專利名稱：一種多方向高能粒子探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空間高能電子、高能質(zhì)子測量裝置，特別是測量高能電子、高能質(zhì)子方向通量和能譜的探測裝置，具體涉及一種多方向高能粒子探測器。
背景技術(shù)：
空間帶電粒子是空間環(huán)境最重要的因素，是空間環(huán)境研究的主要對象。空間帶電粒子探測已有40余年的歷史。人類對空間帶電粒子認(rèn)識已有一定的基礎(chǔ)。但是隨著科學(xué)研究的深入、航天技術(shù)的廣泛滲透，人類對空間帶電粒子及其效應(yīng)的認(rèn)識開始上一個新的臺階，更精細(xì)的探測需求得以提出。空間粒子探測技術(shù)向多功能、精細(xì)化方向發(fā)展?？臻g中高能帶電粒子是誘發(fā)航天器單粒子效應(yīng)、輻射劑量效應(yīng)和深層充放電效應(yīng)的主要因素，是抗輻射加固的主要防護對象。空間帶電粒子的多成分、寬能譜和強烈的各向異性，為防護設(shè)計評估增加了難度。國內(nèi)航天工程普遍將空間粒子簡化成各向同性、指數(shù)譜，與實際情況差距巨大。本發(fā)明詳盡的多功能、多方向粒子探測對航天器的抗輻射加固設(shè)計、故障分析具有重要的意義?？臻g帶電粒子的空間分布、相對磁力線的投擲角分布、能譜分布以及它們的時間變化，是空間環(huán)境的統(tǒng)計規(guī)律研究、機制機理研究和空間建模的基本內(nèi)容。我國空間環(huán)境探測技術(shù)，一直沒有得到應(yīng)有的重視。探測技術(shù)能力與國際還有很大的差距?？涓赣媱澋膶嵤┦箛鴥?nèi)有效載荷研制面臨巨大的壓力。已有技術(shù)存在的問題主要是目前的空間粒子探測器均為單方向測量裝置，且功能單一，無法同時實現(xiàn)粒子方向測量及能譜測量的集成化。其原因主要是目前在國內(nèi)各衛(wèi)星上安裝的粒子測量裝置均為“十一五”期間形成的“三化”產(chǎn)品，基本都使用一組傳感器，因此測量方向較單一，無法進行空間粒子多方向測量，且功能單一，難以實現(xiàn)高能電子和質(zhì)子能譜同時測量。另一方面，由于以往探測裝置在系統(tǒng)集成度和功耗要求等方面限制，很難在實現(xiàn)以上多種測量目標(biāo)的同時，又能達到高集成、低功耗的要求。因此，必須設(shè)計一臺新型高能粒子測量裝置，以同時實現(xiàn)高能電子、質(zhì)子的方向通量及能譜測量。目前粒子測量裝置基本使用一組傳感器，測量方向單一，一般只能測量高能電子能譜或高能質(zhì)子能譜功能單一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，為克服目前粒子測量裝置基本使用一組傳感器，測量方向單一，且探測功能單一的缺陷，從而提供一種多方向高能粒子探測器。為達到上述目的，本發(fā)明提出了一種多方向高能粒子探測器，該探測器用于同時測量高能電子和高能質(zhì)子方向通量和能譜，其特征在于，所述的探測器具體包含方向傳感器，該傳感器包含4片到16片半導(dǎo)體探測器及每片半導(dǎo)體探測對應(yīng)的前置放大器和成形電路，該前置放大器用于將每片半導(dǎo)體探測器輸出的反應(yīng)帶電粒子沉積能量的電荷信號分別進行放大轉(zhuǎn)變成電壓脈沖信號，成形電路將前置放大器輸出的電壓脈沖信號成形輸出；一高能電子能譜傳感器，該傳感器包含第一片半導(dǎo)體探測器(D1)，第二片半導(dǎo)體探測器(D2)、第三片半導(dǎo)體探測器(D!3)及各片半導(dǎo)體探測器分別對應(yīng)的前置放大器和成形電路，該前置放大用于將每片半導(dǎo)體探測器輸出的反應(yīng)帶電粒子沉積能量的電荷信號分別進行放大轉(zhuǎn)變成電壓脈沖信號，成形電路將前置放大器輸出的電壓脈沖信號成形輸出；一高能質(zhì)子能譜傳感器，該傳感器包含第一片半導(dǎo)體探測器(D4)，第二片半導(dǎo)體探測器(D5)、第三片半導(dǎo)體探測器(D6)及各片半導(dǎo)體探測器分別對應(yīng)的前置放大器和成形電路，該前置放大器用于將每片半導(dǎo)體探測器輸出的反應(yīng)帶電粒子沉積能量的電荷信號分別進行放大轉(zhuǎn)變成電壓脈沖信號，成形電路將前置放大器輸出的電壓脈沖信號成形輸出；相加電路，用于將高能電子能譜傳感器的第二片半導(dǎo)體探測器(擬)和第三片半導(dǎo)體探測器(D!3)的成形信號相加輸出；并將高能質(zhì)子能譜傳感器的第一片半導(dǎo)體探測器 (D4)和第二片半導(dǎo)體探測器(M)的成形信號相加輸出；主放大器，用于將一路成形電路輸出的信號或兩路經(jīng)過相加電路后輸出的信號進行放大；峰值保持器，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；ADC采集電路，用于對峰值保持的信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換；FPGA處理芯片，用于將所有的ADC采集電路得到數(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；其中，所述的前置放大器輸出端通過成形電路分別與相應(yīng)主放大器輸入端相連，所述的主放電路輸出端分別與相對應(yīng)峰值保持器輸入端相連，所述的各峰值保持器輸出端分別與相對應(yīng)ADC采集電路輸入端相連，所述的ADC采集電路經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸出端與FPGA處理芯片輸入端相連；所述的方向傳感器包含的半導(dǎo)體探測器每片間隔11.25°，分成4排，交錯排列在截面為半圓形的柱形基座的側(cè)面柱體上；所述的高能電子能譜傳感器和所述的高能質(zhì)子能譜傳感器均位于該柱形基座的半圓扇面上；該結(jié)構(gòu)用于探測180°的扇形方向的高能電子和質(zhì)子通量，同時測量垂直扇面方向的高能電子能譜及高能質(zhì)子能譜。上述技術(shù)方案中，所述的探測器還包含輸出接口電路，用于與衛(wèi)星總線進行數(shù)據(jù)
ififn。上述技術(shù)方案中，所述的方向傳感器的半導(dǎo)體探測器采用厚度為1mm、靈敏面積 6mm*6mm的離子注入型探測器；所述的方向傳感器對應(yīng)的前置放大器采用集成運放電容反饋方式；所述的半導(dǎo)體探測器和對應(yīng)前置放大器均采用一體結(jié)構(gòu)安裝在截面為半圓形的柱形基座上，并用對應(yīng)的鋁罩屏蔽，用于降低噪聲干擾。上述技術(shù)方案中，所述的半導(dǎo)體探測器均與一準(zhǔn)直器對應(yīng)，其中，所述的準(zhǔn)直器內(nèi)部均安裝6片開孔的薄鋁片，用于保證探測視場的同時防止斜入射粒子在準(zhǔn)直器中反射進入傳感器造成計數(shù)干擾。所述的每個準(zhǔn)直器前方均設(shè)15um厚的鋁質(zhì)擋光層，用于防止可見光射入。
上述技術(shù)方案中，所述的高能電子能譜的3片半導(dǎo)體探測器分別為厚度450um、 2mm、2mm，靈敏面積為直徑8mm的離子注入探測器；所述的高能電子能譜的前置放大器采用集成運放電容反饋方式；所述的半導(dǎo)體探測器和前置放大器采用一體結(jié)構(gòu)安裝在屏蔽結(jié)構(gòu)內(nèi)，以降低噪聲干擾；所述的高能電子能譜的傳感器前方設(shè)15um厚的鋁質(zhì)擋光層以防止可見光射入。上述技術(shù)方案中，所述的高能質(zhì)子能譜傳感器的3片半導(dǎo)體探測器均采用三元結(jié)構(gòu)，厚度均為Imm且靈敏面積直徑12mm的離子注入探測器；所述的高能質(zhì)子能譜的前置放大器采用集成運放電容反饋方式；所述的高能質(zhì)子能譜的半導(dǎo)體探測器和前置放大器采用一體結(jié)構(gòu)安裝在屏蔽結(jié)構(gòu)內(nèi)，以降低噪聲干擾；所述的高能質(zhì)子能譜的準(zhǔn)直器采用偏轉(zhuǎn)磁鐵以降低低能電子的干擾；所述的高能質(zhì)子能譜的傳感器前方設(shè)15um厚的鋁質(zhì)擋光層以防止可見光射入。上述技術(shù)方案中，所述的探測器FPGA芯片工作流程如下(1)任何時候有復(fù)位信號到來則重新初始化程序流程；(2)格式化內(nèi)存RAM ；控制ADC芯片進行數(shù)據(jù)采集和ADC通道的切換，讀出采集后的數(shù)據(jù)，發(fā)送給數(shù)據(jù)處理單元；對數(shù)據(jù)進行處理并打包；打包完成后寫入工程參數(shù)，包括時間碼和包計數(shù)；(3)有校時命令時，進行時間碼校對；(4)判斷是否有過數(shù)據(jù)請求命令，有則發(fā)送已經(jīng)完成的數(shù)據(jù)包；當(dāng)沒有數(shù)據(jù)包完成時，等待完成當(dāng)前數(shù)據(jù)包后發(fā)送，發(fā)送完成后格式化內(nèi)存RAM并開始新的打包過程。作為本發(fā)明的一個改進，所述的探測器還包含儀器特性檢測單元；其中，所述的檢測單元電路為各主放電路輸出端經(jīng)過若干個多路開關(guān)連接，所述的多路開關(guān)輸出端分別連接一傳感器檢測電路，所述的傳感器檢測電路的輸出端連接A/D 采集電路輸入端，所述的A/D采集電路輸出端與FPGA輸入端相連，用于及時了解到各探測支路的工作狀況。本發(fā)明的優(yōu)點在于，同時實現(xiàn)粒子方向測量及能譜測量的集成化；實現(xiàn)了高能電子、質(zhì)子的方向通量及能譜測量；實現(xiàn)以上多種測量目標(biāo)的同時，又能達到高集成、低功耗的要求。


圖1為本發(fā)明的多向高能粒子探測器工作原理框圖； 圖2為16個方向傳感器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為方向傳感器準(zhǔn)直器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本發(fā)明的電子、質(zhì)子能譜傳感器及準(zhǔn)直器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為本發(fā)明的多向高能粒子探測器FPGA程序的工作流程。 附圖標(biāo)志
1、方向傳感器的半導(dǎo)體探測器 3、方向傳感器的屏蔽罩 5、方向傳感器的擋光層 7、質(zhì)子能譜傳感器的準(zhǔn)直器
2、方向傳感器的前置放大器 4、方向傳感器的準(zhǔn)直器鋁片 6、電子能譜傳感器的準(zhǔn)直器 8、電子能譜傳感器的擋光層
9、質(zhì)子能譜傳感器的擋光層 10、方向傳感器的基座
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行進一步說明。本發(fā)明涉及一種空間高能電子、高能質(zhì)子測量裝置，特別是測量高能電子、高能質(zhì)子方向通量和能譜的探測裝置。多方向高能粒子探測器主要由16個方向傳感器的半導(dǎo)體探測器1、1個高能電子能譜傳感器和1個高能質(zhì)子能譜傳感器、電荷靈敏前置放大器、脈沖成形和主放大電路、 ADC采集電路、FPGA處理芯片、外部接口、傳感器檢測等電路組成。本發(fā)明的目的在于提供一種測量高能電子、高能質(zhì)子方向通量和能譜的探測裝置。針對已有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明采用的結(jié)構(gòu)為1.方向傳感器分別由16組單片半導(dǎo)體探測器1和對應(yīng)電荷靈敏前置放大器組成，并屏蔽于半柱形基座的柱體側(cè)面內(nèi)，通過傳感器-前放一體化結(jié)構(gòu)提高抗干擾能力；每個方向傳感器均設(shè)有對應(yīng)的準(zhǔn)直器。2.電子能譜傳感器由三元半導(dǎo)體探測器D1、D2和D3及對應(yīng)準(zhǔn)直器6組成；半導(dǎo)體傳感器和和對應(yīng)電荷靈敏前置放大器采取一體屏蔽結(jié)構(gòu)，以降低噪聲干擾。3.質(zhì)子能譜傳感器由三元半導(dǎo)體探測器D4、D5和D6及對應(yīng)準(zhǔn)直器組成；半導(dǎo)體傳感器和和對應(yīng)電荷靈敏前置放大器采取一體屏蔽結(jié)構(gòu)，以降低噪聲干擾。4.以上三種傳感器及相應(yīng)準(zhǔn)直器、前放電路和探測器其他電子學(xué)電路，均安裝在同一機箱內(nèi)，即同一個半柱形基座上。每個傳感器前置放大器輸出端分別與相應(yīng)主放大器輸入端相連，各主放電路輸出端分別與相對應(yīng)峰值保持器輸入端相連，各峰值保持器輸出端分別與相對應(yīng)ADC采集電路輸入端相連，ADC采集電路經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸出端與FPGA處理芯片輸入端相連，同時各主放電路輸出端經(jīng)過多路開關(guān)連接了用于檢測各探測支路工作狀況的儀器特性檢測電路。儀器特性檢測電路包括兩個用于放大噪聲信號的放大器，放大器的輸出端連接了 ADC采集電路輸入端，ADC采集電路輸出端與FPGA輸入端相連。采用本發(fā)明后，在將多方向高能粒子探測器用于空間高能電子、質(zhì)子方向通量和能譜測量時，能及時了解到各探測支路的工作狀況，且提高了信噪比，圖1是本發(fā)明的多向高能粒子探測器實施例的原理方框圖，是由不同半導(dǎo)體探測器及對應(yīng)準(zhǔn)直器系統(tǒng)構(gòu)成的傳感器、相對應(yīng)支路的電荷靈敏前置放大器、主放大器、峰值保持器、ADC采集電路、FPGA處理芯片、輸出接口電路和噪聲特性檢測等電路構(gòu)成。其中方向傳感器部分是由圖2所示的16片半導(dǎo)體探測器(但是可以根據(jù)具體的需要拆卸幾片半導(dǎo)體探測器，最少應(yīng)保留4片即可以滿足測量的基本要求)、前置放大器及屏蔽結(jié)構(gòu)構(gòu)成；高能電子和質(zhì)子能譜傳感器部分是由圖4所示半導(dǎo)體傳感器Dl、D2、D3、D4、D5和D6及前置放大器構(gòu)成。當(dāng)高能電子或質(zhì)子通過準(zhǔn)直器6或7入射傳感器時，在半導(dǎo)體探測器中產(chǎn)生不同的能量損失，其輸出反映入射粒子能量關(guān)系的電荷信號；電荷前置放大器將半導(dǎo)體探測器輸出的反應(yīng)電荷能量的電荷信號進行放大轉(zhuǎn)變成電壓脈沖信號，該信號輸至主放大器進行放大，放大后的信號通過峰值保持器后進行脈沖峰值保持，該信號輸出至ADC采集電路進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號由FPGA處理器進行幅度分析和數(shù)據(jù)處理，不同的幅度代表著不同能量的電子或質(zhì)子。由于本發(fā)明主要用于空間探測器，因此如果在空間本發(fā)明的探測裝置出現(xiàn)故障時將無法判斷，直接影響到探測結(jié)果的可靠性，因此在放大部分的輸出端增加了儀器特性檢測部分，用于判斷各探測支路的工作狀態(tài)。方向傳感器部分結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，是由4到16個半導(dǎo)體探測器1、前置放大器和鋁質(zhì)屏蔽結(jié)構(gòu)組成，所有的半導(dǎo)體傳感器采用厚度為1mm、靈敏面積6mm*6mm的離子注入型探測器。方向傳感器共探測180°的扇形方向，每片間隔11.25°，為減小體積，16 個傳感器分成4 交錯排列在半圓形的柱形基座上。前置放大器采用集成運放電容反饋方式。半導(dǎo)體探測器和對應(yīng)前置放大器均采用一體結(jié)構(gòu)安裝在屏蔽結(jié)構(gòu)內(nèi)，以降低噪聲干擾。16個方向準(zhǔn)直器與相應(yīng)方向傳感器一一對應(yīng)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)見示意圖3，每個準(zhǔn)直器內(nèi)部均安裝6片開孔的薄鋁片4，在保證探測視場的同時，能防止斜入射粒子在準(zhǔn)直器中反射進入傳感器造成計數(shù)干擾。同時，在每個準(zhǔn)直器前方均設(shè)15um厚的鋁質(zhì)擋光層以防止可見光射入。電子能譜傳感器部分結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示，分別由3片半導(dǎo)體探測器、前置放大器和鋁質(zhì)屏蔽結(jié)構(gòu)組成。3片半導(dǎo)體探測器Dl、D2、D3采用三元結(jié)構(gòu)，分別為厚度450um、 2mm、2mm，靈敏面積為直徑8mm的離子注入探測器。前置放大器采用集成運放電容反饋方式。半導(dǎo)體探測器和前置放大器采用一體結(jié)構(gòu)安裝在屏蔽結(jié)構(gòu)內(nèi)，以降低噪聲干擾。電子傳感器準(zhǔn)直器采用類似方向傳感器準(zhǔn)直器的粒子防反射裝置，以消除粒子干擾影響。同時， 在質(zhì)子能譜傳感器前方設(shè)15um后的鋁質(zhì)擋光層以防止可見光射入。質(zhì)子能譜傳感器部分結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示，分別由3片半導(dǎo)體探測器、前置放大器和鋁質(zhì)屏蔽結(jié)構(gòu)組成。3片半導(dǎo)體探測器D4、D5、D6采用三元結(jié)構(gòu)，均為厚度1mm、靈敏面積直徑12mm的離子注入探測器。前置放大器采用集成運放電容反饋方式。半導(dǎo)體探測器和前置放大器采用一體結(jié)構(gòu)安裝在屏蔽結(jié)構(gòu)內(nèi)，以降低噪聲干擾。質(zhì)子傳感器準(zhǔn)直器采用偏轉(zhuǎn)磁鐵以降低低能電子的干擾。同時，在電子能譜傳感器前方設(shè)15um后的鋁質(zhì)擋光層以防止可見光射入。多向高能粒子探測器FPGA芯片內(nèi)部包含一套數(shù)據(jù)處理程序，該系統(tǒng)工作流程如下參見圖5。步驟S5-1，任何時候有復(fù)位信號到來則重新初始化程序流程；步驟S5-2，格式化內(nèi)存RAM ；控制ADC芯片進行數(shù)據(jù)采集和ADC通道的切換，讀出采集后的數(shù)據(jù)，發(fā)送給數(shù)據(jù)處理單元；對數(shù)據(jù)進行處理并打包；打包完成后寫入工程參數(shù)， 包括時間碼和包計數(shù)；步驟S5-3，有校時命令時，進行時間碼校對；步驟S5-4，判斷是否有過數(shù)據(jù)請求命令，有則發(fā)送已經(jīng)完成的數(shù)據(jù)包；當(dāng)沒有數(shù)據(jù)包完成時，等待完成當(dāng)前數(shù)據(jù)包后發(fā)送。發(fā)送完成后格式化內(nèi)存RAM并開始新的打包過程·本發(fā)明的探測器裝置的尺寸重量與目前粒子測量裝置相當(dāng)，功耗約4W(目前粒子測量裝置約2. 5W)。最后所應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種多方向高能粒子探測器，該探測器用于同時測量高能電子和高能質(zhì)子方向通量和能譜，其特征在于，所述的探測器具體包含方向傳感器，該傳感器包含4片到16片半導(dǎo)體探測器及每片半導(dǎo)體探測對應(yīng)的前置放大器和成形電路，該前置放大器用于將每片半導(dǎo)體探測器輸出的反應(yīng)帶電粒子沉積能量的電荷信號分別進行放大轉(zhuǎn)變成電壓脈沖信號，成形電路將前置放大器輸出的電壓脈沖信號成形輸出；一高能電子能譜傳感器，該傳感器包含第一片半導(dǎo)體探測器(Dl)，第二片半導(dǎo)體探測器(D2)、第三片半導(dǎo)體探測器(D!3)及各片半導(dǎo)體探測器分別對應(yīng)的前置放大器和成形電路，該前置放大用于將每片半導(dǎo)體探測器輸出的反應(yīng)帶電粒子沉積能量的電荷信號分別進行放大轉(zhuǎn)變成電壓脈沖信號，成形電路將前置放大器輸出的電壓脈沖信號成形輸出；一高能質(zhì)子能譜傳感器，該傳感器包含第一片半導(dǎo)體探測器(D4)，第二片半導(dǎo)體探測器①幻、第三片半導(dǎo)體探測器(D6)及各片半導(dǎo)體探測器分別對應(yīng)的前置放大器和成形電路，該前置放大器用于將每片半導(dǎo)體探測器輸出的反應(yīng)帶電粒子沉積能量的電荷信號分別進行放大轉(zhuǎn)變成電壓脈沖信號，成形電路將前置放大器輸出的電壓脈沖信號成形輸出；相加電路，用于將高能電子能譜傳感器的第二片半導(dǎo)體探測器(擬)和第三片半導(dǎo)體探測器(D!3)的成形信號相加輸出；并將高能質(zhì)子能譜傳感器的第一片半導(dǎo)體探測器(D4) 和第二片半導(dǎo)體探測器(M)的成形信號相加輸出；主放大器，用于將一路成形電路輸出的信號或兩路經(jīng)過相加電路后輸出的信號進行放大；峰值保持器，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；ADC采集電路，用于對峰值保持的信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換；FPGA處理芯片，用于將所有的ADC采集電路得到數(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；其中，所述的前置放大器輸出端通過成形電路分別與相應(yīng)主放大器輸入端相連，所述的主放電路輸出端分別與相對應(yīng)峰值保持器輸入端相連，所述的各峰值保持器輸出端分別與相對應(yīng)ADC采集電路輸入端相連，所述的ADC采集電路經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸出端與FPGA處理芯片輸入端相連；所述的方向傳感器包含的半導(dǎo)體探測器每片間隔11. 25°，分成4排，交錯排列在截面為半圓形的柱形基座的側(cè)面柱體上；所述的高能電子能譜傳感器和所述的高能質(zhì)子能譜傳感器均位于該柱形基座的底部的半圓扇面上；該結(jié)構(gòu)用于探測180°的扇形方向的高能電子和質(zhì)子通量，同時測量垂直扇面方向的高能電子能譜及高能質(zhì)子能譜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多方向高能粒子探測器，其特征在于，所述的探測器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。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多方向高能粒子探測器，其特征在于，所述的探測器還包含儀器特性檢測單元；其中，所述的檢測單元電路為各主放電路輸出端經(jīng)過若干個多路開關(guān)連接，所述的多路開關(guān)輸出端分別連接一傳感器檢測電路，所述的傳感器檢測電路的輸出端連接ADC采集電路輸入端，所述的ADC采集電路輸出端與FPGA輸入端相連，用于及時了解到各探測支路的工作狀況。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多方向高能粒子探測器，其特征在于，所述的方向傳感器的半導(dǎo)體探測器采用厚度為1mm、靈敏面積6mm*6mm的離子注入型探測器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多方向高能粒子探測器，其特征在于，所述的方向傳感器對應(yīng)的前置放大器采用集成運放電容反饋方式。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的多方向高能粒子探測器，其特征在于，所述的半導(dǎo)體探測器和對應(yīng)前置放大器均采用一體結(jié)構(gòu)安裝在截面為半圓形的柱形基座的側(cè)面柱體上，并用對應(yīng)的鋁罩屏蔽，用于降低噪聲干擾。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多方向高能粒子探測器，其特征在于，所述的半導(dǎo)體探測器均與一準(zhǔn)直器對應(yīng)，其中，所述的準(zhǔn)直器內(nèi)部均安裝6片開孔的薄鋁片，用于保證探測視場的同時防止斜入射粒子在準(zhǔn)直器中反射進入傳感器造成計數(shù)干擾。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多方向高能粒子探測器，其特征在于，所述的每個準(zhǔn)直器前方均設(shè)15um厚的鋁質(zhì)擋光層，用于防止可見光射入。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多方向高能粒子探測器，其特征在于，所述的高能電子能譜的3片半導(dǎo)體探測器分別為厚度450Um、2mm、2mm，靈敏面積為直徑8mm的離子注入探測器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多方向高能粒子探測器，其特征在于，所述的高能電子能譜的前置放大器采用集成運放電容反饋方式。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的多方向高能粒子探測器，其特征在于，所述的半導(dǎo)體探測器和前置放大器采用一體結(jié)構(gòu)安裝在屏蔽結(jié)構(gòu)內(nèi)，以降低噪聲干擾。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多方向高能粒子探測器，其特征在于，所述的高能電子能譜的傳感器前方設(shè)15um厚的鋁質(zhì)擋光層以防止可見光射入。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多方向高能粒子探測器，其特征在于，所述的高能質(zhì)子能譜傳感器的3片半導(dǎo)體探測器均采用三元結(jié)構(gòu)，厚度均為Imm且靈敏面積直徑12mm的離子注入探測器。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多方向高能粒子探測器，其特征在于，所述的高能質(zhì)子能譜的前置放大器采用集成運放電容反饋方式。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多方向高能粒子探測器，其特征在于，所述的高能質(zhì)子能譜的半導(dǎo)體探測器和前置放大器采用一體結(jié)構(gòu)安裝在屏蔽結(jié)構(gòu)內(nèi)，以降低噪聲干擾。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多方向高能粒子探測器，其特征在于，所述的高能質(zhì)子能譜的準(zhǔn)直器采用偏轉(zhuǎn)磁鐵以降低低能電子的干擾。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多方向高能粒子探測器，其特征在于，所述的高能質(zhì)子能譜的傳感器前方設(shè)15um厚的鋁質(zhì)擋光層以防止可見光射入。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多方向高能粒子探測器，其特征在于，所述的探測器FPGA芯片工作流程如下(1)任何時候有復(fù)位信號到來則重新初始化程序流程；(2)格式化內(nèi)存RAM；控制ADC芯片進行數(shù)據(jù)采集和ADC通道的切換，讀出采集后的數(shù)據(jù)，發(fā)送給數(shù)據(jù)處理單元；對數(shù)據(jù)進行處理并打包；打包完成后寫入工程參數(shù)，包括時間碼和包計數(shù)；(3)有校時命令時，進行時間碼校對；(4)判斷是否有過數(shù)據(jù)請求命令，有則發(fā)送已經(jīng)完成的數(shù)據(jù)包；當(dāng)沒有數(shù)據(jù)包完成時， 等待完成當(dāng)前數(shù)據(jù)包后發(fā)送，發(fā)送完成后格式化內(nèi)存RAM并開始新的打包過程。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多方向高能粒子探測器，該探測器包含方向傳感器，其所包含的半導(dǎo)體探測器每片間隔11.25°，分成4排，交錯排列在截面為半圓形的柱形基座的側(cè)面柱體上；高能電子能譜傳感器，包含三片不同的導(dǎo)體探測器；高能質(zhì)子能譜傳感器，包含三片不同的半導(dǎo)體探測器；主放大器；峰值保持器；ADC采集電路；FPGA處理芯片；其中，所述的前置放大器輸出端通過成形電路分別與相應(yīng)主放大器輸入端相連，主放電路輸出端分別與相對應(yīng)峰值保持器輸入端相連，各峰值保持器輸出端分別與相對應(yīng)ADC采集電路輸入端相連，ADC采集電路經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸出端與FPGA處理芯片輸入端相連。該結(jié)構(gòu)探測180°的扇形方向的高能粒子的通量，同時測量垂直扇面方向的高能粒子的能譜。
文檔編號G01T1/36GK102183779SQ20101062288
公開日2011年9月14日 申請日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者孫越強, 張微, 張煥新, 張申毅, 徐穎, 朱光武, 梁金寶, 沈國紅, 王世金, 王月, 荊濤, 董永進, 袁斌, 高萍 申請人:中國科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心