[發明專利]一種基于磁偏轉技術的低污染空間中能電子探測器

無效

• 申請號: 201310656866.3
• 申請日: 2013-12-06
• 公開（公告）號: CN103675883A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 張珅毅;張煥新;朱光武;余慶龍;荊濤;袁斌;孫越強;梁金寶;沈囯紅;董永進;張斌全;楊垂柏
• 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: G01T1/16
• 分類號: G01T1/16
• 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;楊林

技術領域

本發明涉及空間粒子測量領域，特別涉及一種基于磁偏轉技術的低污染空間中能電子探測器。

背景技術

隨著我國航天事業的發展，空間粒子輻射環境的測量也越來越重要。空間中的帶電粒子理論上可分為高能、中能、低能三類。中能電子是指能量在幾十keV-幾百MeV的電子，介于高能和低能之間。

中能電子對于空間環境的擾動極為敏感，并且和很多空間物理現象關聯，同時中能電子也是衛星表面高充電電位的主要誘因，因此對中能電子進行測量是空間物理科學研究和衛星工程保障的重要需求。

目前，國外已經在一些衛星上進行過中能電子的測量，但我國目前還沒有在空間中進行過中能電子測量，我國急需在這一技術領域實現突破。

目前中能電子測量的技術難點是如何排除其它粒子的污染。以國外的測量方法為例，一般直接使用硅半導體傳感器對中能電子進行測量，由于空間屬于質子和電子的混合粒子輻射環境，在測量中能電子的同時，質子會不可避免的進入探頭中對測量結果造成污染，盡管可以使用增加擋光層或者在硅傳感器表面鍍鋁的方式對質子進行屏蔽，但由于屏蔽層同樣會阻擋電子，因此其厚度不能加得太大，導致了仍然有相當多的質子穿透屏蔽對中能電子測量造成污染，尤其是MEO軌道，嚴重時質子污染可達到100%。為了排除質子污染，國外經常會額外增加一臺質子探測器，利用質子探測器的數據，將電子數據中質子的污染通過“減法”排除，但該方法會增加額外的儀器，增加對衛星的資源需求。此外高能電子的能損漲落也是另一個干擾因素，高能電子可直接進入探測器中，受電子能損漲落的影響，其在探測器中的能量沉積將會是從低到高的分布，有可能產生與中能電子相同的能量沉積，由于探測器都是以粒子在探測器中的能量沉積作為能量測量的依據，因此高能電子不可避免的會對中能電子的測量造成污染。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中對中能電子的測量容易造成誤差的缺陷，從而提供一種有效提高中能電子測量的準確度的探測器。

為了實現上述目的，本發明提供了一種基于磁偏轉技術的低污染空間中能電子探測器，包括：探頭、電子學箱；所述探頭用于采集空間中的中能電子，得到關于所述中能電子的電壓脈沖信號；所述電子學箱對所述電壓脈沖信號進行幅度分析，確定所述中能電子的能道；所述探頭包括粒子準直儀1、永磁偏轉結構2、一維的位置靈敏傳感器3、電荷靈敏前置放大器4以及屏蔽機殼5；其中，

外部入射的粒子群從所述粒子準直儀1入射后被該粒子準直儀1限定成一窄束，然后經過由所述永磁偏轉結構2所形成的磁場，所述粒子群中的中能電子發生明顯的偏轉，偏轉后的中能電子入射到傾斜安裝的所述一維的位置靈敏傳感器3上，所述中能電子在所述一維的位置靈敏傳感器3上產生能量沉積，形成電子-空穴對，在所述一維的位置靈敏傳感器3所加電場的作用下向兩極漂移，由與所述一維的位置靈敏傳感器3連接的電荷靈敏前置放大器4收集轉化為電壓脈沖信號；所述粒子準直儀1、永磁偏轉結構2、一維的位置靈敏傳感器3、電荷靈敏前置放大器4都位于所述屏蔽機殼5內。

上述技術方案中，所述電子學箱包括多路探測支路、一個A/D采集電路、一個FPGA處理芯片、輸出接口電路；其中，用于采集電壓脈沖信號的探測支路與探頭中的電荷靈敏前置放大器4連接，每一路探測支路至少包括成形電路、主放大器、峰值保持器；所述成形電路對所采集的電壓脈沖信號做成形輸出，然后由主放大器對信號進行放大，放大后的信號通過峰值保持器后進行脈沖峰值保持；所述A/D采集電路對各個探測支路所采集的信號做模數轉換，轉換后的數字信號由所述FPGA處理芯片進行數據處理，所述數據處理包括對信號的幅度分析確定電子的能道，以及對分析后的數據進行打包，形成數據包；所述輸出接口電路用于與衛星的通信，將探測數據結果以數據包的形式發送給衛星。

上述技術方案中，所述電子學箱還包括用于判斷各探測支路的工作狀態的噪聲特性檢測電路；該電路包括：在所述多路探測支路中的主放大器的輸出端連接一個多路開關，該多路開關的輸出端連接一個對傳感器信號進行檢測的傳感器特性檢測單元，所述傳感器特性檢測單元的輸出端連接所述A/D采集電路的輸入端。

上述技術方案中，所述粒子準直儀1為內部成鋸齒臺階狀的反散射結構，采用鋁材料制成。

上述技術方案中，所述永磁偏轉結構2包括多塊小磁鋼形成的圓環結構以及套在所述圓環外側的純鐵環。

上述技術方案中，所述一維的位置靈敏傳感器3包括多個靈敏區，每一靈敏區與一電荷靈敏前置放大器連接。

上述技術方案中，所述一維的位置靈敏傳感器3傾斜放置在中能電子的偏轉路徑上。