[发明专利]一种基于磁偏转技术的低污染空间中能电子探测器

说明书

技术领域

本发明涉及空间粒子测量领域，特别涉及一种基于磁偏转技术的低污染空间中能电子探测器。

背景技术

随着我国航天事业的发展，空间粒子辐射环境的测量也越来越重要。空间中的带电粒子理论上可分为高能、中能、低能三类。中能电子是指能量在几十keV-几百MeV的电子，介于高能和低能之间。

中能电子对于空间环境的扰动极为敏感，并且和很多空间物理现象关联，同时中能电子也是卫星表面高充电电位的主要诱因，因此对中能电子进行测量是空间物理科学研究和卫星工程保障的重要需求。

目前，国外已经在一些卫星上进行过中能电子的测量，但我国目前还没有在空间中进行过中能电子测量，我国急需在这一技术领域实现突破。

目前中能电子测量的技术难点是如何排除其它粒子的污染。以国外的测量方法为例，一般直接使用硅半导体传感器对中能电子进行测量，由于空间属于质子和电子的混合粒子辐射环境，在测量中能电子的同时，质子会不可避免的进入探头中对测量结果造成污染，尽管可以使用增加挡光层或者在硅传感器表面镀铝的方式对质子进行屏蔽，但由于屏蔽层同样会阻挡电子，因此其厚度不能加得太大，导致了仍然有相当多的质子穿透屏蔽对中能电子测量造成污染，尤其是MEO轨道，严重时质子污染可达到100%。为了排除质子污染，国外经常会额外增加一台质子探测器，利用质子探测器的数据，将电子数据中质子的污染通过“减法”排除，但该方法会增加额外的仪器，增加对卫星的资源需求。此外高能电子的能损涨落也是另一个干扰因素，高能电子可直接进入探测器中，受电子能损涨落的影响，其在探测器中的能量沉积将会是从低到高的分布，有可能产生与中能电子相同的能量沉积，由于探测器都是以粒子在探测器中的能量沉积作为能量测量的依据，因此高能电子不可避免的会对中能电子的测量造成污染。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中对中能电子的测量容易造成误差的缺陷，从而提供一种有效提高中能电子测量的准确度的探测器。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于磁偏转技术的低污染空间中能电子探测器，包括：探头、电子学箱；所述探头用于采集空间中的中能电子，得到关于所述中能电子的电压脉冲信号；所述电子学箱对所述电压脉冲信号进行幅度分析，确定所述中能电子的能道；所述探头包括粒子准直仪1、永磁偏转结构2、一维的位置灵敏传感器3、电荷灵敏前置放大器4以及屏蔽机壳5；其中，

外部入射的粒子群从所述粒子准直仪1入射后被该粒子准直仪1限定成一窄束，然后经过由所述永磁偏转结构2所形成的磁场，所述粒子群中的中能电子发生明显的偏转，偏转后的中能电子入射到倾斜安装的所述一维的位置灵敏传感器3上，所述中能电子在所述一维的位置灵敏传感器3上产生能量沉积，形成电子-空穴对，在所述一维的位置灵敏传感器3所加电场的作用下向两极漂移，由与所述一维的位置灵敏传感器3连接的电荷灵敏前置放大器4收集转化为电压脉冲信号；所述粒子准直仪1、永磁偏转结构2、一维的位置灵敏传感器3、电荷灵敏前置放大器4都位于所述屏蔽机壳5内。

上述技术方案中，所述电子学箱包括多路探测支路、一个A/D采集电路、一个FPGA处理芯片、输出接口电路；其中，用于采集电压脉冲信号的探测支路与探头中的电荷灵敏前置放大器4连接，每一路探测支路至少包括成形电路、主放大器、峰值保持器；所述成形电路对所采集的电压脉冲信号做成形输出，然后由主放大器对信号进行放大，放大后的信号通过峰值保持器后进行脉冲峰值保持；所述A/D采集电路对各个探测支路所采集的信号做模数转换，转换后的数字信号由所述FPGA处理芯片进行数据处理，所述数据处理包括对信号的幅度分析确定电子的能道，以及对分析后的数据进行打包，形成数据包；所述输出接口电路用于与卫星的通信，将探测数据结果以数据包的形式发送给卫星。

上述技术方案中，所述电子学箱还包括用于判断各探测支路的工作状态的噪声特性检测电路；该电路包括：在所述多路探测支路中的主放大器的输出端连接一个多路开关，该多路开关的输出端连接一个对传感器信号进行检测的传感器特性检测单元，所述传感器特性检测单元的输出端连接所述A/D采集电路的输入端。

上述技术方案中，所述粒子准直仪1为内部成锯齿台阶状的反散射结构，采用铝材料制成。

上述技术方案中，所述永磁偏转结构2包括多块小磁钢形成的圆环结构以及套在所述圆环外侧的纯铁环。

上述技术方案中，所述一维的位置灵敏传感器3包括多个灵敏区，每一灵敏区与一电荷灵敏前置放大器连接。

上述技术方案中，所述一维的位置灵敏传感器3倾斜放置在中能电子的偏转路径上。