CN114137598B - 一种正负电子磁谱仪 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种正负电子磁谱仪，包括一体化正负电子磁谱仪探头、偏置电压发生单元、信号读出单元和数据处理单元；所述一体化正负电子磁谱仪探头用于同时探测入射的特定能量范围的正电子和电子的能量和通量；所述偏置电压发生单元用于生成偏置电压并提供至所述一体化正负电子磁谱仪探头；所述信号读出单元用于读取所述一体化正负电子磁谱仪探头探测的信号；所述数据处理单元用于控制所述信号读出单元和所述偏置电压发生单元；以及接收来自上位机的指令并根据所述指令完成对应操作，并将采集的数据发送至所述上位机。本发明的正负电子磁谱仪采用一体化正负电子磁谱仪探头，能够同时测量能量为几十到几百keV的正负电子能谱。

Description

一种正负电子磁谱仪
技术领域
本发明涉及空间探测用磁谱仪技术领域，特别是涉及一种正负电子磁谱仪。
背景技术
磁谱仪是利用磁场测量带电粒子动量或具有不同动量的带电粒子通量的仪器。磁谱仪工作原理是基于带电粒子在恒定磁场中绕磁力线所作的匀速圆周运动这一基本物理规律。带电粒子在匀强磁场的作用下做匀速圆周运动(又称拉莫尔运动)，其半径正比于带电粒子的动量。磁谱仪最早被应用在地面的物理和化学试验中，用于质谱分析。
1958年第一颗人造地球卫星的上天，人类进入空间时代。根据第一批卫星观测结果，人们发现近地空间充斥着各种高能带电粒子。1958年，Van Allen等利用安装在Explorer-1,2卫星上的盖革计数器首先发现近地空间充满被地磁场捕获的高能带电粒子的区域。此区域被称为Van Allen带，又叫辐射带。被捕获的带电粒子主要集中在两个区域：一个区域的范围在1～2Re(Re为地球半径)，叫内辐射带(Inner belt)；另一个区域的中心在3～7Re，叫外辐射带(Outer belt)。内辐射带主要的粒子是高能质子。捕获的在内辐射带的质子主要来源于宇宙线反照中子衰减，其损失主要是与大气原子或者分子的库仑碰撞。对高能质子来说，损失和径向扩散的时间尺度是年的量级，所以内辐射带质子的分布被认为是非常稳定的。外辐射带的主要粒子成分是能量范围从几十keV到几个MeV的电子。与内辐射带质子通量相比，外辐射带电子通量的变化非常剧烈。特别是发生磁暴或磁层亚暴时，外带电子通量可以增加几个数量级。
星载磁谱仪在地球辐射带观测中起到了重要的作用。到目前为止，一个典型的星载磁谱仪是美国范阿伦探测器上的磁电子和离子谱仪MagEIS。MagEIS采用了半圆磁谱仪设计，其结构如图1所示。在仪器入口处有一个张角为20°的入射准直器。带电粒子入射准直器后进入匀强磁场区。在磁场作用下，不同能量的电子被偏转到不同位置的探测器上(位置1、2、3和4)。MagEIS采用的是经典的磁谱分析技术，在确定被测带电粒子为电子的情况下，在不同位置实现不同能量范围的电子的能量和通量测量。
除了地球辐射带中的电子，近地空间中还存在各种反粒子，其中就包括电子的反粒子，即正电子。正电子又称阳电子、反电子、正子，是基本粒子的一种。正电子带正电荷，质量和电子相等，是电子的反粒子。狄拉克最早从理论上预言正电子的存在。1932年美国加州理工学院的安德森等利用云室证实了正电子的存在。正电子的发现开辟了反物质领域的研究。目前已知的正电子的产生机制主要包括：
1)短寿命粒子衰变：比如放射性同位素13N就会通过正β衰变释放正电子。
2)电子对效应：能量大于1.02MeV的γ光子从原子核旁经过时，在原子核的库仑场作用下，γ光子转变成一个电子和一个正电子。
3)核聚变反应：恒星主要的核反应会释放出正电子，例如太阳，四个质子聚合成1个氦核，同时释放出两个电子中微子和两个正电子。
从上述正电子的产生机制可知，近地空间中是存在正电子的。目前，有多个大型空间反粒子探测计划正在进行空间正电子探测，如著名的阿尔法磁谱仪。阿尔法磁谱仪是在永磁体构成的匀强磁场内部及两端放置了多组可以测量入射位置的二维位置灵敏探测器组。当粒子从上到下穿越阿尔法磁谱仪的探测器组合时，其中的二维位置灵敏探测器组将测量其在匀强磁场中的偏转轨迹，进而确认其粒子种类和能量。
根据阿尔法磁谱仪的原理，它既可以测量普通的高能带电粒子，也可以测量其反粒子，因此类似阿尔法磁谱仪的这类大型磁谱仪也可以测量同时电子和正电子。然而，这些探测器测量的都是极高能量的电子和正电子(能量在几百MeV以上，可能来自物质与暗物质湮灭过程)；而且这些探测器的体积、重量和功耗都很大，在一般的大型卫星上都难以安装，需要基于磁谱仪设计特殊的卫星平台才能实现这类磁谱仪在空间的运行。
近年来的观测结果表明，闪电可能是近地空间中正电子的另一来源。Enoto等在地面用闪烁体探测器观测到了中心能量为0.511MeV的γ射线谱峰。这一能量的γ射线被认为可能是由正负电子湮灭产生的。这些正电子可能来源于闪电产生的高能γ射线与大气分子或者原子反应。在最新的一次观测中，Stanbro等用NASA研制的费米伽马暴监测仪(FERMIGAMMA-RAY BURST MONITOR，简称GBM)观测到了地球伽玛射线闪电TGFs以及由TGFs与地球大气相互作用(康普顿散射、电子对效应等)产生的地球电子束TEMs。这类由闪电产生的TEMs/TGFs事件的特点：
1)持续时间≥1ms，沿磁力线运动过程中的色散效应；
2)511keV的γ谱线来自正负电子湮灭
3)闪电活动并非出现在星下点而是在磁力线足点；
4)可能出现一个镜像脉冲信号，源自磁镜中弹跳回来的粒子。
从以上两种观测可见，目前对闪电产生的正电子测量都是间接的。Enoto等实际测量的是伽玛射线，而GBM无法区分观测到的TEMs是电子还是正电子，比例是多少。因此，现有技术中尚未有真正对闪电产生的正电子的直接观测结果。
综上所述，目前在空间辐射环境探测中应用过的星载磁谱仪中，主要以单独测量电子或离子为主，如MagEIS。而可以同时测量电子和正电子的是类似阿尔法磁谱仪的大型磁谱仪，其体积大、重量大、功耗高，很难在常规的空间探测平台上应用。，而这类大型磁谱仪测量的是几百MeV以上的极高能量粒子。而对于几百keV的正负电子的同时探测，目前还没有适合的星载探测器可以实现。
发明内容
鉴于以上所述现有星载正负电子探测技术的缺点，本发明的目的在于提供一种微纳卫星平台用小型化正负电子磁谱仪，采用一体化正负电子磁谱仪探头，能够同时测量能量为几十到几百keV的正负电子能谱。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种正负电子磁谱仪，包括一体化正负电子磁谱仪探头、偏置电压发生单元、信号读出单元和数据处理单元；所述一体化正负电子磁谱仪探头用于同时探测入射的特定能量范围的正电子和电子的能量和通量；所述偏置电压发生单元与所述一体化正负电子磁谱仪探头相连，用于生成偏置电压并提供至所述一体化正负电子磁谱仪探头；所述信号读出单元与所述一体化正负电子磁谱仪探头相连，用于读取所述一体化正负电子磁谱仪探头探测的信号；所述数据处理单元与所述偏置电压发生单元和所述信号读出单元相连，用于控制所述信号读出单元和所述偏置电压发生单元；以及接收来自上位机的指令并根据所述指令完成对应操作，并将采集的数据发送至所述上位机。
于本发明一实施例中，所述一体化正负电子磁谱仪探头包括一体化探头框架、入射准直器、匀强磁场装置、硅半导体探测器、闪烁体探测器及光电管；所述匀强磁场装置设置在所述一体化探头框架内，用于提供匀强磁场；所述入射准直器垂直于所述匀强磁场放置，用于使预设能量范围的正负电子以接近准直的方向入射所述匀强磁场；所述硅半导体探测器设置在所述匀强磁场，位于所述入射准直器两侧，用于同时测量从所述入射准直器入射并被匀强磁场偏转的正负电子的能量和通量；所述闪烁体探测器和所述光电管构成一体化闪烁探测器系统，所述一体化闪烁探测器系统放置在所述硅半导体探测器外侧和所述一体化探头框架中间，用于消除其他未从所述入射准直器入射的高能粒子对被测正负电子的通量计数污染。
于本发明一实施例中，所述硅半导体探测器采用线阵列探测器单元，在不同位置的探测器单元同时测量被磁场偏转的不同能量范围的正负电子。
于本发明一实施例中，所述线阵列探测器单元采用三单元线阵列探测器，用于实现三个不同能量范围的正负电子的能量和通量测量。
于本发明一实施例中，所述匀强磁场装置中的磁体采用钕铁硼永磁体。
于本发明一实施例中，所述偏置电压发生单元包括硅半导体探测器用偏置电压发生电路和光电管用偏置电压发生电路；所述硅半导体探测器用偏置电压发生电路为所述硅半导体探测器提供正常工作需要的偏置电压，所述光电管用偏置电压发生电路为所述光电管提供正常工作需要的偏置电压。
于本发明一实施例中，所述硅探测器用偏置电压发生电路包括罗耶振荡器、变换器、电压倍增器、分压电路和电流限制器；输入电源依次经由所述罗耶振荡器、所述变换器和所述电压倍增器后输出硅探测器偏置电压，所述硅探测器偏置电压依次经由所述分压电路和所述电流限制器反馈至所述罗耶振荡器；所述光电管用偏置电压发生电路包括BOOST变换器和次级线性稳压器，所述输入电源依次经由所述BOOST变换器和次级线性稳压器后输出光电管偏置电压。
于本发明一实施例中，所述信号读出单元包括传感器读取电路、放大电路和AD转换电路；所述传感器读取电路用于读取所述一体化正负电子磁谱仪探头中的信号；所述放大电路用于对所述一体化正负电子磁谱仪探头中的信号进行放大；所述AD转换电路用于将放大后的信号转换为数字信号，以获取所述一体化正负电子磁谱仪探头采集的信号。
于本发明一实施例中，所述数据处理单元采用FPGA，采用CAN总线接收来自所述上位机的指令，并采用以太网总线将采集的数据发送至所述上位机。
于本发明一实施例中，所述数据处理单元通过连接器与所述偏置电压发生单元和所述信号读出单元相连，实现对偏置电压的程控开启和关闭。
如上所述，本发明的小型化正负电子磁谱仪，具有以下有益效果：
(1)能够搭载微纳卫星平台，对体积(体积可控制在1U内)、重量(小于1.6kg)和功耗(小于4W)等资源要求极低，填补了星载低能正负电子探测载荷的空白；
(2)能够同时对电子和正电子在空间中的通量分别进行就地实时测量，确认闪电是否会产生正电子以及产生的正电子与电子的比例，对于解决内辐射带电子产生机制以及内辐射带是否有稳定捕获的正电子及其成因具有十分重要的意义。
附图说明
图1显示为MagEIS测量辐射带高能电子于一实施例中的示意图；
图2显示为本发明的正负电子磁谱仪于一实施例中的结构示意图；
图3显示为本发明的正负电子磁谱仪于一实施例中的内部剖面结构图；
图4显示为本发明的正负电子磁谱仪于一实施例中的一体化正负电子磁谱仪探头工作原理示意图；
图5显示为本发明的正负电子磁谱仪的框架结构示意图；
图6(a)显示为本发明的正负电子磁谱仪的磁场电子偏转能力于一实施例中的仿真图；
图6(b)显示为本发明的正负电子磁谱仪的磁场电子偏转能力于一实施例中的验证图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
本发明的正负电子磁谱仪能够放置在微纳卫星平台1U空间内，同时对能量在几十到几百keV的电子和正电子在空间中的通量分别进行就地实时测量，能够确认闪电是否会产生正电子以及产生的正电子与电子的比例，对于解决内辐射带电子产生机制以及内辐射带是否有稳定捕获的正电子及其成因研究具有十分重要的意义，为空间物理研究提供了信息支持；其体积小、重量轻、功耗低，适用于包括微纳卫星在内的多种通用卫星平台，因此极具实用性。
于一实施例中，本发明的正负电子磁谱仪的整机尺寸控制在微纳卫星平台的1U空间以内。其中，1U为立方星标准体积单元，1U为10cm×10cm×10cm。优选地，整机机箱的外包络尺寸为：94mm×94mm×100mm。如图2所示，本发明的正负电子磁谱仪包括一体化正负电子磁谱仪探头1、偏置电压发生单元2、信号读出单元3和数据处理单元4。
所述一体化正负电子磁谱仪探头1用于同时探测入射的特定能量范围的正电子和电子的能量和通量。具体地，如图3-图4所示，所述一体化正负电子磁谱仪探头1包括一体化探头框架11、入射准直器12、匀强磁场装置13、硅半导体探测器14、闪烁体探测器15及光电管16。所述一体化探11头包括两组正负电子磁谱仪探头，用于同时测量两个方向入射的正负电子，以提高探测效率。同时所述一体化探头框架11能够固定所述入射准直器12、所述匀强磁场装置13、所述硅半导体探测器和14所述闪烁体探测器15及所述光电管16在空间中的相对位置。所述匀强磁场装置13设置在所述一体化探头框架11内，用于提供匀强磁场。所述入射准直器12垂直于所述匀强磁场区放置，用于使预设能量范围的正负电子以接近准直的方向入射所述匀强磁场。所述硅半导体探测器14设置在所述匀强磁场，位于所述入射准直器两侧，用于同时测量从所述入射准直12器入射并被匀强磁场偏转的正负电子的能量和通量。所述闪烁体探测器15和所述光电管16构成一体化闪烁探测器系统，所述一体化闪烁探测器系统放置在所述硅半导体探测器14外侧以及所述一体化探头框架11中间，用于消除其他未从所述入射准直器12入射的高能粒子对被测正负电子的通量计数污染。
其中，所述一体化正负电子磁谱仪探头1利用磁场对正负电子的偏转方向相反的特性来区分正负电子，并探测入射的正电子和电子的能量和通量。以正电子入射为例，粒子经过所述入射准直器后进入所述匀强磁场装置形成的匀强磁场区域，在磁场的作用下发生逆时针偏转，能量在探测范围内的正电子会击中硅半导体探测器，其动能会沉积到硅半导体探测器上被测量和记录。对于正电子，击中硅半导体探测器或其他仪器内结构后会和电子发生湮灭形成一对能量为0.511MeV的γ光子。γ光子的穿透力很强，较薄的硅半导体探测器几乎不会与其发生相互作用，因此正负电子湮灭产生的γ光子不会干扰仪器的测量。对于入射的电子，则不会存在湮灭产生光子的问题，经过磁场偏转后，会击中另一侧的硅半导体探测器，其在硅半导体探测器中沉积的能量会被测量和记录。分布在硅半导体探测器外部的闪烁体探测器作为反符合探测器，可以测量到穿透整个正负电子磁谱仪的高能粒子，进而排除这部分粒子对测量结果的污染。
于本发明一实施例中，所述硅半导体探测器采用线阵列探测器单元，在不同位置的探测器单元同时测量被磁场偏转的不同能量范围的正负电子。优选地，所述线阵列探测器单元采用三单元线阵列探测器，用于实现三个不同能量范围的正负电子的能量和通量测量。
于本发明一实施例中，所述匀强磁场装置中的磁体采用钕铁硼永磁体，实现强度在大约0.4T的均强磁场分布。
所述偏置电压发生单元2与所述一体化正负电子磁谱仪探头1相连，用于生成偏置电压并提供至所述一体化正负电子磁谱仪探头1。具体地，所述偏置电压发生单元2包括硅探测器用偏置电压发生电路和光电管用偏置电压发生电路。所述硅半导体探测器用偏置电压发生电路为所述硅半导体探测器提供正常工作需要的偏置电压，所述光电管用偏置电压发生电路为所述光电管提供正常工作需要的偏置电压。具体地，所述硅探测器用偏置电压发生电路包括罗耶振荡器、变换器、电压倍增器、分压电路和电流限制器；输入电源依次经由所述罗耶振荡器、所述变换器和所述电压倍增器后输出硅探测器偏置电压，所述硅探测器偏置电压依次经由所述分压电路和所述电流限制器反馈至所述罗耶振荡器；所述光电管用偏置电压发生电路包括BOOST变换器和次级线性稳压器，所述输入电源依次经由所述BOOST变换器和次级线性稳压器后输出光电管偏置电压。
所述信号读出单元3与所述一体化正负电子磁谱仪探头1相连，用于读取所述一体化正负电子磁谱仪探头探测的信号。具体地，所述信号读出单元3包括传感器读取电路、放大电路和AD转换电路；所述传感器读取电路用于读取所述一体化正负电子磁谱仪探头中的信号；所述放大电路用于对所述一体化正负电子磁谱仪探头中的信号进行放大；所述AD转换电路用于将放大后的信号转换为数字信号，以获取所述一体化正负电子磁谱仪探头采集的信号。优选地，所述传感器读取电路和所述放大电路采用专用集成电路ASIC。ASIC具有36个放大器输入通道，每个通道都具有前置放大器、脉冲成型电路和峰值采样保持电路。每个通道的输入信号极性、放大倍数、鉴别阈值等参数都可以分别进行配置。通道的模拟输出复用一个输出端口，可以由控制电路选择选通的通道。所述ASIC的模拟输出连接至12位ADC转换电路，ASIC的配置和读出以及AD转换过程均由所述数据处理单元4控制完成。
所述数据处理单元4与所述偏置电压发生单元2和所述信号读出单元3相连，用于控制所述信号读出单元3和所述偏置电压发生2单元；以及接收来自上位机的指令并根据所述指令完成对应操作，并将采集的数据(如所述偏置电压和所述一体化正负电子磁谱仪探头探测的信号)发送至所述上位机。具体地，所述数据处理单元4单元承载所述正负电子磁谱仪全部的数据处理、存储、控制和对外通信功能，如对所述偏置电压发生单元2产生高压的开关，所述信号读出单元3中信号读出和AD转换的控制，外部指令的接收和响应，数据的存储和发送等等。
所述数据处理单元4的核心元器件为Microsemi的一款soc FPGA，其特点是FPGA的配置可以免疫单粒子翻转，并且上电即用，无需外部配置存储器。CPU部分的RAM带有ECC校验位设计，具备单错误纠正和双错误检测的能力。以太网控制器通过RMII接口连接到10/100MBps以太网物理层收发器。CAN总线控制器的收发端连接CAN收发器。2个GPIO引脚作为开关控制偏压的使能。SPI控制器连接位于BVS模块的遥测采样ADC，采集仪器上的各路电源电压，热敏电阻情况等，用于仪器工作状态的检测。APB总线桥接器在FPGA部分实现，用于实现MCU对FPGA部分的访问。用于所述信号读出单元的信号读出ASIC的配置和读出控制的模块以及NAND FLASH控制器作为APB外设的形式，可以由MCU经总线直接访问，这个模块有一片MRAM，作为读出探测数据的缓存。
所述数据处理单元4的CAN总线硬件设计上支持CAN2.0B规范，总线速率为500kbps，使用扩展帧格式进行传输。数据传输采用以太网接口。以太网的传输速率优于CAN总线。本发明的正负电子磁谱仪的数据传输接口设计为100Mbps以太网，支持10/100Mbps自适应，MDI/MDIX自动翻转，全/半双工自动协商。以太网接口采用标准的TCP/IP协议，具有广泛的兼容性。
于本发明一实施例中，所述数据处理单元4通过连接器与所述偏置电压发生单元2和所述信号读出单元3相连后，整体通过铜柱固定安装于机箱内，整机只有一个对外连接器由所述数据处理单元4引出，实现对偏置电压的程控开启和关闭。
下面通过具体实施例来进一步验证本发明的正负电子磁谱仪。
如图5所示，数据处理单元采用DPU板，包括数据处理和存储功能，以及指令接收和执行功能。偏置电压发生单元采用电源板，能够产生探测所需的偏置电压。信号读出单元采用读出专用芯片板，用于传感器信号的读出。一体化正负电子磁谱仪探头采用包含传感器和磁结构的探头。
首先利用Geant4软件对所述小型化正负电子磁谱仪的能量-方向响应进行仿真。仿真设置情况如下：粒子源固定在z＝0的平面上(即对应入射孔中心位置)，粒子源形状为圆形平面，平面垂直于粒子发射方向，粒子发射方向按偏离中心方向-15°～+15°间隔1°设置，粒子的能量按0.14MeV～0.7MeV的范围间隔10keV设置，每次发射106个粒子，电子和正电子分别进行仿真。仿真结果如图6(a)所示，本发明的探头可以满足对0.15～0.6MeV的正电子和电子的测量需求，入射角度对应的半峰宽大约10°。
随后用放射源验证了磁谱仪对入射电子的偏转能理和测量记录能力。电子的磁场偏转测试使用了放射源90Sr-90Y，这是一种纯β衰变的放射源，90Sr可以衰变释放出最高能量0.546MeV的连续谱，其衰变产物为90Y，其衰变可以产生能量最高为2.28MeV的电子连续谱。对放射源90Sr-90Y产生的连续能谱电子进行测量，可以验证正负电子磁谱仪内部磁场对电子进行偏转的能力。测量结果如图6(b)所示，三个像素的峰值对应的能量分辨为约210keV、390keV和580keV，这与仿真结果是一致的。
综上所述，本发明的正负电子磁谱仪能够在微纳卫星平台的1U空间内实现同时对电子和正电子在空间中的通量分别进行就地实时测量，确认闪电是否会产生正电子以及产生的正电子与电子的比例，对于解决内辐射带电子产生机制以及内辐射带是否有稳定捕获的正电子及其成因具有十分重要的意义。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点且适用于包括微纳卫星在内的各种通用卫星平台，具高度产业利用价值。
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 (9)

1.一种正负电子磁谱仪，其特征在于：包括一体化正负电子磁谱仪探头、偏置电压发生单元、信号读出单元和数据处理单元；
所述一体化正负电子磁谱仪探头用于同时探测入射的特定能量范围的正电子和电子的能量和通量；所述一体化正负电子磁谱仪探头包括一体化探头框架、入射准直器、匀强磁场装置、硅半导体探测器、闪烁体探测器及光电管；所述匀强磁场装置设置在所述一体化探头框架内，用于提供匀强磁场；所述入射准直器垂直于所述匀强磁场放置，用于使预设能量范围的正负电子以接近准直的方向入射所述匀强磁场；所述硅半导体探测器设置在所述匀强磁场，位于所述入射准直器两侧，用于同时测量从所述入射准直器入射并被匀强磁场偏转的正负电子的能量和通量；所述闪烁体探测器和所述光电管构成一体化闪烁探测器系统，所述一体化闪烁探测器系统放置在所述硅半导体探测器外侧和所述一体化探头框架中间，用于消除其他未从所述入射准直器入射的高能粒子对被测正负电子的通量计数污染；
所述偏置电压发生单元与所述一体化正负电子磁谱仪探头相连，用于生成偏置电压并提供至所述一体化正负电子磁谱仪探头；
所述信号读出单元与所述一体化正负电子磁谱仪探头相连，用于读取所述一体化正负电子磁谱仪探头探测的信号；
所述数据处理单元与所述偏置电压发生单元和所述信号读出单元相连，用于控制所述信号读出单元和所述偏置电压发生单元；以及接收来自上位机的指令并根据所述指令完成对应操作，并将采集的数据发送至所述上位机。
2.根据权利要求1所述的正负电子磁谱仪，其特征在于：所述硅半导体探测器采用线阵列探测器单元，在不同位置的探测器单元同时测量被磁场偏转的不同能量范围的正负电子。
3.根据权利要求2所述的正负电子磁谱仪，其特征在于：所述线阵列探测器单元采用三单元线阵列探测器，用于实现三个不同能量范围的正负电子的能量和通量测量。
4.根据权利要求2所述的正负电子磁谱仪，其特征在于：所述匀强磁场装置中的磁体采用钕铁硼永磁体。
5.根据权利要求1所述的正负电子磁谱仪，其特征在于：所述偏置电压发生单元包括硅半导体探测器用偏置电压发生电路和光电管用偏置电压发生电路；所述硅半导体探测器用偏置电压发生电路为所述硅半导体探测器提供正常工作需要的偏置电压，所述光电管用偏置电压发生电路为所述光电管提供正常工作需要的偏置电压。
6.根据权利要求5所述的正负电子磁谱仪，其特征在于：所述硅半导体探测器用偏置电压发生电路包括罗耶振荡器、变换器、电压倍增器、分压电路和电流限制器；输入电源依次经由所述罗耶振荡器、所述变换器和所述电压倍增器后输出硅半导体探测器偏置电压，所述硅半导体探测器偏置电压依次经由所述分压电路和所述电流限制器反馈至所述罗耶振荡器；所述光电管用偏置电压发生电路包括BOOST变换器和次级线性稳压器，所述输入电源依次经由所述BOOST变换器和次级线性稳压器后输出光电管偏置电压。
7.根据权利要求1所述的正负电子磁谱仪，其特征在于：所述信号读出单元包括传感器读取电路、放大电路和AD转换电路；所述传感器读取电路用于读取所述一体化正负电子磁谱仪探头中的信号；所述放大电路用于对所述一体化正负电子磁谱仪探头中的信号进行放大；所述AD转换电路用于将放大后的信号转换为数字信号，以获取所述一体化正负电子磁谱仪探头采集的信号。
8.根据权利要求1所述的正负电子磁谱仪，其特征在于：所述数据处理单元采用FPGA，采用CAN总线接收来自所述上位机的指令，并采用以太网总线将采集的数据发送至所述上位机。
9.根据权利要求1所述的正负电子磁谱仪，其特征在于：所述数据处理单元通过连接器与所述偏置电压发生单元和所述信号读出单元相连，实现对偏置电压的程控开启和关闭。
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