[发明专利]一种中高能粒子探测器

权利要求书

1.一种中高能电子探测器，其特征在于，其外部结构为电子学箱和固定在其顶面上的棱台，在棱台顶面及两个侧面上分别设置一个探头，在电子学箱内设置对三个探头的电信号进行处理的电子学部分，三个探头共用一个电子学部分；

三个探头按照扇形排列，每个方向的总张角为60°×60°，3个探头可测量180×60°的视场；每个探头包括3×3共9个子测量视场，每个子视场20°×20°；可形成27个测量视场，包括9个投掷角和18个方位角；

探头包括入射孔、2片二维面阵硅半导体传感器(A和B)、1片单像素硅半导体传感器(C)、一组闪烁体探测器(D)及光电探测器(E)；

入射孔和2片二维面阵硅半导体传感器(A和B)形成基于小孔成像法的中能电子探测器；入射孔、2片二维面阵硅半导体传感器(A和B)、1片单像素硅半导体传感器(C)、一组闪烁体探测器(D)及光电探测器(E)联合形成基于望远镜法的高能电子探测器；

所述入射孔的面积为2mm×2mm；每组2片二维面阵硅半导体传感器(A和B)为两片厚度为500μm，总灵敏面积为9mm×9mm的多灵敏区硅半导体传感器；包括3×3共9个灵敏区，每个灵敏区面积3×3mm；1片单像素硅半导体探测器(C)为面积为20mm×20mm的单像素硅半导体；传感器闪烁体探测器(D)为边长为20mm，厚度为10mm的长方体，用于阻止7MeV以下的高能电子；光电器件(E)是灵敏区面积为18mm×18mm的光收集探测器光二极管。

2.根据权利要求1所述的中高能电子探测器，其特征在于，所述电子学部分包括：前端探头半导体传感器信号读出单元、闪烁体传感器信号读出单元和FPGA数管系统；

所述前端探头半导体传感器信号读出单元，用于读出三片半导体传感器(A，B和C)的电荷信号，

所述闪烁体探测器信号读出单元，用于读出光电探测器(E)对闪烁体探测器(D)进行光电转换后的光电流信号；

所述FPGA数管系统，用于实现半导体传感器的读出配置及数据采样控制、闪烁探测器信号采样控制，科学数据缓存及转发，工程参数采集，数据注入解析、执行及转发，以及与卫星通信的控制。

3.根据权利要求2所述的中高能电子探测器，其特征在于，所述前端探头半导体传感器信号读出单元为一片多通道信号读出专用集成ASIC芯片；ASIC芯片内部集成电荷灵敏放大器、滤波成形放大电路、峰保电路组成的64通道传感器信号读出前端电子学，64通道峰保信号采样ADC转换电路及采样结果读出控制后端接口电路；

ASIC芯片内部寄存器通过FPGA数管系统进行设置，配置信息包括信号极性、增益、成形时间、触发阈值以及芯片内部各模块工作偏置电压；配置后的ASIC芯片进入正常工作状态后，将半导体传感器输入的电荷信号转换成可采样的电压脉冲信号，并在FPGA数管系统控制下进行ADC采样。

4.根据权利要求3所述的中高能电子探测器，其特征在于，所述闪烁体传感器信号读出单元包括：电流灵敏放大器和高速采样电路；

所述电流灵敏放大器，用于读出光电探测器E的光电流信号，读出电压V_f为：

其中，Q(t)为t时刻收集的电荷；τ_f＝R_fC_f，电荷反馈电容C_f＝0.25pF；I_d为硅光二极管漏电流，由漏电流方向及收集电荷极性决定前放输出负偏压电平和负脉冲信号；直流耦合输出比交流耦合多一个直流偏压项I_d×R_f，R_f为电阻；

所述高速采样电路，用于对读出的光电流信号进行采样。