[发明专利]一种用于空间离子和中性原子的测量装置

权利要求书

1.一种用于空间离子和中性原子的测量装置，其特征在于，包括：离子偏转系统、中性原子电离偏转系统、静电分析器、飞行时间系统、电子学处理单元和装置外壳；所述的离子偏转系统用于扩大离子探测视场，并将从空间入射的离子导入静电分析器；所述的中性原子电离偏转系统用于将从空间入射的中性原子电离成带正电的离子后导入静电分析器，同时屏蔽空间入射的带电粒子；所述的静电分析器通过其施加的电压对进入该静电分析器的离子进行能量分析，筛选输出与该电压的数值对应能量的离子；所述的飞行时间系统用于产生从静电分析器输出的离子在固定飞行距离内的起始点电信号和终止点电信号；所述的电子学处理单元用于处理飞行时间系统输出的起始点电信号和终止点电信号，获得离子和中性原子的方向、能量、密度和成分信息；所述的装置外壳为装置提供安装平台。

2.根据权利要求1所述的用于空间离子和中性原子的测量装置，其特征在于，所述的离子偏转系统包括离子前偏转板(2)和离子后偏转板(3)，所述的离子前偏转板(2)为两个对称设置的剖面45°的圆弧板，所述的离子后偏转板(3)为两个同轴设置的剖面10°的圆弧板；所述的离子前偏转板(2)通过其施加的电压扫描90°范围内任意方向的离子入射；所述的离子后偏转板(3)通过其施加的电压将从离子前偏转板(2)输出的离子导入静电分析器，并通过调节该离子后偏转板(3)上施加的电压值控制离子测量的开启与关闭。

3.根据权利要求1所述的用于空间离子和中性原子的测量装置，其特征在于，所述的中性原子电离偏转系统包括：中性原子前偏转板(4)、电离板(5)、引出透镜(6)和中性原子后偏转板(7)；所述的中性原子前偏转板(4)用于偏转屏蔽从空间入射的带电粒子，并将从空间入射的中性原子导入至电离板(5)上；所述的电离板(5)用于将中性原子电离成带正电的离子，并通过引出透镜(6)导入至中性原子后偏转板(7)内；所述的中性原子后偏转板(7)通过其施加的电压将从引出透镜(6)输出的离子导入静电分析器，并通过调节该中性原子后偏转板(7)上施加的电压值控制中性原子测量的开启与关闭。

4.根据权利要求3所述的用于空间离子和中性原子的测量装置，其特征在于，所述的电离板(5)采用钛基底上镀氧化钨镀层的材质制成。

5.根据权利要求2或3所述的用于空间离子和中性原子的测量装置，其特征在于，所述的静电分析器包括静电分析器外半球(9)和静电分析器内半球(10)；所述的静电分析器外半球(9)和静电分析器内半球(10)之间形成供离子进行偏转运动的通道；通过在静电分析器内半球(10)上施加阶梯扫描电压，筛选输出与该阶梯扫描电压的数值对应能量的离子。

6.根据权利要求5所述的用于空间离子和中性原子的测量装置，其特征在于，所述的电离板(5)与静电分析器内半球(10)的下边线夹角为15°。

7.根据权利要求5所述的用于空间离子和中性原子的测量装置，其特征在于，所述离子前偏转板(2)的对称中心线与静电分析器内半球(10)的下边线夹角为45°。

8.根据权利要求5所述的用于空间离子和中性原子的测量装置，其特征在于，所述的飞行时间系统包括：碳膜(11)、偏转电极(12)、微通道板(13)和阳极(14)；所述的碳膜(11)通过施加的负高压对离子加速，以使离子穿透碳膜(11)产生次级电子，所述的偏转电极(12)用于将次级电子偏转至微通道板(13)内侧，产生起始点电信号，穿透碳膜(11)的离子至微通道板(13)外侧产生终止点电信号，所述的阳极(14)收集起始点电信号和终止点电信号，并通过电缆(15)输入至电子学处理单元(16)。

9.根据权利要求8所述的用于空间离子和中性原子的测量装置，其特征在于，所述的电子学处理单元(16)包括信号前置放大电路、高压电路、飞行时间测量电路、接口电路、控制电路和电源系统；所述的信号前置放大电路用于对阳极(14)输出的电信号进行放大；所述的高压电路用于为装置提供所需的多路高压；所述的飞行时间测量电路用于测量离子在飞行时间系统中的飞行时间；所述的控制电路用于控制电子学处理单元(16)的运行，并通过控制接口电路与外界通讯；所述的电源系统用于为装置供电。