CN113109857B - 一种中能电子探测探头及一种中能电子探测器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种中能电子探测探头及中能电子探测器，所述中能电子探测探头包括多个小孔成像结构探测单元、放大器板、探头支架，以及多个探头侧盖板。在一可选实施例中，包括四个线阵列小孔成像结构探测单元和一个面阵列小孔成像结构探测单元，四个线阵列小孔成像结构探测单元两两相对设置，形成位于相互垂直的截面上的两组探测单元。由此，四个线阵列和一个面阵列小孔成像结构的探测单元构成十字架型的成像探头，可以覆盖2×180°×60°的张角范围，进而能够实现采用三轴稳定卫星平台的条件下对‘准2π’方向角入射的中能电子的高时间分辨率、角度分辨率测量。

Description

一种中能电子探测探头及一种中能电子探测器

技术领域

本发明涉及空间粒子辐射探测载荷技术领域，具体地涉及一种中能电子探测探头及一种中能电子探测器。

背景技术

自1958年美国科学家詹姆斯·范艾伦发现地球辐射带以来，能量范围在1keV到数MeV之间的中能粒子(包括电子、质子和其他离子)就引起人们的广泛兴趣。中能粒子存在于磁层各个区域及其边界层，是地球磁层中出现的极光、磁暴、高能电子暴等许多空间物理现象的重要原因，是太阳风—磁层—电离层能量耦合与传输过程中的重要因素。中能粒子在磁层中的加速机制问题和其起源的问题是目前中能粒子研究中尚待解决的两个最基本的问题。另外能量较高(MeV)的中能粒子，特别是电子，被认为是近地空间中航天器的最严重威胁之一。然而在地球磁层中中能电子通量具有明显的各向异性，或者说具有中能电子通量具有显著不同的投掷角(粒子运动方向与局地磁场方向的夹角)分布特征。了解中能电子的投掷角分布(或方向分布)特征是准确地评估空间辐射环境、建立动态辐射带模型的基础。因此，对中能电子通量的投掷角分布测量具有十分重要的科学和现实意义。

当前用于测量中能电子投掷角分布或4π方向分布的中能电子探测器均需要采用旋转的卫星平台，通过卫星平台的旋转来帮助探测器实现方位角方向的扫描。如果要实现对4π方向分布的测量，需要卫星旋转一周才能实现。而卫星旋转一周通常需要数秒钟的时间，而有时卫星平台上如果搭载了其他的光学成像测量仪器(这种仪器要求卫星尽量稳定、不转动或以极低速度转动)，卫星就只能以极低速度旋转或者就不自旋。因此对就位带电粒子的投掷角分布或4π方向分布测量与光学成像测量直接就会出现对卫星平台的矛盾的需求。然而，中能电子投掷角分布的时间分辨率对于空间物理领域中波-粒子相互研究是一个重要的指标参数。高时间分辨率和角度分辨率的中能电子投掷角分布测量对于研究磁层中粒子加速、传输及暴时响应具有重要意义。

从我国卫星平台的发展趋势看，无论是科学卫星还是应用卫星，今后主要将采用三轴稳定的卫星平台，以方便姿轨控和数据传输。而在三轴稳定的卫星平台上，目前现有的中能电子探测技术很难实现对中能电子的投掷角分布或4π方向分布的测量。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提出了一种中能电子探测探头及中能电子探测器，所述中能电子探测探头包括多个小孔成像结构探测单元、放大器板、探头支架，以及多个探头侧盖板。在一可选实施例中，所述多个小孔成像结构探测单元包括四个线阵列小孔成像结构探测单元和一个面阵列小孔成像结构探测单元，由此构成了十字架型的成像探头，可以覆盖2×180°×60°的张角范围，进而可以实现采用三轴稳定卫星平台的条件下对‘准2π’方向角入射的中能电子的高时间分辨率和角度分辨率观测。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种中能电子探测探头，包括：

壳体，所述壳体具有顶部平面以及沿相互垂直的第一方向和第二方向设置的多个侧面；

多个小孔成像结构探测单元，分别安装在所述壳体的顶部平面和多个侧面上，所述多个小孔成像结构探测单元的位置关系满足：(1)多个所述小孔成像结构探测单元的对称轴相交于一点；(2)安装在所述第一方向上的多个侧面上的多个小孔成像结构探测单元的对称轴位于第一平面内，安装在所述第二方向上的多个侧面上的多个小孔成像结构探测单元的对称轴位于与第一平面垂直的第二平面内；(3)对称轴位于同一平面内的多个所述小孔成像结构探测单元的探测张角之和为180°；

放大器板，安装在所述壳体内部，与多个所述小孔成像结构探测单元连接。可选地，所述壳体的侧面的安装部与所述安装部所在的侧面之间的夹角为30°。

可选地，多个所述小孔成像结构探测单元的探测张角相同。

可选地，所述壳体包括主体面板及多个侧面盖板，所述主体面板形成所述顶部平面以及在所述第一方向上相对设置的第一侧面和第二侧面，多个所述侧面盖板位于所述主体面板的两侧，形成在所述第二方向上相对设置的第三侧面和第四侧面；所述小孔成像结构探测单元的数量为五个，其中，一个小孔成像结构探测单元安装在所述壳体的顶部平面上，其余四个小孔成像结构探测单元以两两相对的方式分别安装在所述壳体的第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面上。

可选地，所述小孔成像结构探测单元的探测张角均为60°。

可选地，所述小孔成像结构探测单元包括屏蔽壳以及设置在所述屏蔽壳内的多个位置灵敏探测器，所述屏蔽壳上开有小孔，所述小孔沿所述壳体朝外。

可选地，不同的所述小孔成像结构探测单元中，所述位置灵敏探测器分别呈面阵列排布或线阵列排布，根据位置灵敏探测器排布方式的不同，所述小孔成像结构探测单元分为面阵列小孔成像结构探测单元和线阵列小孔成像结构探测单元，安装在所述壳体的顶部平面上的小孔成像结构探测单元为面阵列小孔成像结构探测单元，安装在所述壳体的侧面上的小孔成像结构探测单元均为线阵列小孔成像结构探测单元。

可选地，在所述面阵列排布中，多个所述位置灵敏探测器以N×N的面阵列的方式设置在所述屏蔽壳内，其中N为大于等于3的自然数。

可选地，在所述线阵列排布中，至少M个所述位置灵敏探测器在所述屏蔽壳内位于一条直线上，其中M为大于等于3的自然数。

可选地，所述屏蔽壳上的小孔与所述位置灵敏探测器间的垂直距离其中L₁为所述小孔在所述位置灵敏探测器的排列方向上的宽度，L₂为所述位置灵敏探测器在其排列方向上的总宽度，θ为所述小孔成像结构探测单元的探测张角。

可选地，所述面阵列小孔成像结构探测单元的屏蔽壳上的小孔呈边长为L₁的正方形，且L₁≥2mm；所述线阵列小孔成像结构探测单元的屏蔽壳上的小孔呈长为L₁，宽为L₁’的长方形，且L₁≥2mm，L₁’≥1mm。

可选地，所述屏蔽壳还包括用于限定所述屏蔽壳上的小孔尺寸的多层小孔准直板，并且所述屏蔽壳内设有用于限定所述位置灵敏探测器与所述小孔的间距的定位槽。

可选地，所述放大器板包括第一放大器板和第二放大器板，所述第一放大器板与所述第二放大器板安装在所述主体面板上，并且分别安装在所述主体面板与所述第一侧面和第二侧面相邻的两侧。

可选地，位于所述顶部平面上的所小孔成像结构探测单元与所述第一放大器板连接；位于所述第四侧面上的所述小孔成像结构探测单元与所述第一放大器板连接，位于所述第一侧面、第二侧面和第三侧面上的所述小孔成像结构探测单元均与所述第二放大器板连接。

可选地，还包括集成前置放大器ASIC芯片，所述集成前置放大器ASIC芯片固定在所述放大器板上。

本发明还提供一种中能电子探测器，包括中能电子探测器探头、信号调理单元和数据处理单元；其中，

所述中能电子探测器探头为权利要求1～14中任意一项所述的中能电子探测器探头，用于采集各方向入射的中能电子的能量，并转换成电荷脉冲信号；

所述信号调理单元用于放大整形所述电荷脉冲信号形成电压脉冲信号，并对所述电压脉冲信号的峰值进行模数转换，获取入射的中能电子的能量编码；

所述数据处理单元用于根据所述能量编码，获取中能电子的能谱信息。

可选地，所述中能电子探测探头还用于根据方向编码对电荷脉冲信号进行标识，所述方向编码为所述中能电子探测探头的位置灵敏探测器所对应的编码；所述数据处理单元根据所述方向编码和所述能量编码，获取各方向入射的中能电子的能谱信息。

本发明提供的中能电子探测探头及中能电子探测器，至少具有以下有益效果：

本发明的中能电子探测探头包括多个小孔成像结构探测单元，在一可选实施例中，包括四个线阵列小孔成像结构探测单元和一个面阵列小孔成像结构探测单元，四个线阵列小孔成像结构探测单元两两相对设置，形成位于相互垂直的截面上的两组探测单元。由此，四个线阵列和一个面阵列小孔成像结构的探测单元构成十字架型的成像探头，可以覆盖2×180°×60°的张角范围，能够实现采用三轴稳定卫星平台的条件下对‘准2π’方向角入射的中能电子的高时间分辨率(时间分辨率可达1s)和角度分辨率测量，远高于现有技术中测量电子投掷角分布的时间分辨率。

本发明的中能电子探测器基于上述中能电子探测探头形成，因此同样具有上述有益技术效果。

附图说明

图1显示为实施例一提供的小孔成像结构探测单元的结构示意图。

图2a显示为实施例一提供的位置灵敏探测器呈面阵列排布的示意图。

图2b显示为实施例一提供的位置灵敏探测器呈线阵列排布的示意图。

图3a显示为实施例一提供的一种中能电子探测探头的立体结构示意图。

图3b显示为实施例一提供的一种中能电子探测探头的顶视图。

图4显示为实施例一提供的沿Y轴设置的多个小孔成像结构探测单元的成像视角示意图。

图5a显示为实施例一中Y轴方向中能电子探测探头的截面图。

图5b显示为实施例一中X轴方向中能电子探测探头的截面图。

图6显示为实施例二提供的一种中能电子探测器的原理结构示意图。

元件标号说明

100 小孔成像结构探测单元 204 第四侧面盖板

110 屏蔽壳 301 第一线阵列小孔成像结构探测单元

111 屏蔽壳上的小孔 302 第二线阵列小孔成像结构探测单元

120 位置灵敏探测器 303 第三线阵列小孔成像结构探测单元

130 小孔准直板 304 第四线阵列小孔成像结构探测单元

140 探测器定位槽 305 面阵列小孔成像结构探测单元

A 顶部平面 41 第一放大器板

B 第一侧面 42 第二放大器板

C 第二侧面 50 螺钉

D 第三侧面 60 插接件

E 第四侧面 710 中能电子探测探头

201 第一侧面盖板 720 信号调理单元

202 第二侧面盖板 730 数据处理单元

203 第三侧面盖板

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量、位置关系及比例可在实现本方技术方案的前提下随意改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

实施例一

本实施例提供一种中能电子探测探头，包括多个小孔成像结构探测单元、壳体，以及放大器板。

中能电子探测探头的壳体具有顶部平面以及沿相互垂直的第一方向和第二方向设置的多个侧面。多个小孔成像结构探测单元分别安装在壳体的顶部平面，以及沿相互垂直的第一方向和第二方向设置的多个侧面上。固定安装在所述壳体上的多个小孔成像结构探测单元的位置关系满足：

(1)多个所述小孔成像结构探测单元的对称轴相交于一点；

(2)安装在所述第一方向上的多个侧面上的多个小孔成像结构探测单元的对称轴位于第一平面内，安装在所述第二方向上的多个侧面上的多个小孔成像结构探测单元的对称轴位于与第一平面垂直的第二平面内；

(3)对称轴位于同一平面内的多个所述小孔成像结构探测单元的探测张角之和为180°。

如图1所示，所述小孔成像结构探测单元100包括屏蔽壳110以及设置在所述屏蔽壳内的多个位置灵敏探测器120，所述位置灵敏探测器的数量根据实际测量的需要设置。屏蔽壳110的一面开有一个小孔111，所述屏蔽壳用于屏蔽除穿过小孔111之外的所有入射的中能电子。位置灵敏探测器120设置在屏蔽壳110内且面向小孔111，用于探测入射粒子的位置和能量，优选地，所述位置灵敏探测器采用半导体位置灵敏探测器，例如Si-PIN位置灵敏探测器。

作为示例，在不同的小孔成像结构探测单元中，位置灵敏探测器可以分别呈面阵列排布或线阵列排布。在此将位置灵敏探测器呈面阵列排布的小孔成像结构探测单元定义为面阵列小孔成像结构探测单元，将位置灵敏探测器呈线阵列排布的小孔成像结构探测单元定义为线阵列小孔成像结构探测单元。在可选实施例中，位于壳体的顶部平面上的小孔成像结构探测单元为面阵列小孔成像结构探测单元，安装在所述壳体的侧面上的小孔成像结构探测单元均为线阵列小孔成像结构探测单元。

在面阵列排布中，如图2a所示，多个所述位置灵敏探测器以N×N的面阵列的方式设置在所述屏蔽壳内，其中N为大于等于3的自然数，N优选为3；在所述线阵列排布中，如图2b所示，M个所述位置灵敏探测器在所述屏蔽壳内位于一条直线上，其中M为大于等于3的自然数，M优选为3。

如上所述，位置灵敏探测器120只能采集通过小孔111射入屏蔽壳内的中能电子的能量，即，每一个小孔成像结构探测单元100只能采集其探测张角θ范围内的中能电子。探测张角θ与屏蔽壳110上小孔111的宽度L₁和多个位置灵敏探测器的总宽度L₂相关：

仍然参照图1，D为小孔111与位置灵敏探测器120之间的垂直距离，L₁为所述小孔在所述位置灵敏探测器的排列方向上的宽度，L₂为所述位置灵敏探测器在其排列方向上的总宽度，具体地，小孔111的形状及尺寸根据位置灵敏探测器120的数量及排布确定。在本实施例中，面阵列小孔成像结构探测单元的屏蔽壳上的小孔呈边长为L₁的正方形，线阵列小孔成像结构探测单元的屏蔽壳上的小孔呈长为L₁，宽为L₁’的长方形，且L₁＝2mm，L₁’＝1mm。

如图5a所示，所述屏蔽壳还包括一层或多层小孔准直板130，用于精准限定所述小孔的尺寸。且所述屏蔽壳体内设置有探测器定位槽140，用于准确限定位置灵敏探测器与小孔之间的垂直距离D。

在可选实施例中，所述壳体包括主体面板及多个侧面盖板，如图3a和图3b所示，其中的Y轴方向为第一方向，X轴方向为第二方向，所述主体面板形成所述顶部平面A以及在所述第一方向上相对设置的第一侧面B和第二侧面C，多个所述侧面盖板沿第二方向位于所述主体面板的两侧，通过螺钉固定在所述主体面板上，其中，第一侧面盖板201和第二侧面盖板202形成第三侧面D，第三侧面盖板203和第四侧面盖板204形成第四侧面E，第三侧面D和第四侧面E在所述第二方向上相对设置。

如上所述，所述屏蔽壳上开有用于通过中能电子的小孔，为了测量空间中各入射方向的中能电子的能量，就需要将所述多个小孔成像结构探测单元配合壳体进行合理排布，以使所述多个小孔成像结构探测单元的探测张角θ能够完全覆盖2×180°×60°的范围。

如图3a和图3b所示，本实施例给出了一种包括五个所述小孔成像结构探测单元的中能电子探测探头，所述小孔成像结构探测单元的数量为五个，其中，第一线阵列小孔成像结构探测单元301安装在壳体的第一侧面B；第二线阵列小孔成像结构探测单元302安装在壳体的第二侧面C；第三线阵列小孔成像结构探测单元303安装在壳体的第三侧面D，固定在第一侧面盖板201和第二侧面盖板202上；第四线阵列小孔成像结构探测单元304安装在壳体的第四侧面E，固定在第三侧面盖板203和第四侧面盖板204上；面阵列小孔成像结构探测单元305安装在壳体的顶部平面A上。

如图3b所示，沿第一方向分布的第一线阵列小孔成像结构探测单元、面阵列小孔成像结构探测单元、第二线阵列小孔成像结构探测单元为一组探头，沿第二方向分布的第三线阵列小孔成像结构探测单元、面阵列小孔成像结构探测单元、第四线阵列小孔成像结构探测单元为一组探头，两组探头分别沿相互垂直的第一方向和第二方向分布，由此构成十字架型中能电子探测探头。每一组探头中的三个小孔成像结构探测单元的在其分布方向上的张角之和均为180°，并且每一个小孔成像结构探测单元的探测张角相同。因此，上述小孔成像结构探测单元的探测张角均为60°。另外，为了满足上述探测张角的要求，如图3a及图4所示，第一侧面至第四侧面均具有一倾斜部分，各个线阵列小孔成像结构探测单元分别安装在四个侧面的倾斜部分。由附图4可以确定，该倾斜部分与各自所在侧面之间的夹角为30°。上述设置使得每一组探头中的三个小孔成像结构探测单元在其分布方向上的张角之和均为180°

图4显示为沿Y轴设置的多个小孔成像结构探测单元的成像视角示意图，粗实线R为探测探头的探测基准线，探测基准线的左侧为探测探头覆盖的视角方向。因此探测张角均为60°的第一线阵列小孔成像结构探测单元301、第二线阵列小孔成像结构探测单元302、面阵列小孔成像结构探测单元305要按图4所示进行排布：第二线阵列小孔成像结构探测单元302的探测张角的R1边与探测基准线平行，相邻两个小孔成像结构探测单元(301和305之间，以及305和302之间)的对称轴(虚线)之间的角度为60°，则第二线阵列小孔成像结构探测单元302的探测张角的R2边与面阵列小孔成像结构探测单元305的探测张角的R3边平行，面阵列小孔成像结构探测单元305的探测张角的R4边与第一线阵列小孔成像结构探测单元301的探测张角的R5边平行，而第一线阵列小孔成像结构探测单元301的探测张角的R6边与探测基准线平行，这样即可实现三个小孔成像结构探测单元的探测范围覆盖180°且所述三个小孔成像结构探测单元301的对称轴相交于一点。沿X轴设置的第三线阵列小孔成像结构探测单元303、第四线阵列小孔成像结构探测单元304，及面阵列小孔成像结构探测单元305的排布方式与图4所示排布方式相同，不再赘述。所述五个小孔成像结构的探测单元按照上述排布方式构成十字架型的成像探头，即可覆盖2×180°×60°的探测范围。

作为示例，如图5a和图5b所示，所述放大器板包括第一放大器板41和第二放大器板42，所述壳体的主体面板上有固定螺孔，第一放大器板41和第二放大器板42通过螺钉50固定在所述主体面板上。第一放大器板41和第二放大器板42主要用于固定集成前置放大器ASIC芯片(未在图中示出)，并通过焊接的方式将小孔成像结构探测单元的引出导线连接到前置放大器ASIC芯片上。为了避免引线太长，将所述多个小孔成像结果探测单元分为两组，其中，面阵列小孔成像结果探测单元305和第四线阵列小孔成像结构探测单元304通过引出导线连接到第一放大器板41上；第一线阵列小孔成像结构探测单元301、第二线阵列小孔成像结构探测单元302和第三线阵列小孔成像结构探测单元303通过引出导线连接到第二放大器板42上。

另外，如图5a所示，所述中能电子探测探头还包括插接件60，所述插接件用来连接其他电学机箱以构成完整的中能电子探测器。

本实施例提供的中能电子探测探头包括多个小孔成像结构探测单元、放大器板、探头支架，以及多个探头侧盖板，其中，多个小孔成像结构探测单元包括四个线阵列小孔成像结构探测单元和一个面阵列小孔成像结构探测单元，且四个线阵列小孔成像结构探测单元两两相对设置，与一个面阵列小孔成像结构探测单元构成十字架型的成像探头，可以覆盖2×180°×60°的张角范围，能够实现采用三轴稳定卫星平台的条件下对‘准2π’方向角的高时间分辨率。

需要说明的是，本实施例仅公开了一种小孔成像结构探测单元的探测张角为60°时的中能电子探测探头的结构，但是，本发明的中能电子探测探头的小孔成像结构探测单元的探测张角并不仅限于60°这一种情况，其探测张角还可以根据实际需要进行选择，例如30°，45°等等，只要最终多个小孔成像结构探测单元的探测张角之和为180°即可。此外，中能电子探测探头中的每一个小孔成像结构探测单元的探测张角既可以是相同的，也可以是不同的；每一个小孔成像结构探测单元中的位置灵敏探测器的数量也既可以是相同的，也可以是不同的。

实施例二

本实施例提供一种中能电子探测器，如图6所示，包括中能电子探测探头710、信号调理单元720，以及数据处理单元730。

作为示例，本实施例中所述中能电子探测探头为实施例一提供的中能电子探测探头，所述中能电子探测探头包括多个小孔成像结构探测单元、壳体，以及放大器板。该中能电子探测探头的具体结构可参照实施例一的描述，在此不再赘述。

作为示例，中能电子探测探头710用于采集各方向入射的中能电子的能量，并转换成电荷脉冲信号。具体地，中能电子探测探头710通过位置灵敏探测器采集中能电子的能量，中能电子探测探头710在将中能电子的能量转换成电荷脉冲信号的同时，还会对电荷脉冲信号用方向编码进行标识，以确定该电荷脉冲信号的方向。

作为示例，信号调理单元720用于放大整形电荷脉冲信号形成电压脉冲信号，并对电压脉冲信号的峰值进行模数转换，获取入射的中能电子的能量编码。具体地，通过ASIC芯片将电荷脉冲信号放大整形成电压脉冲信号，再依据时序信号采集电压脉冲信号的峰值，最后通过模数转换将电压脉冲信号的峰值转换为中能电子的能量编码。优选地，由于电荷脉冲信号是被方向编码标识的，因此，信号调理单元720也会接收对应的方向编码信息。此外，转换获得的中能电子的能量编码和/或方向编码既可以直接传送给数据处理单元720，也可以将其直接保存在信号调理单元720中，以备数据处理单元730的访问和调用。

作为示例，数据处理单元730用于根据能量编码，获取中能电子的能谱信息。信号调理单元720与数据处理单元730之间采用数据、地址和控制总线连接方式进行连接，数据处理单元730可以直接接收来自于信号调理单元720上传的能量编码，或者直接访问信号调理单元720读取能量编码，从而实现对多个方向中能电子的能谱信息的采集和处理；最终数据处理单元730通过异步串行总线将能谱信息发送给上位机，并最终下传至地面。优选地，由于电荷脉冲信号被方向编码进行了标识，因此，数据处理单元730还可根据访问信号调理单元720获得的方向编码和能量编码，精确获得各个方向上入射的中能电子的能谱信息。

综上所述，本发明提供一种中能电子探测探头及中能电子探测器。

本发明的中能电子探测探头包括多个小孔成像结构探测单元，在一可选实施例中，包括四个线阵列小孔成像结构探测单元和一个面阵列小孔成像结构探测单元，四个线阵列小孔成像结构探测单元两两相对设置，形成位于相互垂直的截面上的两组探测单元。由此，四个线阵列和一个面阵列小孔成像结构的探测单元构成十字架型的成像探头，可以覆盖2×180°×60°的张角范围，能够实现采用三轴稳定卫星平台的条件下对‘准2π’方向角入射的中能电子的高时间分辨率(时间分辨率可达1s)和角度分辨率测量，远高于现有技术中测量电子投掷角分布的时间分辨率。

本发明的中能电子探测器基于上述中能电子探测探头形成，因此同样具有上述有益技术效果。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (15)

1.一种中能电子探测探头，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体具有顶部平面以及沿相互垂直的第一方向和第二方向设置的多个侧面；

多个小孔成像结构探测单元，分别安装在所述壳体的顶部平面和多个侧面上，所述多个小孔成像结构探测单元的位置关系满足：(1)多个所述小孔成像结构探测单元的对称轴相交于一点；(2)安装在所述第一方向上的多个侧面上的多个小孔成像结构探测单元的对称轴位于第一平面内，安装在所述第二方向上的多个侧面上的多个小孔成像结构探测单元的对称轴位于与第一平面垂直的第二平面内；(3)对称轴位于同一平面内的多个所述小孔成像结构探测单元的探测张角之和为180°；

放大器板，安装在所述壳体内部，与多个所述小孔成像结构探测单元连接；

所述小孔成像结构探测单元包括屏蔽壳以及设置在所述屏蔽壳内的多个位置灵敏探测器，不同的所述小孔成像结构探测单元中，所述位置灵敏探测器分别呈面阵列排布或线阵列排布，根据位置灵敏探测器排布方式的不同，所述小孔成像结构探测单元分为面阵列小孔成像结构探测单元和线阵列小孔成像结构探测单元，安装在所述壳体的顶部平面上的小孔成像结构探测单元为面阵列小孔成像结构探测单元，安装在所述壳体的侧面上的小孔成像结构探测单元均为线阵列小孔成像结构探测单元。

2.根据权利要求1所述的中能电子探测探头，其特征在于，多个所述小孔成像结构探测单元的探测张角相同。

3.根据权利要求1所述的中能电子探测探头，其特征在于，

所述壳体包括主体面板及多个侧面盖板，所述主体面板形成所述顶部平面以及在所述第一方向上相对设置的第一侧面和第二侧面，多个所述侧面盖板位于所述主体面板的两侧，形成在所述第二方向上相对设置的第三侧面和第四侧面；

所述小孔成像结构探测单元的数量为五个，其中，一个小孔成像结构探测单元安装在所述壳体的顶部平面上，其余四个小孔成像结构探测单元以两两相对的方式分别安装在所述壳体的第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面上。

4.根据权利要求2或3所述的中能电子探测探头，其特征在于，所述小孔成像结构探测单元的探测张角均为60°。

5.根据权利要求1或3所述的中能电子探测探头，其特征在于，所述屏蔽壳上开有小孔，所述小孔沿所述壳体朝外。

6.根据权利要求1所述的中能电子探测探头，其特征在于，在所述面阵列排布中，多个所述位置灵敏探测器以N×N的面阵列的方式设置在所述屏蔽壳内，其中N为大于等于3的自然数。

7.根据权利要求1所述的中能电子探测探头，其特征在于，在所述线阵列排布中，至少M个所述位置灵敏探测器在所述屏蔽壳内位于一条直线上，其中M为大于等于3的自然数。

8.根据权利要求1所述的中能电子探测探头，其特征在于，所述屏蔽壳上的小孔与所述位置灵敏探测器间的垂直距离其中L₁为所述小孔在所述位置灵敏探测器的排列方向上的宽度，L₂为所述位置灵敏探测器在其排列方向上的总宽度，θ为所述小孔成像结构探测单元的探测张角。

9.根据权利要求8所述的中能电子探测探头，其特征在于，所述面阵列小孔成像结构探测单元的屏蔽壳上的小孔呈边长为L₁的正方形，且L₁≥2mm；所述线阵列小孔成像结构探测单元的屏蔽壳上的小孔呈长为L₁，宽为L₁’的长方形，且L₁≥2mm，L₁’≥1mm。

10.根据权利要求5所述的中能电子探测探头，其特征在于，所述屏蔽壳还包括用于限定所述屏蔽壳上的小孔尺寸的多层小孔准直板，并且所述屏蔽壳内设有用于限定所述位置灵敏探测器与所述小孔的间距的定位槽。

11.根据权利要求3所述的中能电子探测探头，其特征在于，所述放大器板包括第一放大器板和第二放大器板，所述第一放大器板与所述第二放大器板安装在所述主体面板上，并且分别安装在所述主体面板与所述第一侧面和第二侧面相邻的两侧。

12.根据权利要求11所述的中能电子探测探头，其特征在于，位于所述顶部平面上的所小孔成像结构探测单元与所述第一放大器板连接；位于所述第四侧面上的所述小孔成像结构探测单元与所述第一放大器板连接，位于所述第一侧面、第二侧面和第三侧面上的所述小孔成像结构探测单元均与所述第二放大器板连接。

13.根据权利要求1所述的中能电子探测探头，其特征在于，还包括集成前置放大器ASIC芯片，所述集成前置放大器ASIC芯片固定在所述放大器板上。

14.一种中能电子探测器，其特征在于，包括中能电子探测器探头、信号调理单元和数据处理单元；其中，

所述中能电子探测器探头为权利要求1～13中任意一项所述的中能电子探测器探头，用于采集各方向入射的中能电子的能量，并转换成电荷脉冲信号；

所述信号调理单元用于放大整形所述电荷脉冲信号形成电压脉冲信号，并对所述电压脉冲信号的峰值进行模数转换，获取入射的中能电子的能量编码；

所述数据处理单元用于根据所述能量编码，获取中能电子的能谱信息。

15.根据权利要求14所述的中能电子探测器，其特征在于，

所述中能电子探测探头还用于根据方向编码对电荷脉冲信号进行标识，所述方向编码为所述中能电子探测探头的位置灵敏探测器所对应的编码；

所述数据处理单元根据所述方向编码和所述能量编码，获取各方向入射的中能电子的能谱信息。