[發(fā)明專利]一種粒子輻射探測(cè)方法及探測(cè)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910698054.2
• 申請(qǐng)日: 2019-07-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110308476B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳鴻飛;于向前;王永福;施偉紅;宋思宇;陳傲;鄒鴻;仲維英
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號(hào): G01T1/36
• 分類號(hào): G01T1/36
• 代理公司: 北京漢之知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11479
• 代理人: 陳敏

本發(fā)明提供一種粒子輻射探測(cè)方法及探測(cè)裝置，該方法包括對(duì)放大器產(chǎn)生的與粒子沉積能量對(duì)應(yīng)的電脈沖信號(hào)進(jìn)行脈沖寬度甄別，并輸出與電脈沖信號(hào)幅度相對(duì)應(yīng)的邏輯信號(hào)。本發(fā)明通過(guò)建立脈沖幅度與脈沖寬度之間的關(guān)系，以脈沖寬度分析方法獲得脈沖幅度值，根據(jù)脈沖幅度值的甄別和計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)粒子能譜通量的測(cè)量。脈沖寬度分析解決了脈沖峰值電壓與甄別器電壓上限之間的矛盾，不會(huì)因電壓上限限制影響脈沖從寬度到幅度的分析結(jié)果，因此能夠?qū)崿F(xiàn)超過(guò)甄別器電壓上限的粒子能譜探測(cè)，提高探測(cè)的能譜范圍。脈沖寬度分析采用數(shù)字電路完成，無(wú)需對(duì)脈沖峰值進(jìn)行識(shí)別及保持，也無(wú)需脈沖幅度的模數(shù)轉(zhuǎn)換，簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，更加適合低電壓工作，并提高探測(cè)的準(zhǔn)確度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及空間粒子探測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種粒子輻射探測(cè)方法及探測(cè)裝置。

背景技術(shù)

在地球空間中存在帶電粒子輻射，是威脅航天器在軌安全的重要空間環(huán)境因素，同時(shí)也是空間物理研究的主要對(duì)象。空間高能粒子通過(guò)劑量效應(yīng)、單粒子效應(yīng)和充放電效應(yīng)等對(duì)航天器產(chǎn)生影響。

傳統(tǒng)的粒子輻射探測(cè)技術(shù)采用脈沖幅度分析技術(shù)，如圖1所示，脈沖幅度分析技術(shù)中，探頭及傳感器響應(yīng)空間粒子入射，把沉積在傳感器中的入射粒子能量轉(zhuǎn)換為微弱的電荷信號(hào)。信號(hào)拾起及放大電路獲得入射粒子的電荷信號(hào)，轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)。為了方便技術(shù)實(shí)現(xiàn)和降低電路噪聲影響，通常放大電路輸出信號(hào)為對(duì)稱脈沖信號(hào)如圖2所示，為準(zhǔn)高斯函數(shù)形式。脈沖高度與探頭接收的信號(hào)強(qiáng)度成正比。如果能夠測(cè)量到脈沖高度，也就等價(jià)測(cè)量到入射粒子能量。

圖1所示的觸發(fā)閾值甄別器、峰值檢測(cè)和保持器、脈沖幅度多道甄別器和多道計(jì)數(shù)器是脈沖幅度分析技術(shù)中需要的四個(gè)重要部分，其中，觸發(fā)閾值甄別器用于排除噪聲及干擾對(duì)測(cè)量的影響。它限定一個(gè)閾值，只有高于該閾值的信號(hào)才會(huì)被分析。峰值檢測(cè)及保持電路捕獲信號(hào)的峰值時(shí)刻，保持峰值點(diǎn)的信號(hào)電壓值，供后面的多道分析處理。如果多道分析速度足夠快，可能只需要峰值檢測(cè)，而不需要峰值保持。

脈沖幅度多道甄別器是測(cè)量信號(hào)波形的峰值電壓，根據(jù)峰值測(cè)量對(duì)入射粒子進(jìn)行分類。實(shí)現(xiàn)多道分析的技術(shù)通常包括比較器鏈或模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。前者一般用于能譜區(qū)間探測(cè)，后者多用于高精度能譜探測(cè)。

多道計(jì)數(shù)器根據(jù)前面多道分析的結(jié)果，對(duì)不同分類的粒子進(jìn)行計(jì)數(shù)，獲得粒子能譜通量的測(cè)量結(jié)果。多道計(jì)數(shù)器一般由多個(gè)計(jì)數(shù)器或計(jì)數(shù)器陣列實(shí)現(xiàn)。能譜精度的提高依賴多道分析的精度，需要快速的高精度ADC來(lái)實(shí)現(xiàn)，不利于小型化。另外當(dāng)供電電壓低時(shí)，信號(hào)脈沖高度的電壓范圍被壓縮，不利于測(cè)量精度的提高。

傳統(tǒng)脈沖幅度分析技術(shù)由于高于放大器的上限電壓的脈沖信號(hào)會(huì)被甄別器削平，如圖3所示的第一電脈沖信號(hào)01。由于該脈沖信號(hào)的電壓仍然大于放大器的電壓上限，因此放大器識(shí)別并輸出該第一脈沖信號(hào)01，然而，該脈沖信號(hào)電壓并非脈沖信號(hào)的真實(shí)電壓，使得整個(gè)脈沖分析失真，得出的粒子能譜測(cè)量值也就會(huì)失真。另一方面，如果要解決上述脈沖信號(hào)被削平的問(wèn)題，就要提高放大器的上限電壓，這顯然與降低粒子輻射探測(cè)裝置的工作電壓的期望相矛盾。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中脈沖幅度分析技術(shù)在粒子輻射探測(cè)方面存在的不足與缺陷，本發(fā)明提供一種粒子輻射探測(cè)方法及探測(cè)裝置，該方法采用脈沖寬度分析代替脈沖幅度分析，省去了峰值檢測(cè)與保持、脈高多道分析等步驟，由此簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，降低了電路的復(fù)雜度，有利于設(shè)備的小型化及數(shù)字化。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提供了一種粒子輻射探測(cè)方法，包括以下步驟：

探測(cè)待測(cè)空間中的粒子，并將探測(cè)到的所述粒子轉(zhuǎn)換成電荷信號(hào)；

將所述電荷信號(hào)轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)；

根據(jù)甄別電壓閾值，輸出與所述電脈沖信號(hào)超過(guò)甄別電壓閾值的邏輯信號(hào)；

對(duì)輸出的所述邏輯信號(hào)進(jìn)行脈沖寬度分析，獲得所述電脈沖信號(hào)的脈沖寬度值，并依據(jù)所述電脈沖信號(hào)的脈沖幅度與脈沖寬度之間的關(guān)系，對(duì)所述脈沖寬度值進(jìn)行能段劃分；