较高的离子光学系统。
由于该离子光学系统对于不同的粒子成分(质量数不同)，其束流传输过程中的焦点位置不同，进而造成了离子光学系统中不同粒子的透过率也不相同。这对于需要获得不同粒子成分比例的应用场景不可接受，必须通过定标手段获得修改系数，从而反演出真实结果。但是，如果采用地面定标试验，则无法完全模拟出太空实际的真空环境，定标结果误差大；而如果采用在轨定标的方式，实施难度非常大，成本高昂，很多时候不可实现。同时，该离子光学系统因需要布置不同形状、不同大小的金属，这会导致体积和重量都很大，不适用于小型化探测载荷的应用场景。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种用于中高层大气原位探测载荷的微型带电粒子加速装置，能够对不同成分粒子产生相同的加速效果，同时显著减小整个装置的体积和重量，满足小型化空间环境探测载荷的应用要求。
本申请提供一种用于中高层大气原位探测载荷的微型带电粒子加速装置，所述装置包括上下对称的两块平板加速电极板，所述平板加速电极板为印刷电路板，所述印刷电路板上印制有多个长度相等的导线电极，用以形成均匀线性电场；
所述导线电极之间的间隔相等，且相邻所述导线电极间通过相等阻值的电阻进行连接，其中位于两端的所述导线电极通过引出的供电端子连接外部电源。
可选地，所述导线电极的宽度与相邻两个所述导线电极之间的间隔呈倍数关系。
可选地，所述导线电极采用印刷电路板制备时，所述导线电极的宽度设置为0.1mm，所述导线电极之间的间隔设置为0.4mm。
可选地，所述外部电源的供电电压为500V。
可选地，所述导线电极的数量为20个。
综上，本申请实施例提供的用于中高层大气原位探测载荷的微型带电粒子加速装置，该装置包括上下对称的两块平板加速电极板，而平板加速电极板为印刷电路板，印刷电路板上印制有多个长度相等的导线电极，用以形成均匀线性电场，导线电极之间的间隔相等，且相邻导线电极间通过相等阻值的电阻进行连接，其中位于两端的导线电极通过引出的供电端子连接外部电源。本申请实施例利用数量较多的导线电极构建均匀线性电场，能够实现对中高层大气中不同种类粒子加速行为的一致性，避免了传统离子光学系统存在对不同粒子聚焦位置不同而导致的透过率也不同的问题，同时采用印刷电路板原理制作电极板，加工方便，易于实现一体化，并通过印制导线作为电极的方式制作微小导线电极，能够在小空间内布置数量很多的电极，且可保证电极位置达到较高的精度。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本申请实施例提供的一种用于中高层大气原位探测载荷的微型带电粒子加速装置的侧视结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种用于中高层大气原位探测载荷的微型带电粒子加速装置的俯视结构示意图。
附图标记：
100-微型带电粒子加速装置，101-平板加速电极板，102-导线电极，103-电阻，104-供电端子，105-外部电源。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或模块的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或模块，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
为了便于理解和说明，下面通过图1至图2详细的阐述本申请实施例提供的用于中高层大气原位探测载荷的微型带电粒子加速装置。
请参考图1，其为本申请实施例提供的一种用于中高层大气原位探测载荷的微型带电粒子加速装置的侧视结构示意图。该装置100包括上下对称的两块平板加速电极板101，平板加速电极板101为印刷电路板，印刷电路板上印制有多个长度相等的导线电极102，用以形成均匀线性电场。本申请实施例中微型带电粒子加速装置100采用印刷电路板来制作，使得加工更加方便，易于实现一体化，并通过印制导线作为电极的方式制作微小导线电极，能够在小空间内布置数量很多的电极，且可保证电极位置达到较高的精度。
需要说明的是，两块平板加速电极板101平行设置，表面印制的导线电极102相对放置。其中，两块平板加速电极板101之间的空间即为带电粒子通过的区域空间，宽度和间距可以依据待加速带电粒子的通过区域而确定。同时，单片印刷电路板上作为电极的印制导线电极102数量由加速段长度和电场均匀性要求确定。
如图2所示，其为本申请实施例提供的一种用于中高层大气原位探测载荷的微型带电粒子加速装置的俯视结构示意图。单块平板加速电极板101上导线电极102之间的间隔相等，且相邻导线电极102间通过相等阻值的电阻103进行连接，其中位于两端的导线电极102通过引出的供电端子104连接外部电源105。当外部电源105接通之后，就可以在两块平板加速电极板101间形成线性均匀电场。
需要说明的是，本申请实施例中导线电极102的宽度与相邻两个导线电极102之间的间隔呈倍数关系。比如，导线电极102采用印刷电路板制备时，假设导线电极102的宽度为0.1mm，相邻导线电极102之间的间隔为0.4mm，那么当导线电极102的数量为20个时，两端导线电极102间的距离为9.5mm，加上边缘尺寸之后平板加速电极板101的总长度可控制在10mm左右。而如果外部电源105的供电电压为500V，那么可以在两块平板加速电极板101间能够形成场强约为52631V/m，方向沿图1中从左至右的均匀电场。基于此，本申请实施例实现了在较小空间尺寸约束的条件下形成均匀电场，该均匀电场能够对不同成分粒子产生相同的加速效果，同时多个尺寸较小的导线电极小间距排列，能够显著减小整个装置的体积和重量，适用于小型化的空间环境探测载荷。
本申请实施例提供的用于中高层大气原位探测载荷的微型带电粒子加速装置，该装置包括上下对称的两块平板加速电极板，而平板加速电极板为印刷电路板，印刷电路板上印制有多个长度相等的导线电极，用以形成均匀线性电场，导线电极之间的间隔相等，且相邻导线电极间通过相等阻值的电阻进行连接，其中位于两端的导线电极通过引出的供电端子连接外部电源。本申请实施例利用数量较多的导线电极构建均匀线性电场，能够实现对中高层大气中不同种类粒子加速行为的一致性，避免了传统离子光学系统存在对不同粒子聚焦位置不同而导致的透过率也不同的问题，同时采用印刷电路板原理制作电极板，加工方便，易于实现一体化，并通过印制导线作为电极的方式制作微小导线电极，能够在小空间内布置数量很多的电极，且可保证电极位置达到较高的精度。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (5)

1.一种用于中高层大气原位探测载荷的微型带电粒子加速装置，其特征在于，所述装置包括上下对称的两块平板加速电极板，所述平板加速电极板为印刷电路板，所述印刷电路板上印制有多个长度相等的导线电极，用以形成均匀线性电场；
所述导线电极之间的间隔相等，且相邻所述导线电极间通过相等阻值的电阻进行连接，其中位于两端的所述导线电极通过引出的供电端子连接外部电源。
2.根据权利要求1所述的用于中高层大气原位探测载荷的微型带电粒子加速装置，其特征在于，所述导线电极的宽度与相邻两个所述导线电极之间的间隔呈倍数关系。
3.根据权利要求2所述的用于中高层大气原位探测载荷的微型带电粒子加速装置，其特征在于，所述导线电极采用印刷电路板制备时，所述导线电极的宽度设置为0.1mm，所述导线电极之间的间隔设置为0.4mm。
4.根据权利要求1所述的用于中高层大气原位探测载荷的微型带电粒子加速装置，其特征在于，所述外部电源的供电电压为500V。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的用于中高层大气原位探测载荷的微型带电粒子加速装置，其特征在于，所述导线电极的数量为20个。
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