[发明专利]一种小型化低功耗的低能离子探测器

说明书

技术领域

本发明涉及一种小型化、低功耗的低能离子探测器，该探测器可以用于近地空间、深空探测等方面的低能离子的探测，特别涉及一种小型化低功耗的低能离子探测器。

背景技术

低能离子是空间物理、空间环境和空间天气研究的主要对象之一，也是各类航天器轨道空间环境的重要组成部分，对航天器的在轨安全及工作寿命具有重要影响。

小型化、低功耗是低能离子探测器的发展方向，特别是用于深空探测的航天器的资源有限，要求载荷的体积小、功耗小。目前国内用于空间低能离子探测的仪器的体积和功耗都较大，无法适应空间探测载荷小型化和低功耗的发展趋势。

现有技术的低能离子探测器包含：传感器和电路系统。

目前国内用于空间低能离子探测的仪器的传感器都采用半球形静电分析器，这类分析器的体积较大。要实现半球形静电分析器360度极角的探测，需要使用环形的微通道板，而环形微通道板的面积较大。由于半球形静电分析器使用多个阳极实现角度测量，因此要实现360°极角方向22.5°的角度分辨率，则需要16个阳极且所述电路系统部分还需采用16片前置放大器，这就增加了仪器的尺寸、质量和功耗。

所述16个前置放大器将电子倍增器输出的电荷信号进行放大，输出数字脉冲信号给单片机实现仪器的运行控制、数据采集处理等功能，这样需要的芯片的种类和数量较多，电路板的尺寸也很大，而且单片机系统的功耗也较大。为实现仪器的高效运行，与单片机相连的DA转换器和AD转换器只能选用并行接口器件，但是并行接口器件的尺寸大，功耗高，造成整个电路板尺寸和功耗都大。

目前国内用于空间低能离子探测的仪器中静电分析器高压和倍增器高压各需要一套高压生成电路，这样电路的尺寸和功耗都会比较大。

发明内容

本发明的目的在于，为克服上述缺陷，本发明提供一种小型化低功耗的低能离子探测器。

为实现上述目的，本发明提供一种小型化低功耗的低能离子探测器，该探测器包含传感器和与传感器输出端相连的电路系统部分，所述电路系统部分还为所述传感器提供所需高压，其特征在于：

所述传感器具体个数为二，且每个传感器均包含：一180°偏转电极、一90°～120°柱形静电分析器和一电子倍增器；其中，所述偏转电极实现极角方向的视场为180°；

所述偏转电极、柱形静电分析器和电子倍增器依次串联，形成一中空的“U”形通路；所述两个传感器共形成两个“U”形结构，所述两个“U”结构相向套合，用于实现两个180度偏转电极平行相反布放，进而实现360°扫描范围。

上述技术方案中，所述电路系统包含：两个前置放大器和一包含计数功能的FPGA单元；所述两个电子倍增器输出的电荷信号分别输入到两个前置放大器进行放大，所述前置放大器的输出数字脉冲信号输入所述FPGA单元进行计数，完成离子探测。

上述技术方案中，所述FPGA单元的功能还包含：对数压缩单元，控制单元和若干串行接口。

所述电路系统还包含：高压电路、DA转换器、AD转换器和接口电路；所述DA转换器和AD转换器通过串行接口与所述FPGA单元相连；电源系统，该电源系统将外部输入电源转换为探测器内部所需的低压电源。

所述DA转换器在所述FPGA单元的控制下输出低压模拟量信号，该模拟量信号分别为所述偏转电极、静电分析器和电子倍增器的设定高压值；所述高压电路将DA转换器输出的低压转换为偏转电极高压、静电分析器高压和电子倍增器高压；

所述AD转换器采集探测器运行过程中的各个模拟量工程参数，并将采集的信号输入所述FPGA单元进行存储和发送；

所述接口电路与所述FPGA单元相连，用于接收外部设备注入所述FPGA单元的命令，并将所述FPGA单元采集的科学数据及工程参数发送到外部设备。

本发明的优点在于，首先改变了静电分析器的结构，静电分析器的结构改变后使用了小体积的通道电子倍增器，同时为了实现360度扫描范围对该静电分析器的入口设置了偏转电极，以及对两个传感器进行巧妙的布放，以上的改进在不改变扫描范围和分辨率的条件下大大降低了整个传感器尺寸和体积，这对于资源有限的航天器有着重要的使用意义；其次，电路系统为了适应传感器器件的新构造也作出了改进，这又进一步降低整个探测器的尺寸、重量和功耗，大大改进了现有技术的低能离子探测器。

附图说明

图1是本发明的传感器结构示意图；

图2是本发明的电路系统结构示意图。

附图标识：