[發明專利]空間用四極濾質器及同時獲得大氣密度和大氣成分的方法

有效

• 申請號: 201210353586.0
• 申請日: 2012-09-20
• 公開（公告）號: CN102891063A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發明（設計）人: 李永平;何玉梅;陳華姣;李佳;譚倩倩;唐萍;吳陽
• 申請（專利權）人: 中國科學院空間科學與應用研究中心
• 主分類號: H01J49/42
• 分類號: H01J49/42;H01J49/10
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;楊青

1.一種空間用四極濾質器，其包括：離子源組件、四極桿組件、芯柱組件和傳感器管殼，離子源組件和四極桿組件裝在傳感器管殼內且離子源組件裝在四極桿組件上，芯柱組件連接在傳感器管殼的底部并密封傳感器管殼；其中，所述離子源組件包括離子源、屏蔽柵、離子注入柵、準直器以及套筒連接件，且所述離子源、所述屏蔽柵、所述離子注入柵、所述準直器及所述套筒連接件自上至下依次相連；其中所述離子源包括：陰極和加速柵極；其特征在于：所述離子源組件還包括電子抑制柵、離子抑制柵及總量收集柵；所述電子抑制柵、所述離子抑制柵從上至下依次裝在所述離子源上；所述總量收集柵連接在所述屏蔽柵和所述離子注入柵之間。

2.根據權利要求1所述的空間用四極濾質器，其特征在于：所述離子源設有陰極阻尼支架，所述陰極阻尼支架用于支撐所述陰極。

3.一種使用上述權利要求1或2所述的空間用四極濾質器同時獲得航天器運行軌道空間自然大氣密度和自然大氣成分的方法，其特征在于，該方法包括：

吸收航天器運行軌道空間的自然電子；

吸收航天器運行軌道空間的自然離子，得到中性自然氣體分子；

將所述中性自然氣體分子電離成與大氣壓力成正比的離子流，吸引該離子流并進行收集，使一部分與大氣壓力成正比的離子流形成總量離子流；獲得所述傳感器管殼的取樣室內的氣體溫度；結合總量離子流以及所述取樣室內的氣體溫度信號，來計算所述航天器運行軌道空間的自然大氣的密度；

調制未收集到且與大氣壓力成正比的離子流，以使該離子流平行地注入所述四極桿；再使所述離子流與四極桿徑向平行；將該離子流分離成不同質荷比的離子；收集通過所述四極桿的離子流，得到質譜離子流；根據該質譜離子流獲得所述航天器運行軌道空間的自然大氣成分的質譜圖信息，根據該質譜圖信息即可獲得所述航天器運行軌道空間的自然大氣成分及其含量。

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于：在離子源組件中進行以下步驟：分別利用所述電子抑制柵、所述離子抑制柵相繼吸收所述航天器運行軌道空間的自然大氣中的自然電子、自然離子；然后，采用所述總量收集柵收集通過所述屏蔽柵的離子流。

5.根據權利要求3所述的方法，其特征在于：

結合總量離子流以及取樣室內的氣體溫度信號，根據下述關系式來計算所述航天器運行軌道空間的自然大氣密度，其中，關系式為：

Na=Pg(2πkmTg)-12/Vcosθ,]]>

其中，該關系式中的字母含義如下：

N_a：自然大氣分子數密度（個/立方厘米）；

P_g：取樣室內的大氣壓力（帕斯卡）；

T_g：取樣室內的氣體溫度（開爾文）；

m：大氣分子平均質量（克）；

k：玻爾茲曼常數（1.38047×10-23焦耳/度）；

V：飛行器相對于大氣的飛行速度（米/秒）；

θ：航天器飛行速度矢量與測孔平面法線的夾角—測孔攻角度；

根據質譜離子流獲得所述航天器運行軌道空間的自然大氣成分的質譜圖信息，根據所述質譜圖上譜峰的位置和幅值，即可獲得所述航天器運行軌道空間的自然大氣的大氣成分以及含量。