[发明专利]一种基于中性原子成像装置的粒子成分分析系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于中性原子成像装置的粒子成分分析系统，所述系统包括：探测器模块、放大电路模块、比较电路模块、时间数字转换电路模块、FPGA控制电路模块和上位机；所述探测器模块用于产生粒子飞行的起始信号和结束信号；所述放大电路模块用于对起始信号和结束信号进行I‑V转换和脉冲幅度的放大；所述比较电路模块用于将放大电路模块输出的信号电平转化为要求的输入信号电平；所述时间数字转换电路模块用于根据起始信号和结束信号测量粒子的飞行时间；所述FPGA控制电路模块用于实现对时间数字转换电路模块的基本配置和通信，并与上位机进行通信；所述上位机用于根据粒子的飞行时间及粒子的能量，计算粒子的质量，从而分析出粒子的成分。

技术领域

本发明涉及空间探测技术领域，尤其涉及一种基于中性原子成像装置的粒子成分分析系统及方法。

背景技术

中性原子成像是近年来正在发展的应用于空间探测的一种高新技术。基于中性原子成像装置，可以实现中性原子的通量、能量和空间分布的测量。目前，在此装置中，还没有实现对中性原子的粒子成分的测量。对空间环境中性原子的粒子成分进行测量，将有助于分析和解释空间环境宁静期和扰动期多种空间现象的相互作用过程和机制，尤其对环电流注入机制的研究将提供重要的科学数据。

发明内容

本发明的目的在于为了实现对空间中性原子的粒子成分的测量，提出了一种基于中性原子装置的粒子成分分析系统，能够实现高效地测量中性原子的飞行时间，并且结合中性原子装置提供的位置信息和能量信息，从而进行高分辨率的粒子成分分析。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于中性原子成像装置的粒子成分分析系统，所述系统安装在中性原子成像装置中，用于对空间粒子的成分进行分析，所述系统包括：探测器模块、放大电路模块、比较电路模块、时间数字转换电路模块、FPGA控制电路模块和上位机；

所述探测器模块，用于产生粒子的飞行时间起始信号和结束信号；

所述放大电路模块，用于对探测器模块输出的起始信号和结束信号进行I-V转换和脉冲幅度的放大；

所述比较电路模块，用于对起始信号和结束信号的电平进行转换，将放大电路模块输出的信号电平转化为时间数字转换电路模块要求的输入信号电平；

所述时间数字转换电路模块，用于接收所述比较电路模块输出的起始信号和结束信号，测量粒子的飞行时间；

所述FPGA控制电路模块，用于实现对时间数字转换电路模块的基本配置和通信，并与上位机进行通信；

所述上位机，用于根据FPGA控制电路模块上传的粒子的飞行时间及粒子的能量，计算粒子的质量，从而分析出粒子的成分，并进行显示和存储。

作为上述装置的一种改进，所述探测器模块包括第一MCP探测器和第二MCP探测器；所述第一MCP探测器用于收集粒子，由此产生粒子飞行时间测量的起始信号，所述第二MCP探测器，用于收集经过一段时间飞行后到达的粒子，由此产生粒子飞行时间测量的结束信号；第一MCP探测器和第二MCP探测器的固定位置差为粒子的飞行距离。

作为上述装置的一种改进，所述放大电路模块包括前置放大器和主放大器。

作为上述装置的一种改进，所述系统还包括：保护电路，所述保护电路分别设置于放大电路模块和比较电路模块中，当设置于放大电路模块时，所述保护电路包括极零相消电路和滤波电路，所述极零相消电路用于改善计数率过载和脉冲幅度叠加效应，所述滤波电路用于降低输出电压纹波系数，使输出电压波形更加平滑；当所述保护电路设置于比较电路模块时，所述保护电路包括滤波电路。

作为上述装置的一种改进，所述时间数字转换电路模块包括专用时间数字转换芯片。

一种基于中性原子成像装置的粒子成分分析方法，基于上述的系统实现，所述方法包括：