一種利用柵網(wǎng)調(diào)控的空間能量粒子的多方向探測裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及空間探測技術領域，尤其涉及一種用于空間能量粒子的探測裝置。
【背景技術】
[0002]自從人類在首次發(fā)射升空衛(wèi)星后發(fā)現(xiàn)了地球輻射帶以來，能量范圍在IkeV到數(shù)MeV之間的空間能量粒子(包括電子、質(zhì)子及其他離子)就引起了人們廣泛的興趣。能量粒子存在于地球磁層各個區(qū)域及其邊界層，是磁層中出現(xiàn)極光、磁暴、高能電子暴等許多空間物理現(xiàn)象的重要誘因，是太陽風-磁層-電離層能量耦合與傳輸過程中的重要媒介。能量粒子在磁層內(nèi)的加速機制問題及其起源問題是能量粒子研究中尚待解決的兩個最基本的問題。能量粒子相對于地球磁力線的投擲角分布與這些問題密切相關，是研究磁層物理過程的重要依據(jù)。獲得能量粒子投擲角分布是準確地評估空間輻射環(huán)境、建立各類輻射帶模型的基礎，因此對于空間能量粒子開展多方向的探測從而獲得空間能量粒子的投擲角分布具有十分重要的科學和現(xiàn)實意義。
[0003]空間能量粒子的多方向探測可以采用各種方法，包括半球形靜電分析儀法、磁場偏轉(zhuǎn)法、小孔成像法，但是這些方法都存在著不足之處。靜電分析儀的方法由于存在著靜電高壓過高放電的風險，所探測的空間粒子的能量范圍過窄；磁場偏轉(zhuǎn)法存在著入射角度范圍有限、增加重量較大、存在著磁場泄漏風險等；小孔成像法存在著探測裝置體積較大的不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因此，為了克服上述問題，本發(fā)明提供一種利用柵網(wǎng)調(diào)控的空間能量粒子的多方向探測裝置，該裝置采用柵網(wǎng)對空間各個方向的能量粒子流的強度進行調(diào)制，經(jīng)過柵網(wǎng)調(diào)控后的空間能量粒子緊接著被傳感器測量到。相對于磁場偏轉(zhuǎn)和小孔成像法而言，實現(xiàn)相同空間分辨率和能量分辨率的需求下，本發(fā)明將可以實現(xiàn)更低的質(zhì)量和體積、從而降低對于衛(wèi)星平臺的要求。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種利用柵網(wǎng)調(diào)控的空間能量粒子的多方向探測裝置，所述探測裝置包括:準直器、調(diào)制編碼柵網(wǎng)、半導體傳感器、電子學部分及機殼，其中準直器用于限定能量粒子的空間探測范圍，調(diào)制編碼柵網(wǎng)用于限制不同方向的粒子的通量，半導體傳感器用于探測能量粒子的能量，且半導體傳感器為像素型的固體傳感器，當空間粒子進入該半導體傳感器時由于損失能量而在其兩側(cè)電極激起電信號脈沖；電子學部件用于對半導體傳感器提供的電信號進行處理，以提供反映空間粒子能量粒子種類和能量。
[0006]優(yōu)選地，所述的準直器采用鋁合金材料制成，厚度為不小于2_。
[0007]優(yōu)選地，所述的調(diào)制編碼柵網(wǎng)采用金屬材料制成，厚度為不小于1_。
[0008]優(yōu)選地，所述的調(diào)制編碼柵網(wǎng)通過在金屬板內(nèi)進行鏤空而形成狹縫的方式來構成，狹縫寬度及其間距比例依據(jù)具體設計設定。
[0009]優(yōu)選地，所述的半導體傳感器采用厚度為不小于0.1mm、小于3mm、靈敏面積不小于2mmX2mm的硅或金剛石類傳感器，半導體傳感器上的每個像素點獨立地輸出信號。
[0010]優(yōu)選地，每個所述探測裝置的像素型硅質(zhì)傳感器的數(shù)目至少為2個，所述的像素型硅質(zhì)傳感器均位于同一平面上，且排列成與調(diào)制編碼柵網(wǎng)相對應的一維狀。
[0011]優(yōu)選地，所述的半導體傳感器后設置有相應的前置放大器，且采用集成運放電容反饋方式。
[0012]優(yōu)選地，每個前置放大器后相應地設置有成形電路。
[0013]優(yōu)選地，電子學部件包括:主放大器，用于將一路成形電路輸出的信號進行放大；峰保電路，用于對每個主放大器放大后的信號分別進行脈沖峰值保持;A/D采集電路，用于對峰值保持后的信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換；FPGA電路，用于將所有的A/D采集電路得到的數(shù)字信號進行幅度分析和數(shù)據(jù)處理，其中不同的幅度代表著不同能量的電子或質(zhì)子。
[0014]優(yōu)選地，本發(fā)明的探測裝置還包含輸出接口電路，用于與衛(wèi)星總線進行數(shù)據(jù)通信。
[0015]本發(fā)明的利用柵網(wǎng)調(diào)控的空間能量粒子的多方向探測裝置的優(yōu)點在于:使得待探測的整個能量范圍內(nèi)的空間能量粒子都可以進入到傳感器，從而可以擴大空間能量粒子的探測范圍，并且在相同的探測需求下，可以降低探測裝置所需的空間和體積，降低對衛(wèi)星平臺的需求。在有限空間內(nèi)減少了磁場部件以及隔離部件，從而有更多空間作為光路利用；并且在每個半導體傳感器像素上都可以接收各個方向的粒子，將每個像素獨享一個準直器的結(jié)構改進為所有的像素共享一個準直器，這樣可提高空間粒子的利用率。
【附圖說明】
[0016]圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的多方向探測裝置的結(jié)構剖視圖。
[0017]圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的調(diào)制編碼柵網(wǎng)的結(jié)構示意圖。
[0018]圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的像素型半導體傳感器的結(jié)構示意圖。
[0019]圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的多方向探測裝置的電氣結(jié)構示意圖。
[0020]附圖標記
[0021]1、準直器 2、調(diào)制編碼柵網(wǎng) 3、半導體傳感器
[0022]4、機殼
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的利用柵網(wǎng)調(diào)控的空間能量粒子的多方向探測裝置進行詳細說明。
[0024]圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的多方向探測裝置的結(jié)構剖視圖。如圖1所示，該多方向探測裝置包括準直器1、調(diào)制編碼柵網(wǎng)2、半導體傳感器3及機殼4，這里，準直器I的功能在于將雜散的空間能量粒子限定在探測范圍以內(nèi)；調(diào)制編碼柵網(wǎng)2用于將不同方向的空間能量粒子調(diào)制進入半導體傳感器3，而空間能量粒子在進入半導體傳感器3內(nèi)后會損失能量，因此便會在其兩側(cè)電極激起電信號脈沖，經(jīng)適當?shù)奶幚砗蟮男盘柋憧梢越o出粒子在傳感器中的能量沉積，結(jié)合調(diào)制柵網(wǎng)的結(jié)構參數(shù)，就可以進一步給出空間能量粒子的空間分辨、能量分辨等。
[0025]優(yōu)選地，所述的準直器采用鋁合金材料制成，厚度為不小于2_。
[0026]圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的調(diào)制編碼柵網(wǎng)的結(jié)構示意圖。調(diào)制編碼柵網(wǎng)通過在金屬板內(nèi)進行鏤空而形成狹縫來構成，此實施例中狹縫寬度及其間距之比符合正弦規(guī)律，采用銅制材料制成，厚度為1_。顯然，在另外的實施例中，調(diào)制編碼柵網(wǎng)的狹縫寬度及其間距之比可以根據(jù)具體需求來設置。
[0027]圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的像素型半導體傳感器的結(jié)構示意圖。其中，半導體傳感器采用厚度為0.3_、靈敏面積為10_X2_的離子注入型硅傳感器。像素傳感器數(shù)目至少為3個，所述的像素型硅質(zhì)傳感器均位于同一平面上，且排列成與調(diào)制編碼柵網(wǎng)相對應的一維狀。
[0028]圖4所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的柵網(wǎng)調(diào)控空間能量粒子多方向探測裝置的一個子探測裝置的電氣實現(xiàn)原理框圖。其中，對應于圖3中實施例的3個半導體傳感器，此實施例中的電子學部件包括三路電學處理通路，每個通路分別包括:主放大器，用于將一路成形電路輸出的信號進行放大；峰保電路，用于對每個主放大器放大后的信號分別進行脈沖峰值保持;A/D采集電路，用于對峰值保持后的信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換；FPGA電路，用于將所有的A/D采集電路得到的數(shù)字信號進行幅度分析和數(shù)據(jù)處理，其中不同的幅度代表著不同能量的電子或質(zhì)子。顯然，在另外的實施例中，當半導體傳感器的數(shù)量大于3時，電學處理通路的數(shù)量應相應地進行設置。
[0029]圖4中的實施例的電氣實現(xiàn)原理框圖中還包括一輸出接口電路，用于與衛(wèi)星總線進行數(shù)據(jù)通信。
[0030]最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制。盡管參照實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
【主權項】
1.一種利用柵網(wǎng)調(diào)控的空間能量粒子的多方向探測裝置，其特征在于包括:準直器、調(diào)制編碼柵網(wǎng)、半導體傳感器、電子學部分及機殼，其中準直器用于限定能量粒子的空間探測范圍，調(diào)制編碼柵網(wǎng)用于限制不同方向的粒子的通量，半導體傳感器用于探測能量粒子的能量，且半導體傳感器為像素型的固體傳感器，當空間粒子進入該半導體傳感器時由于損失能量而在其兩側(cè)電極激起電信號脈沖；電子學部件用于對半導體傳感器提供的電信號進行處理，以提供反映空間粒子能量粒子種類和能量。2.根據(jù)權利要求1所述的探測裝置，其特征在于:所述的準直器采用鋁合金材料制成，厚度為不小于2mm。3.根據(jù)權利要求1所述的探測裝置，其特征在于:所述的調(diào)制編碼柵網(wǎng)采用金屬材料制成，厚度為不小于1mm。4.根據(jù)權利要求1所述的探測裝置，其特征在于:所述的調(diào)制編碼柵網(wǎng)通過在金屬板內(nèi)進行鏤空而形成狹縫的方式來構成，狹縫寬度及其間距比例依據(jù)具體設計設定。5.根據(jù)權利要求1所述的探測裝置，其特征在于:所述的半導體傳感器采用厚度為不小于0.1mm、小于3mm、靈敏面積不小于2mmX2mm的娃或金剛石類傳感器，半導體傳感器上的每個像素點獨立地輸出信號。6.根據(jù)權利要求1所述的探測裝置，其特征在于:每個所述探測裝置的像素型硅質(zhì)傳感器的數(shù)目至少為2個，所述的像素型硅質(zhì)傳感器均位于同一平面上，且排列成與調(diào)制編碼柵網(wǎng)相對應的一維狀。7.根據(jù)權利要求1所述的探測裝置，其特征在于:所述的半導體傳感器后設置有相應的前置放大器，且采用集成運放電容反饋方式。8.根據(jù)權利要求7所述的探測裝置，其特征在于:所述每個前置放大器后相應地設置有成形電路。9.根據(jù)權利要求1所述的探測裝置，其特征在于:所述電子學部件包括:主放大器，用于將一路成形電路輸出的信號進行放大；峰保電路，用于對每個主放大器放大后的信號分別進行脈沖峰值保持；A/D采集電路，用于對峰值保持后的信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換；FPGA電路，用于將所有的A/D采集電路得到的數(shù)字信號進行幅度分析和數(shù)據(jù)處理，其中不同的幅度代表著不同能量的電子或質(zhì)子。10.根據(jù)權利要求1所述的探測裝置，其特征在于:所述的探測裝置還包含輸出接口電路，用于與衛(wèi)星總線進行數(shù)據(jù)通信。
【專利摘要】一種利用柵網(wǎng)調(diào)控的空間能量粒子的多方向探測裝置，包括：準直器、調(diào)制編碼柵網(wǎng)、半導體傳感器、電子學部分及機殼，其中準直器用于限定能量粒子的空間探測范圍，調(diào)制編碼柵網(wǎng)用于限制不同方向的粒子的通量，半導體傳感器用于探測能量粒子的能量，且半導體傳感器為像素型的固體傳感器，當空間粒子進入該半導體傳感器時由于損失能量而在其兩側(cè)電極激起電信號脈沖；電子學部件用于對半導體傳感器提供的電信號進行處理，以提供反映空間粒子能量粒子種類和能量。
【IPC分類】G01T1/00
【公開號】CN105607107
【申請?zhí)枴緾N201410673794
【發(fā)明人】楊垂柏, 曹光偉, 張珅毅, 張賢國, 荊濤, 張斌全, 孔令高, 梁金寶, 孫越強
【申請人】中國科學院空間科學與應用研究中心
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2014年11月21日