[发明专利]一种利用栅网调控的空间能量粒子的多方向探测装置

说明书

技术领域

本发明涉及空间探测技术领域，尤其涉及一种用于空间能量粒子的探测装置。

背景技术

自从人类在首次发射升空卫星后发现了地球辐射带以来，能量范围在1keV到数 MeV之间的空间能量粒子(包括电子、质子及其他离子)就引起了人们广泛的兴趣。能 量粒子存在于地球磁层各个区域及其边界层，是磁层中出现极光、磁暴、高能电子 暴等许多空间物理现象的重要诱因，是太阳风-磁层-电离层能量耦合与传输过程中 的重要媒介。能量粒子在磁层内的加速机制问题及其起源问题是能量粒子研究中尚 待解决的两个最基本的问题。能量粒子相对于地球磁力线的投掷角分布与这些问题 密切相关，是研究磁层物理过程的重要依据。获得能量粒子投掷角分布是准确地评 估空间辐射环境、建立各类辐射带模型的基础，因此对于空间能量粒子开展多方向 的探测从而获得空间能量粒子的投掷角分布具有十分重要的科学和现实意义。

空间能量粒子的多方向探测可以采用各种方法，包括半球形静电分析仪法、磁 场偏转法、小孔成像法，但是这些方法都存在着不足之处。静电分析仪的方法由于 存在着静电高压过高放电的风险，所探测的空间粒子的能量范围过窄；磁场偏转法 存在着入射角度范围有限、增加重量较大、存在着磁场泄漏风险等；小孔成像法存 在着探测装置体积较大的不足。

发明内容

因此，为了克服上述问题，本发明提供一种利用栅网调控的空间能量粒子的多 方向探测装置，该装置采用栅网对空间各个方向的能量粒子流的强度进行调制，经 过栅网调控后的空间能量粒子紧接着被传感器测量到。相对于磁场偏转和小孔成像 法而言，实现相同空间分辨率和能量分辨率的需求下，本发明将可以实现更低的质 量和体积、从而降低对于卫星平台的要求。

为实现上述目的，本发明提出了一种利用栅网调控的空间能量粒子的多方向探 测装置，所述探测装置包括：准直器、调制编码栅网、半导体传感器、电子学部分 及机壳，其中准直器用于限定能量粒子的空间探测范围，调制编码栅网用于限制不 同方向的粒子的通量，半导体传感器用于探测能量粒子的能量，且半导体传感器为 像素型的固体传感器，当空间粒子进入该半导体传感器时由于损失能量而在其两侧 电极激起电信号脉冲；电子学部件用于对半导体传感器提供的电信号进行处理，以 提供反映空间粒子能量粒子种类和能量。

优选地，所述的准直器采用铝合金材料制成，厚度为不小于2mm。

优选地，所述的调制编码栅网采用金属材料制成，厚度为不小于1mm。

优选地，所述的调制编码栅网通过在金属板内进行镂空而形成狭缝的方式来构 成，狭缝宽度及其间距比例依据具体设计设定。

优选地，所述的半导体传感器采用厚度为不小于0.1mm、小于3mm、灵敏面积不 小于2mm×2mm的硅或金刚石类传感器，半导体传感器上的每个像素点独立地输出信 号。

优选地，每个所述探测装置的像素型硅质传感器的数目至少为2个，所述的像 素型硅质传感器均位于同一平面上，且排列成与调制编码栅网相对应的一维状。

优选地，所述的半导体传感器后设置有相应的前置放大器，且采用集成运放电 容反馈方式。

优选地，每个前置放大器后相应地设置有成形电路。

优选地，电子学部件包括：主放大器，用于将一路成形电路输出的信号进行放 大；峰保电路，用于对每个主放大器放大后的信号分别进行脉冲峰值保持；A/D采集 电路，用于对峰值保持后的信号进行模数转换；FPGA电路，用于将所有的A/D采集 电路得到的数字信号进行幅度分析和数据处理，其中不同的幅度代表着不同能量的 电子或质子。

优选地，本发明的探测装置还包含输出接口电路，用于与卫星总线进行数据通 信。

本发明的利用栅网调控的空间能量粒子的多方向探测装置的优点在于：使得待 探测的整个能量范围内的空间能量粒子都可以进入到传感器，从而可以扩大空间能 量粒子的探测范围，并且在相同的探测需求下，可以降低探测装置所需的空间和体 积，降低对卫星平台的需求。在有限空间内减少了磁场部件以及隔离部件，从而有 更多空间作为光路利用；并且在每个半导体传感器像素上都可以接收各个方向的粒 子，将每个像素独享一个准直器的结构改进为所有的像素共享一个准直器，这样可 提高空间粒子的利用率。

附图说明

图1为根据本发明的一个实施例的多方向探测装置的结构剖视图。