[发明专利]一种基于碳膜二次电子产额的原子鉴别系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于碳膜二次电子产额的原子鉴别系统，用于分析太空中的中性原子成分，系统包括：探测组件、信号处理模块、后端采样模块、FPGA控制模块和设置在上位机的分析模块；后端采样模块和FPGA控制模块通过FPGA实现；探测组件，用于接收待测中性原子并产生二次电子，收集倍增后的二次电子输出短电荷脉冲；信号处理模块，用于对短电荷脉冲进行转换、放大及滤波，输出准高斯信号；后端采样模块，用于采样准高斯信号输出峰值数字信号；FPGA控制模块，用于控制后端采样模块工作，还用于将峰值数字信号发送至分析模块；分析模块，用于根据峰值数字信号的脉冲峰值与单电子产生的脉冲峰值的倍数关系，确定待测中性原子的成分。

技术领域

本发明涉及空间探测技术领域，尤其涉及一种基于碳膜二次电子产额的原子鉴别系统及方法。

背景技术

中性原子是一种在空间中占很大比例的粒子，随着空间科学研究的深入，近年来许多空间科学问题对中性原子成分分析、能量分析提出了要求。能够有效鉴别出中性原子种类，对解释空间环境平静期及扰动期的各种物理现象有很重要的意义，例如帮助我们了解超热粒子、太阳爆发及与行星作用过程区域等。现有中性原子仪器对能谱分析较多，还未实现大能量范围中性原子的成分分析。中性原子、离子等穿过箔时会产生二次电子，当箔为碳材质时，不同中性原子穿越其时产生的二次电子数量有较明显差别，利用二次电子产额不同可实现大能量范围中性原子成分分析的功能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有空间探测技术领域缺乏对大能量范围空间中性原子的粒子的成分分析的手段，提出了一种基于碳膜二次电子产额的原子鉴别系统及方法。

为了实现上述目的，本发明提出了一种基于碳膜二次电子产额的原子鉴别系统，用于分析太空中的中性原子成分，所述系统包括探测组件、信号处理模块、后端采样模块、FPGA控制模块和设置在上位机上的分析模块；其中，后端采样模块和FPGA控制模块通过FPGA实现；

所述探测组件，用于接收待测的中性原子并产生二次电子，并收集倍增后的二次电子，输出短电荷脉冲至信号处理模块；

所述信号处理模块，用于对短电荷脉冲进行I-V转换、放大及滤波处理，输出准高斯信号至后端采样模块；

所述后端采样模块，用于对准高斯信号进行采样，输出峰值数字信号至FPGA控制模块；

所述FPGA控制模块，用于控制后端采样模块的工作，还用于将收到的峰值数字信号发送至分析模块；

所述分析模块，用于根据峰值数字信号的脉冲峰值与单电子产生的脉冲峰值的倍数关系，确定待测中性原子的成分。

作为上述系统的一种改进，所述探测组件包括：碳膜、MCP和阳极；其中，

所述碳膜：用于接收中性原子，输出二次电子以及通过碳膜后的中性原子；

所述MCP，用于对收集的二次电子进行倍增；

所述阳极，用于收集倍增后的二次电子，输出短电荷脉冲至信号处理模块。

作为上述系统的一种改进，所述碳膜为小于等于2ug/cm²的碳膜。

作为上述系统的一种改进，所述信号处理模块包括前置放大电路、滤波电路和主放大电路；其中，

所述前置放大电路，用于对短电荷脉冲进行I-V转换以及放大；

滤波电路，用于降低输出电压中的纹波，使输出电压波形更加平滑；

主放大电路，用于对滤波后的信号放大，输出准高斯信号至后端采样模块。

作为上述系统的一种改进，所述后端采样模块包括峰值保持电路和ADC电路；

所述峰值保持电路，用于将准高斯信号的峰值保持一段时间；