[发明专利]一种粒子辐射探测方法及探测装置

说明书

本发明提供一种粒子辐射探测方法及探测装置，该方法包括对放大器产生的与粒子沉积能量对应的电脉冲信号进行脉冲宽度甄别，并输出与电脉冲信号幅度相对应的逻辑信号。本发明通过建立脉冲幅度与脉冲宽度之间的关系，以脉冲宽度分析方法获得脉冲幅度值，根据脉冲幅度值的甄别和计数实现粒子能谱通量的测量。脉冲宽度分析解决了脉冲峰值电压与甄别器电压上限之间的矛盾，不会因电压上限限制影响脉冲从宽度到幅度的分析结果，因此能够实现超过甄别器电压上限的粒子能谱探测，提高探测的能谱范围。脉冲宽度分析采用数字电路完成，无需对脉冲峰值进行识别及保持，也无需脉冲幅度的模数转换，简化电路设计，更加适合低电压工作，并提高探测的准确度。

技术领域

本发明涉及空间粒子探测领域，具体涉及一种粒子辐射探测方法及探测装置。

背景技术

在地球空间中存在带电粒子辐射，是威胁航天器在轨安全的重要空间环境因素，同时也是空间物理研究的主要对象。空间高能粒子通过剂量效应、单粒子效应和充放电效应等对航天器产生影响。

传统的粒子辐射探测技术采用脉冲幅度分析技术，如图1所示，脉冲幅度分析技术中，探头及传感器响应空间粒子入射，把沉积在传感器中的入射粒子能量转换为微弱的电荷信号。信号拾起及放大电路获得入射粒子的电荷信号，转换为电脉冲信号。为了方便技术实现和降低电路噪声影响，通常放大电路输出信号为对称脉冲信号如图2所示，为准高斯函数形式。脉冲高度与探头接收的信号强度成正比。如果能够测量到脉冲高度，也就等价测量到入射粒子能量。

图1所示的触发阈值甄别器、峰值检测和保持器、脉冲幅度多道甄别器和多道计数器是脉冲幅度分析技术中需要的四个重要部分，其中，触发阈值甄别器用于排除噪声及干扰对测量的影响。它限定一个阈值，只有高于该阈值的信号才会被分析。峰值检测及保持电路捕获信号的峰值时刻，保持峰值点的信号电压值，供后面的多道分析处理。如果多道分析速度足够快，可能只需要峰值检测，而不需要峰值保持。

脉冲幅度多道甄别器是测量信号波形的峰值电压，根据峰值测量对入射粒子进行分类。实现多道分析的技术通常包括比较器链或模数转换器(ADC)。前者一般用于能谱区间探测，后者多用于高精度能谱探测。

多道计数器根据前面多道分析的结果，对不同分类的粒子进行计数，获得粒子能谱通量的测量结果。多道计数器一般由多个计数器或计数器阵列实现。能谱精度的提高依赖多道分析的精度，需要快速的高精度ADC来实现，不利于小型化。另外当供电电压低时，信号脉冲高度的电压范围被压缩，不利于测量精度的提高。

传统脉冲幅度分析技术由于高于放大器的上限电压的脉冲信号会被甄别器削平，如图3所示的第一电脉冲信号01。由于该脉冲信号的电压仍然大于放大器的电压上限，因此放大器识别并输出该第一脉冲信号01，然而，该脉冲信号电压并非脉冲信号的真实电压，使得整个脉冲分析失真，得出的粒子能谱测量值也就会失真。另一方面，如果要解决上述脉冲信号被削平的问题，就要提高放大器的上限电压，这显然与降低粒子辐射探测装置的工作电压的期望相矛盾。

发明内容

针对现有技术中脉冲幅度分析技术在粒子辐射探测方面存在的不足与缺陷，本发明提供一种粒子辐射探测方法及探测装置，该方法采用脉冲宽度分析代替脉冲幅度分析，省去了峰值检测与保持、脉高多道分析等步骤，由此简化了电路设计，降低了电路的复杂度，有利于设备的小型化及数字化。

根据本发明的第一方面，本发明提供了一种粒子辐射探测方法，包括以下步骤：

探测待测空间中的粒子，并将探测到的所述粒子转换成电荷信号；

将所述电荷信号转换成电脉冲信号；

根据甄别电压阈值，输出与所述电脉冲信号超过甄别电压阈值的逻辑信号；

对输出的所述逻辑信号进行脉冲宽度分析，获得所述电脉冲信号的脉冲宽度值，并依据所述电脉冲信号的脉冲幅度与脉冲宽度之间的关系，对所述脉冲宽度值进行能段划分；