專利名稱：一種空間高能電子和質(zhì)子的探測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空間高能電子和質(zhì)子的探測(cè)方法，具體涉及一種基于ΛΕ-Ε原理的利用半導(dǎo)體傳感器和閃爍體組成的粒子望遠(yuǎn)鏡對(duì)空間高能電子(O. 3 6MeV)和質(zhì)子(8 200MeV)進(jìn)行探測(cè)的方法，屬于空間帶電粒子探測(cè)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高能電子和質(zhì)子是空間環(huán)境的重要組成部分。空間中能量高于250KeV的電子容易穿透航天器外殼而進(jìn)入航天器內(nèi)部，引起航天器的內(nèi)帶電效應(yīng)；能量高于8MeV的質(zhì)子，很容易導(dǎo)致使航天器材料或器件發(fā)生位移損傷效應(yīng)；能量更高的質(zhì)子，容易導(dǎo)致航天器上的器件發(fā)生單粒子效應(yīng)。這些效應(yīng)容易使航天器上的材料或器件性能退化，功能衰退，加速 了材料和器件的老化，影響了其功能的正常發(fā)揮，進(jìn)而導(dǎo)致航天器系統(tǒng)產(chǎn)生各種各樣的故障，嚴(yán)重的甚至可導(dǎo)致整個(gè)航天器失效，為航天器的安全可靠運(yùn)行帶來了極大的威脅。隨著我國(guó)航天活動(dòng)的發(fā)展，越來越多的衛(wèi)星(航天器)將應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)方面，這使得高能電子和質(zhì)子對(duì)衛(wèi)星(航天器)的影響問題更加凸顯。因此，需要對(duì)空間中的高能電子和質(zhì)子進(jìn)行探測(cè)，了解航天器活動(dòng)所造成的危害程度，從而從工程應(yīng)用的角度為衛(wèi)星(航天器)材料或器件的選擇、設(shè)計(jì)及防護(hù)提供參考，在一定程度上保證航天器的安全可靠運(yùn)行。這具有很重要的工程意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種空間高能電子和質(zhì)子的探測(cè)方法，具體可探測(cè)能量為
O.3 6MeV的電子和8 200MeV的質(zhì)子，所述方法不僅能探測(cè)電子和質(zhì)子的能量，還能準(zhǔn)確鑒別質(zhì)子和電子。此外，用該方法研制的探測(cè)器具有較小的體積和功耗以及高計(jì)數(shù)率，可應(yīng)用于空間帶電粒子的探測(cè)，為空間環(huán)境探測(cè)積累數(shù)據(jù)，從而為航天器的設(shè)計(jì)及防護(hù)提供依據(jù)。本發(fā)明的目的由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種空間高能電子和質(zhì)子的探測(cè)方法，所述方法包括探測(cè)器和信號(hào)處理系統(tǒng)；所述探測(cè)器由探頭、銅質(zhì)外殼和底座組成，其中探頭主要由擋光片SI、傳感器D1、閃爍體D2、反符合閃爍體S2、光電倍增管和前置處理電路板組成，其中，反符合閃爍體S2包裹在傳感器Dl和閃爍體D2周圍；擋光片SI為厚400 μ m的圓形招箔；傳感器Dl是厚100 μ m的圓形金娃面魚型探測(cè)器，帶電粒子在其中沉積的能量為ΛΕ1 ;閃爍體D2是高10 cm的圓柱形閃爍體，帶電粒子在其中沉積的能量為ΛΕ2，所述閃爍體D2材料為CsI ;反符合閃爍體S2由兩塊完全一樣的剖面為L(zhǎng)型的塑料閃爍體左右對(duì)稱緊密對(duì)接在一起，形成上端開口的圓筒結(jié)構(gòu)，其內(nèi)徑與閃爍體D2直徑相配合；反符合閃爍體S2頂部?jī)?nèi)側(cè)開有環(huán)形凹槽，內(nèi)壁開有凹槽；所述擋光片直徑優(yōu)選為3. O Cm ;所述傳感器Dl有效直徑優(yōu)選為2. Ocm ；
閃爍體D2直徑優(yōu)選為2. O cm ;反符合閃爍體S2優(yōu)選內(nèi)徑為2. 0cm，外徑為2. 5 Cm，外部高度為11 Cm，底面厚度 O.5cm ；傳感器Dl與擋光片SI的間距優(yōu)選為O. 5 cm ;傳感器Dl與閃爍體D2的間距優(yōu)選為5mm，二者構(gòu)成望遠(yuǎn)鏡半張角優(yōu)選為8。；將具有凹槽的底座固定在航天器或衛(wèi)星的指定位置上，支撐彈片放置在底座凹槽內(nèi)最底部，前置處理電路板置于支撐彈片上方，光電倍增管置于前置處理電路板上方，支撐彈片、前置處理電路板和光電倍增管的直徑都與底座凹槽直徑吻合，保證支撐彈片、前置處理電路板和光電倍增管抵觸連接，光電倍增管上端與底座凹槽上端處于同一高度；反符合閃爍體S2置于光電倍增管上方，并通過光耦合劑與光電倍增管緊密接觸；圓形光屏蔽層置于反符合閃爍體S2內(nèi)的底部，其直徑與反符合閃爍體S2內(nèi)徑相配合，厚度根據(jù)實(shí)際需要，使閃爍體D2產(chǎn)生的信號(hào)不能進(jìn)入反符合閃爍體S2 ;閃爍體D2置于光屏蔽層上方，其直徑與反符合閃爍體S2內(nèi)徑相配合；閃爍體D2側(cè)面安裝光電二極管，光電二極管位于反符合閃爍體S2內(nèi)壁凹槽中，所述凹槽的尺寸與光電二極管相配合；傳感器Dl上方與環(huán)狀的傳感器Dl上電極固連，下方與環(huán)狀的傳感器Dl下電極固連；傳感器Dl上電極與頂部凹槽上端水平，傳感器Dl下電極與頂部凹槽下端抵觸；絕緣片放置在傳感器Dl上電極上方，擋光片SI置于絕緣片上方；將上端開口的圓筒形銅質(zhì)外殼安裝在探頭外部，與底座固連，擋光片SI通過緊固彈片與銅質(zhì)外殼上端保持緊密固定；銅質(zhì)外殼內(nèi)徑與底座凹槽外徑相吻合，以能夠緊密安裝為準(zhǔn)；銅質(zhì)外殼上端開口尺寸與望遠(yuǎn)鏡張角有關(guān)，開口處截面為斜面；反符合閃爍體S2通過一對(duì)或一對(duì)以上的緊固環(huán)與銅質(zhì)外殼固定；絕緣片、緊固彈片及銅質(zhì)外殼上端開口尺寸均以不影響粒子入射為準(zhǔn)；所述反符合閃爍體S2在與傳感器D1、光電二極管相應(yīng)的位置分別開有通孔用來穿過信號(hào)電纜，底座凹槽的壁面上也開有通孔用來穿過信號(hào)電纜，使傳感器D1、光電二極管與前置處理電路板輸入端相連；前置處理電路板輸出端引出電纜穿過底座凹槽的壁面、銅質(zhì)外殼后與信號(hào)處理系統(tǒng)相連；前置處理電路板包括第一前置放大器、第二前置放大器和第三前置放大器；傳感器Dl產(chǎn)生的電信號(hào)通過信號(hào)電纜送入前置處理電路板輸入端，并進(jìn)入第一前置放大器；閃爍體D2中產(chǎn)生的光信號(hào)由安裝在閃爍體D2側(cè)面的光電二極管讀取，光電二極管將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)后通過信號(hào)電纜送入前置處理電路板輸入端，并進(jìn)入第二前置放大器；反符合閃爍體S2中產(chǎn)生的光信號(hào)由其下方的光電倍增管讀取，光電倍增管將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)后，由光電倍增管信號(hào)輸出端送入前置處理電路板輸入端，并進(jìn)入第三前置放大器；所述信號(hào)處理系統(tǒng)包括第一成形電路、第一主放大器、第二主放大器、第二成形電路、相加電路、對(duì)數(shù)相加電路、第一峰值保持電路、第一脈沖幅度分析器、第一計(jì)數(shù)電路、第二計(jì)數(shù)電路、第二脈沖幅度分析器、第二峰值保持電路、第三主放大器和第三成形電路；第一前置放大器、第一成形電路、第一主放大器和對(duì)數(shù)相加電路依次連接；第二前置放大器、相加電路、第二成形電路、第二主放大器和對(duì)數(shù)相加電路依次連接；對(duì)數(shù)相加電路、第一峰值保持電路和第一脈沖幅度分析器依次連接；第三前置放大器、第三成形電路、第三主放大器、第二峰值保持電路、第二脈沖幅度分析器和第一峰值保持電路依次連接；第一脈沖高度分析器分別和第一計(jì)數(shù)電路、第二計(jì)數(shù)電路連接；此外，第一前置放大器的輸出還與相加電路連接；工作方式步驟如下步驟一，入射粒子進(jìn)入探測(cè)器內(nèi)部，在傳感器Dl上產(chǎn)生脈沖電荷信號(hào)，在閃爍體D2和反符合閃爍體S2中產(chǎn)生光信號(hào)，傳感器Dl產(chǎn)生的脈沖電荷信號(hào)通過信號(hào)電纜送入前置處理電路板輸入端，并進(jìn)入第一前置放大器；閃爍體D2中產(chǎn)生的光信號(hào)由安裝在閃爍體D2側(cè)面的光電二極管讀取，光電二極管將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)后通過信號(hào)電纜送入前置處理電路板輸入端，并進(jìn)入第二前置放大器；反符合閃爍體S2中產(chǎn)生的光信號(hào)由其下方的光電倍增管讀取，光電倍增管將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)后，由光電倍增管信號(hào)輸出端送入前置處理電路板輸入端，并進(jìn)入第三前置放大器；步驟二，第一前置放大器將來自傳感器Dl的脈沖電荷信號(hào)進(jìn)行初次放大，并輸出給第一成形電路和相加電路； 步驟三，第一成形電路接收來自第一前置放大器的脈沖電荷信號(hào)，使脈沖電荷信號(hào)形成矩形，并輸出給第一主放大器；步驟四，第一主放大器接收來自第一成形電路的脈沖電荷信號(hào)，對(duì)脈沖電荷信號(hào)進(jìn)行二次放大，并輸出給對(duì)數(shù)相加電路；步驟五，接步驟一，第二前置放大器將來自閃爍體D2的脈沖電荷信號(hào)進(jìn)行初次放大，并輸出給相加電路；步驟六，接步驟二和步驟五，相加電路將來自第一前置放大器和第二前置放大器的脈沖電荷信號(hào)疊加后輸出給第二成形電路； 步驟七，第二成形電路接收來自相加電路的脈沖電荷信號(hào)，使脈沖電荷信號(hào)形成矩形，并輸出給第二主放大器；步驟八，第二主放大器接收來自第二成形電路的脈沖電荷信號(hào)，對(duì)脈沖電荷信號(hào)進(jìn)行二次放大，并輸出給對(duì)數(shù)相加電路；步驟九，接步驟四和步驟八，對(duì)數(shù)相加電路將來自第一主放大器和第二主放大器的脈沖電荷信號(hào)取對(duì)數(shù)后相加，并輸出給第一峰值保持電路；步驟十，接步驟一，第三前置放大器將來自光電倍增管的脈沖電荷信號(hào)進(jìn)行初次放大，并輸出給第三成形電路；步驟十一，第三成形電路接收來自第三前置放大器的脈沖電荷信號(hào)，使脈沖電荷信號(hào)形成矩形，并輸出給第三主放大器；步驟十二，第三主放大器接收來自第三成形電路的脈沖電荷信號(hào)，對(duì)脈沖電荷信號(hào)進(jìn)行二次放大，并輸出給第二峰值保持電路；步驟十三，第二峰值保持電路接收來自第三主放大器的脈沖電荷信號(hào)，將脈沖電荷信號(hào)的峰值進(jìn)行保持、記錄后輸出給第二脈沖幅度分析器；步驟十四，第二脈沖幅度分析器接收來自第二峰值保持電路的脈沖電荷信號(hào)，去除脈沖電荷信號(hào)的噪聲信號(hào)，并輸出給第一峰值保持電路；步驟十五，接步驟九和步驟十四，第一峰值保持電路接收來自對(duì)數(shù)相加電路和第二脈沖幅度分析器的脈沖電荷信號(hào)，將脈沖電荷信號(hào)的峰值進(jìn)行保持、記錄后輸出給第一脈沖幅度分析器；步驟十六，第一脈沖幅度分析器將脈沖電荷信號(hào)與第一脈沖幅度分析器內(nèi)部各個(gè)比較器設(shè)置的閾值進(jìn)行比較，并根據(jù)比較的結(jié)果將各個(gè)脈沖電荷信號(hào)進(jìn)行分類，區(qū)分出電子和質(zhì)子，實(shí)現(xiàn)粒子鑒別，并分別獲得O. 3 6MeV電子和8 200MeV質(zhì)子的信號(hào)，其中電子的信號(hào)輸入第一計(jì)數(shù)電路，質(zhì)子的信號(hào)輸入第二計(jì)數(shù)電路；步驟十七，第一計(jì)數(shù)電路對(duì)O. 3 6MeV電子的脈沖信號(hào)個(gè)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，從而獲得
O.3 6MeV電子的通量；第二計(jì)數(shù)電路對(duì)8 200MeV質(zhì)子的脈沖信號(hào)個(gè)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，從而獲得8 200MeV質(zhì)子的通量。有益效果本發(fā)明所述的空間高能電子和質(zhì)子的探測(cè)方法，利用一塊薄半導(dǎo)體探測(cè)器和一塊 厚閃爍體探測(cè)器組成的望遠(yuǎn)鏡可對(duì)空間O. 3 6MeV的電子和8 200MeV的質(zhì)子進(jìn)行探測(cè)，不僅能獲得電子和質(zhì)子的能量、通量，還能對(duì)電子和質(zhì)子進(jìn)行鑒別。此外，利用該方法研制的探測(cè)器，可以獲得較高的計(jì)數(shù)率，且探測(cè)器具有較小的體積、重量和功耗。


圖I為本發(fā)明所述的空間高能電子和質(zhì)子的探測(cè)方法的探測(cè)器剖面圖；圖2為本發(fā)明所述的空間高能電子和質(zhì)子的探測(cè)方法信號(hào)處理系統(tǒng)示意圖；其中，1-1 :望遠(yuǎn)鏡半張角，1-2 :擋光片Sl，l_3 :傳感器Dl上電極，1_4 :傳感器Dl, 1-5 :緊固環(huán)，1-6 :反符合閃爍體S2，1-7 :閃爍體D2，l_8 :光屏蔽層；1_9 :光電倍增管，1-10 :信號(hào)處理系統(tǒng)，1-11 :螺栓，1-12 :前置處理電路板輸出端，1-13 :前置處理電路板，1-14 :支撐彈片，1-15 :底座，1-16 :前置處理電路板輸入端，1-17 :光電倍增管信號(hào)輸出端，
1-18:銅質(zhì)外殼，1-19 :光電二極管，1-20 :信號(hào)電纜，1-21 :傳感器Dl下電極，1_22 :絕緣片，1-23:緊固彈片；2-1 :第一前置放大器,2-2 第一成形電路,2-3 :第一主放大器，2_4 :第二主放大器，2-5 :第二成形電路，2-6 :相加電路，2-7 :第二前置放大器，2-8 :對(duì)數(shù)相加電路，2_9 第一峰值保持電路，2-10 :第一脈沖幅度分析器，2-11 :第一計(jì)數(shù)電路，2-12 :第二計(jì)數(shù)電路，
2-13:第二脈沖幅度分析器，2-14 :第二峰值保持電路，2-15 :第三主放大器，2_16 :第三成形電路，2-17 :第三前置放大器。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例來詳述本發(fā)明，但不限于此。實(shí)施例I一種空間高能電子和質(zhì)子的探測(cè)方法，所述方法包括探測(cè)器和信號(hào)處理系統(tǒng)1-10 ；如圖I所示，所述探測(cè)器由探頭、銅質(zhì)外殼1-18和底座1-15組成，其中探頭主要由擋光片SI 1-2、傳感器Dl 1-4、閃爍體D21-7、反符合閃爍體S21-6、光電倍增管1-9和前置處理電路板1-13組成，其中，反符合閃爍體S21-6包裹在傳感器D11-4和閃爍體D21-7周圍；擋光片SI 1-2為厚400 μ m的圓形鋁箔，直徑為3. O Cm ;
傳感器Dl 1-4是厚100 μ m的圓形金硅面壘型探測(cè)器，有效直徑為2. Ocm,其與擋光片S11-2的間距為O. 5 Cm，帶電粒子在其中沉積的能量為Λ El ；閃爍體D21-7是高10 Cm的圓柱形閃爍體，直徑為2. O Cm，其與傳感器D11-4的間距為I. O Cm，帶電粒子在其中沉積的能量為Λ Ε2，所述閃爍體D21-7材料為CsI ；反符合閃爍體S21-6由兩塊完全一樣的剖面為L(zhǎng)型的塑料閃爍體左右對(duì)稱緊密對(duì)接在一起，形成上端開口的圓筒結(jié)構(gòu)，其內(nèi)徑為2. 0cm，外徑為2. 5 Cm，反符合閃爍體S21-6外部高度為11 Cm，底面厚度5mm ;反符合閃爍體S21-6頂部?jī)?nèi)側(cè)開有環(huán)形凹槽，內(nèi)壁開有凹槽；傳感器D11-4與閃爍體D21-7的間距5mm，所構(gòu)成望遠(yuǎn)鏡半張角1_1為8。；將具有凹槽的底座1-15固定在航天器或衛(wèi)星的指定位置上，支撐彈片1-14放置在底座1-15凹槽內(nèi)最底部，前置處理電路板1-13置于支撐彈片1-14上方，光電倍增管1-9·置于前置處理電路板1-13上方，支撐彈片1-14、前置處理電路板1-13和光電倍增管1-9的直徑都與底座1-15凹槽直徑吻合，保證支撐彈片1-14、前置處理電路板1-13和光電倍增管1-9抵觸連接，光電倍增管1-9上端與底座1-15凹槽上端處于同一高度；反符合閃爍體S21-6置于光電倍增管1-9上方，并通過光耦合劑與光電倍增管1-9緊密接觸；圓形光屏蔽層1-8置于反符合閃爍體S21-6內(nèi)的底部，其直徑與反符合閃爍體S21-6內(nèi)徑相配合，厚度根據(jù)實(shí)際需要，使閃爍體D21-7產(chǎn)生的信號(hào)不能進(jìn)入反符合閃爍體S21-6 ;閃爍體D21-7置于光屏蔽層1-8上方,其直徑與反符合閃爍體S21-6內(nèi)徑相配合；閃爍體D21-7側(cè)面安裝光電二極管1-19，光電二極管1-19位于反符合閃爍體S21-6內(nèi)壁凹槽中，所述凹槽的尺寸與光電二極管1-19相配合；傳感器D11-4上方與環(huán)狀的傳感器Dl上電極1_3固連，下方與環(huán)狀的傳感器Dl下電極1-21固連；傳感器Dl上電極1-3與頂部凹槽上端水平，傳感器Dl下電極1-21與頂部凹槽下端抵觸；絕緣片1-22放置在傳感器Dl上電極1-3上方，擋光片SI 1-2置于絕緣片
1-22上方；將上端開口的圓筒形銅質(zhì)外殼1-18安裝在探頭外部，與底座1-15通過螺栓1-11連接，擋光片S11-2通過緊固彈片1-23與銅質(zhì)外殼1-18上端保持緊密固定；銅質(zhì)外殼1_18內(nèi)徑與底座1-15凹槽外徑相吻合，以能夠緊密安裝為準(zhǔn)；銅質(zhì)外殼1-18上端開口尺寸與望遠(yuǎn)鏡張角有關(guān)，開口處截面為斜面；反符合閃爍體S21-6通過一對(duì)或一對(duì)以上的緊固環(huán)1-5與銅質(zhì)外殼1-18固定；絕緣片1-22、緊固彈片1-23及銅質(zhì)外殼1_18上端開口尺寸均以不影響粒子入射為準(zhǔn)；所述反符合閃爍體S21-6在與傳感器D11-4、光電二極管1_19相應(yīng)的位置分別開有通孔用來穿過信號(hào)電纜1-20，底座1-15凹槽的壁面上也開有通孔用來穿過信號(hào)電纜
1-20,使傳感器D11-4、光電二極管1-19與前置處理電路板輸入端1_16相連；前置處理電路板輸出端1-12引出電纜穿過底座1-15凹槽的壁面、銅質(zhì)外殼1-18后與信號(hào)處理系統(tǒng)
1-10相連；前置處理電路板1-13包括第一前置放大器2-1、第二前置放大器2-7和第三前置放大器2-17 ；傳感器D11-4產(chǎn)生的電信號(hào)通過信號(hào)電纜1-20送入前置處理電路板輸入端1_16，并進(jìn)入第一前置放大器2-1 ;閃爍體D21-7中產(chǎn)生的光信號(hào)由安裝在閃爍體D21-7側(cè)面的光電二極管1-19讀取，光電二極管1-19將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)后通過信號(hào)電纜1-20送入前置處理電路板輸入端1-16，并進(jìn)入第二前置放大器2-7;反符合閃爍體S21-6中產(chǎn)生的光信號(hào)由其下方的光電倍增管1-9讀取，光電倍增管1-9將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)后，由光電倍增管信號(hào)輸出端1-17送入前置處理電路板輸入端1-16，并進(jìn)入第三前置放大器2-17 ；如圖2所示，所述信號(hào)處理系統(tǒng)1-10包括第一成形電路2-2、第一主放大器2_3、第二主放大器2-4、第二成形電路2-5、相加電路2-6、對(duì)數(shù)相加電路2-8、第一峰值保持電路
2-9、第一脈沖幅度分析器2-10、第一計(jì)數(shù)電路2-11、第二計(jì)數(shù)電路2-12、第二脈沖幅度分析器2-13、第二峰值保持電路2-14、第三主放大器2-15和第三成形電路2_16 ；第一前置放大器2-1、第一成形電路2-2、第一主放大器2-3和對(duì)數(shù)相加電路2_8依次連接；第二前置放大器2-7、相加電路2-6、第二成形電路2-5、第二主放大器2-4和對(duì)
數(shù)相加電路2-8依次連接；對(duì)數(shù)相加電路2-8、第一峰值保持電路2-9和第一脈沖幅度分析器2-10依次連接；第三前置放大器2-17、第三成形電路2-16、第三主放大器2_15、第二峰值保持電路2-14、第二脈沖幅度分析器2-13和第一峰值保持電路2-9依次連接；第一脈沖高度分析器分別和第一計(jì)數(shù)電路2-11、第二計(jì)數(shù)電路2-12連接；此外，第一前置放大器2-1的輸出還與相加電路2-6連接；工作方式步驟如下步驟一，入射粒子進(jìn)入探測(cè)器內(nèi)部，在傳感器D11-4上產(chǎn)生脈沖電荷信號(hào)，在閃爍體D21-7和反符合閃爍體S21-6中產(chǎn)生光信號(hào),傳感器D11-4產(chǎn)生的脈沖電荷信號(hào)通過信號(hào)電纜1-20送入前置處理電路板輸入端1-16，并進(jìn)入第一前置放大器2-1 ;閃爍體D21-7中產(chǎn)生的光信號(hào)由安裝在閃爍體D21-7側(cè)面的光電二極管1-19讀取,光電二極管1-19將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)后通過信號(hào)電纜1-20送入前置處理電路板輸入端1-16，并進(jìn)入第二前置放大器2-7 ;反符合閃爍體S21-6中產(chǎn)生的光信號(hào)由其下方的光電倍增管1-9讀取，光電倍增管1-9將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)后，由光電倍增管信號(hào)輸出端1-17送入前置處理電路板輸入端1-16，并進(jìn)入第三前置放大器2-17 ；步驟二，第一前置放大器2-1將來自傳感器Dl 1-4的脈沖電荷信號(hào)進(jìn)行初次放大，并輸出給第一成形電路2-2和相加電路2-6 ；步驟三，第一成形電路2-2接收來自第一前置放大器2-1的脈沖電荷信號(hào)，使脈沖電荷信號(hào)形成矩形，并輸出給第一主放大器2-3 ；步驟四，第一主放大器2-3接收來自第一成形電路2-2的脈沖電荷信號(hào)，對(duì)脈沖電荷信號(hào)進(jìn)行二次放大，并輸出給對(duì)數(shù)相加電路2-8 ； 步驟五，接步驟一，第二前置放大器2-7將來自閃爍體D21-7的脈沖電荷信號(hào)進(jìn)行初次放大，并輸出給相加電路2-6 ；步驟六，接步驟二和步驟五，相加電路2-6將來自第一前置放大器2-1和第二前置放大器2-7的脈沖電荷信號(hào)疊加后輸出給第二成形電路2-5 ；步驟七，第二成形電路2-5接收來自相加電路2-6的脈沖電荷信號(hào)，使脈沖電荷信號(hào)形成矩形，并輸出給第二主放大器2-4 ；步驟八，第二主放大器2-4接收來自第二成形電路2-5的脈沖電荷信號(hào)，對(duì)脈沖電荷信號(hào)進(jìn)行二次放大，并輸出給對(duì)數(shù)相加電路2-8 ；步驟九，接步驟四和步驟八，對(duì)數(shù)相加電路2-8將來自第一主放大器2-3和第二主放大器2-4的脈沖電荷信號(hào)取對(duì)數(shù)后相加,并輸出給第一峰值保持電路2-9 ；步驟十，接步驟一，第三前置放大器2-17將來自光電倍增管1-9的脈沖電荷信號(hào)進(jìn)行初次放大，并輸出給第三成形電路2-16 ；步驟十一，第三成形電路2-16接收來自第三前置放大器2-17的脈沖電荷信號(hào)，使脈沖電荷信號(hào)形成矩形，并輸出給第三主放大器2-15 ;步驟十二，第三主放大器2-15接收來自第三成形電路2-16的脈沖電荷信號(hào)，對(duì)脈沖電荷信號(hào)進(jìn)行二次放大，并輸出給第二峰值保持電路2-14 ；步驟十三，第二峰值保持電路2-14接收來自第三主放大器2-15的脈沖電荷信號(hào)， 將脈沖電荷信號(hào)的峰值進(jìn)行保持、記錄后輸出給第二脈沖幅度分析器2-13 ；步驟十四，第二脈沖幅度分析器2-13接收來自第二峰值保持電路2-14的脈沖電荷信號(hào)，去除脈沖電荷信號(hào)的噪聲信號(hào)，并輸出給第一峰值保持電路2-9 ；步驟十五，接步驟九和步驟十四，第一峰值保持電路2-9接收來自對(duì)數(shù)相加電路
2-8和第二脈沖幅度分析器2-13的脈沖電荷信號(hào)，將脈沖電荷信號(hào)的峰值進(jìn)行保持、記錄后輸出給第一脈沖幅度分析器2-10 ；步驟十六，第一脈沖幅度分析器2-10將脈沖電荷信號(hào)與第一脈沖幅度分析器
2-10內(nèi)部各個(gè)比較器設(shè)置的閾值進(jìn)行比較，并根據(jù)比較的結(jié)果將各個(gè)脈沖電荷信號(hào)進(jìn)行分類，區(qū)分出電子和質(zhì)子，實(shí)現(xiàn)粒子鑒別，并分別獲得O. 3 6MeV電子和8 200MeV質(zhì)子的信號(hào)，其中電子的信號(hào)輸入第一計(jì)數(shù)電路2-11，質(zhì)子的信號(hào)輸入第二計(jì)數(shù)電路2-12;步驟十七，第一計(jì)數(shù)電路2-11對(duì)O. 3 6MeV電子的脈沖信號(hào)個(gè)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，從而獲得O. 3 6MeV電子的通量；第二計(jì)數(shù)電路2-12對(duì)8 200MeV質(zhì)子的脈沖信號(hào)個(gè)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，從而獲得8 200MeV質(zhì)子的通量。本發(fā)明包括但不限于以上實(shí)施例，凡是在本發(fā)明精神的原則之下進(jìn)行的任何等同替換或局部改進(jìn)，都將視為在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種空間高能電子和質(zhì)子的探測(cè)方法，其特征在于所述方法包括探測(cè)器和信號(hào)處理系統(tǒng)(1-10)； 所述探測(cè)器由探頭、銅質(zhì)外殼(1-18)和底座(1-15)組成，其中探頭主要由擋光片SI(1-2)、傳感器Dl (1-4)、閃爍體D2 (1-7)、反符合閃爍體S2 (1-6)、光電倍增管(1-9)和前置處理電路板(1-13)組成，其中，反符合閃爍體S2 (1-6)包裹在傳感器Dl (1-4)和閃爍體D2 (1-7)周圍； 擋光片SI (1-2)為厚400 μ m的鋁箔；傳感器Dl (1_4)是厚100 μ m的金硅面壘型探測(cè)器，帶電粒子在其中沉積的能量為ΛΕ1;閃爍體D2 (1-7)是高10 cm的圓柱形閃爍體，帶電粒子在其中沉積的能量為ΛΕ2 ;反符合閃爍體S2(l-6)由兩塊完全一樣的剖面為L(zhǎng)型的塑料閃爍體左右對(duì)稱緊密對(duì)接在一起，形成上端開口的圓筒結(jié)構(gòu)，其內(nèi)徑與閃爍體D2( 1-7)直徑相配合；反符合閃爍體S2 (1-6)頂部?jī)?nèi)側(cè)開有環(huán)形凹槽，內(nèi)壁開有凹槽； 將具有凹槽的底座(1-15)固定在航天器或衛(wèi)星的指定位置上，支撐彈片(1-14)放置在底座(1-15)凹槽內(nèi)最底部，前置處理電路板(1-13)置于支撐彈片(1-14)上方，光電倍增管(1-9)置于前置處理電路板(1-13)上方，支撐彈片(1-14)、前置處理電路板(1-13)和光電倍增管(1-9)的直徑都與底座(1-15)凹槽直徑吻合，保證支撐彈片(1-14)、前置處理電路板(1-13)和光電倍增管(1-9)抵觸連接，光電倍增管(1-9)上端與底座(1-15)凹槽上端處于同一高度； 反符合閃爍體S2 (1-6)置于光電倍增管(1-9)上方，并通過光耦合劑與光電倍增管(1-9)緊密接觸；圓形光屏蔽層(1-8)置于反符合閃爍體S2 (1-6)內(nèi)的底部，其直徑與反符合閃爍體S2 (1-6)內(nèi)徑相配合，厚度根據(jù)實(shí)際需要，使閃爍體D2 (1-7)產(chǎn)生的信號(hào)不能進(jìn)入反符合閃爍體S2 (1-6);閃爍體D2 (1-7)置于光屏蔽層(1-8)上方，其直徑與反符合閃爍體S2 (1-6)內(nèi)徑相配合；閃爍體D2 (1-7)側(cè)面安裝光電二極管(1-19)，光電二極管(1-19)位于反符合閃爍體S2 (1-6)內(nèi)壁凹槽中，所述凹槽的尺寸與光電二極管(1-19)相配合； 傳感器Dl (1-4)上方與環(huán)狀的傳感器Dl上電極(1-3)固連，下方與環(huán)狀的傳感器Dl下電極(1-21)固連；傳感器Dl上電極(1-3)與頂部凹槽上端水平，傳感器Dl下電極(1-21)與頂部凹槽下端抵觸；絕緣片(1-22)放置在傳感器Dl上電極(1-3)上方，擋光片SI (1-2)置于絕緣片(1-22)上方； 將上端開口的圓筒形銅質(zhì)外殼(1-18)安裝在探頭外部，與底座(1-15)固連，擋光片SI(1-2)通過緊固彈片(1-23)與銅質(zhì)外殼(1-18)上端保持緊密固定；銅質(zhì)外殼(1-18)內(nèi)徑與底座(1-15)凹槽外徑相吻合，以能夠緊密安裝為準(zhǔn)；銅質(zhì)外殼(1-18)上端開口尺寸與望遠(yuǎn)鏡張角有關(guān)，開口處截面為斜面；反符合閃爍體S2 (1-6)通過一對(duì)或一對(duì)以上的緊固環(huán)(1-5)與銅質(zhì)外殼(1-18)固定； 所述反符合閃爍體S2 (1-6)在與傳感器Dl (1-4)、光電二極管(1-19)相應(yīng)的位置分別開有通孔用來穿過信號(hào)電纜(1-20)，底座(1-15)凹槽的壁面上也開有通孔用來穿過信號(hào)電纜(1-20),使傳感器Dl (1-4)、光電二極管(1-19)與前置處理電路板輸入端(1-16)相連；前置處理電路板輸出端(1-12)引出電纜穿過底座(1-15)凹槽的壁面、銅質(zhì)外殼(1-18)后與信號(hào)處理系統(tǒng)(1_10)相連； 前置處理電路板(1-13)包括第一前置放大器(2-1)、第二前置放大器(2-7)和第三前置放大器(2-17)； 工作方式步驟如下 步驟一，入射粒子進(jìn)入探測(cè)器內(nèi)部，在傳感器Dl (1-4)上產(chǎn)生脈沖電荷信號(hào)，在閃爍體D2 (1-7)和反符合閃爍體S2 (1-6)中產(chǎn)生光信號(hào)，傳感器Dl (1_4)產(chǎn)生的脈沖電荷信號(hào)通過信號(hào)電纜(1-20)送入前置處理電路板輸入端(1-16),并進(jìn)入第一前置放大器(2-1);閃爍體D2 (1-7)中產(chǎn)生的光信號(hào)由安裝在閃爍體D2 (1-7)側(cè)面的光電二極管(1-19)讀取，光電二極管(1-19)將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)后通過信號(hào)電纜(1-20)送入前置處理電路板輸入端(1-16),并進(jìn)入第二前置放大器(2-7);反符合閃爍體S2 (1-6)中產(chǎn)生的光信號(hào)由其下方的光電倍增管(1-9)讀取，光電倍增管(1-9)將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)后，由光電倍增管信號(hào)輸出端(1-17)送入前置處理電路板輸入端(1-16)，并進(jìn)入第三前置放大器(2-17)；步驟二，第一前置放大器(2-1)將來自傳感器Dl (1-4)的脈沖電荷信號(hào)進(jìn)行初次放大，并輸出給第一成形電路(2-2)和相加電路(2-6)； 步驟三，第一成形電路(2-2 )接收來自第一前置放大器(2-1)的脈沖電荷信號(hào)，使脈沖 電荷信號(hào)形成矩形，并輸出給第一主放大器(2-3)； 步驟四，第一主放大器(2-3 )接收來自第一成形電路(2-2 )的脈沖電荷信號(hào)，對(duì)脈沖電荷信號(hào)進(jìn)行二次放大，并輸出給對(duì)數(shù)相加電路(2-8)； 步驟五，接步驟一，第二前置放大器(2-7)將來自閃爍體D2 (1-7)的脈沖電荷信號(hào)進(jìn)行初次放大，并輸出給相加電路(2-6)； 步驟六，接步驟二和步驟五，相加電路(2-6 )將來自第一前置放大器(2-1)和第二前置放大器(2-7)的脈沖電荷信號(hào)疊加后輸出給第二成形電路(2-5)； 步驟七，第二成形電路(2-5 )接收來自相加電路(2-6 )的脈沖電荷信號(hào)，使脈沖電荷信號(hào)形成矩形，并輸出給第二主放大器(2-4)； 步驟八，第二主放大器(2-4)接收來自第二成形電路(2-5 )的脈沖電荷信號(hào)，對(duì)脈沖電荷信號(hào)進(jìn)行二次放大，并輸出給對(duì)數(shù)相加電路(2-8)； 步驟九，接步驟四和步驟八，對(duì)數(shù)相加電路(2-8 )將來自第一主放大器(2-3 )和第二主放大器(2-4)的脈沖電荷信號(hào)取對(duì)數(shù)后相加,并輸出給第一峰值保持電路(2-9)； 步驟十，接步驟一，第三前置放大器(2-17)將來自光電倍增管(1-9)的脈沖電荷信號(hào)進(jìn)行初次放大，并輸出給第三成形電路(2-16)； 步驟十一，第三成形電路(2-16 )接收來自第三前置放大器(2-17 )的脈沖電荷信號(hào)，使脈沖電荷信號(hào)形成矩形，并輸出給第三主放大器(2-15)； 步驟十二，第三主放大器(2-15)接收來自第三成形電路(2-16)的脈沖電荷信號(hào)，對(duì)脈沖電荷信號(hào)進(jìn)行二次放大，并輸出給第二峰值保持電路(2-14); 步驟十三，第二峰值保持電路(2-14)接收來自第三主放大器(2-15 )的脈沖電荷信號(hào)，將脈沖電荷信號(hào)的峰值進(jìn)行保持、記錄后輸出給第二脈沖幅度分析器(2-13)； 步驟十四，第二脈沖幅度分析器(2-13)接收來自第二峰值保持電路(2-14)的脈沖電荷信號(hào)，去除脈沖電荷信號(hào)的噪聲信號(hào)，并輸出給第一峰值保持電路(2-9); 步驟十五，接步驟九和步驟十四，第一峰值保持電路(2-9)接收來自對(duì)數(shù)相加電路(2-8)和第二脈沖幅度分析器(2-13)的脈沖電荷信號(hào)，將脈沖電荷信號(hào)的峰值進(jìn)行保持、記 錄后輸出給第一脈沖幅度分析器(2-10)；步驟十六，第一脈沖幅度分析器(2-10)將脈沖電荷信號(hào)與第一脈沖幅度分析器(2-10)內(nèi)部各個(gè)比較器設(shè)置的閾值進(jìn)行比較，并根據(jù)比較的結(jié)果將各個(gè)脈沖電荷信號(hào)進(jìn)行分類，區(qū)分出電子和質(zhì)子，實(shí)現(xiàn)粒子鑒別，并分別獲得O. 3 6MeV電子和8 200MeV質(zhì)子的信號(hào)，其中電子的信號(hào)輸入第一計(jì)數(shù)電路(2-11)，質(zhì)子的信號(hào)輸入第二計(jì)數(shù)電路(2-12); 步驟十七，第一計(jì)數(shù)電路(2-11)對(duì)O. 3 6MeV電子的脈沖信號(hào)個(gè)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，從而獲得O. 3 6MeV電子的通量；第二計(jì)數(shù)電路(2-12)對(duì)8 200MeV質(zhì)子的脈沖信號(hào)個(gè)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，從而獲得8 200MeV質(zhì)子的通量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種空間高能電子和質(zhì)子的探測(cè)方法，其特征在于所述擋光片直徑為3.0 cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種空間高能電子和質(zhì)子的探測(cè)方法，其特征在于所述傳感器Dl (1-4)有效直徑為2.0cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種空間高能電子和質(zhì)子的探測(cè)方法，其特征在于所述閃爍體D2 (1-7)材料為CsI，直徑為2. 0 cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種空間高能電子和質(zhì)子的探測(cè)方法，其特征在于所述反符合閃爍體S2 (1-6)內(nèi)徑為2. 0cm，外徑為2. 5 Cm，外部高度為11 Cm，底面厚度O. 5cm。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種空間高能電子和質(zhì)子的探測(cè)方法，其特征在于所述傳感器Dl (1-4)與擋光片SI (1-2)的間距為O. 5 Cm。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種空間高能電子和質(zhì)子的探測(cè)方法，其特征在于所述傳感器Dl (1-4)與閃爍體D2 (1-7)的間距為5mm，二者構(gòu)成的望遠(yuǎn)鏡半張角(1-1)為8°。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種空間高能電子和質(zhì)子的探測(cè)方法，其特征在于所述銅質(zhì)外殼(1-18)上端開口處截面為斜面。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種空間高能電子和質(zhì)子的探測(cè)方法，其特征在于所述絕緣片(1-22)、緊固彈片(1-23)及銅質(zhì)外殼(1-18)上端開口尺寸均以不影響粒子入射為準(zhǔn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種空間高能電子和質(zhì)子的探測(cè)方法，其特征在于所述信號(hào)處理系統(tǒng)(1-10)包括第一成形電路(2-2)、第一主放大器(2-3)、第二主放大器(2-4)、第二成形電路(2-5)、相加電路(2-6)、對(duì)數(shù)相加電路(2-8)、第一峰值保持電路(2-9)、第一脈沖幅度分析器(2-10)、第一計(jì)數(shù)電路(2-11)、第二計(jì)數(shù)電路(2-12)、第二脈沖幅度分析器(2-13)、第二峰值保持電路(2-14)、第三主放大器(2-15)和第三成形電路(2-16)； 第一前置放大器(2-1)、第一成形電路(2-2)、第一主放大器(2-3)和對(duì)數(shù)相加電路(2-8)依次連接；第二前置放大器(2-7)、相加電路(2-6)、第二成形電路(2-5)、第二主放大器(2-4)和對(duì)數(shù)相加電路(2-8)依次連接；對(duì)數(shù)相加電路(2-8)、第一峰值保持電路(2-9)和第一脈沖幅度分析器(2-10)依次連接；第三前置放大器(2-17)、第三成形電路(2-16)、第三主放大器(2-15)、第二峰值保持電路(2-14)、第二脈沖幅度分析器(2-13)和第一峰值保持電路(2-9)依次連接；第一脈沖高度分析器分別和第一計(jì)數(shù)電路(2-11)、第二計(jì)數(shù)電路(2-12)連接；此外，第一前置放大器(2-1)的輸出還與相加電路(2-6)連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種空間高能電子和質(zhì)子的探測(cè)方法，屬于空間帶電粒子探測(cè)領(lǐng)域。所述方法包括探測(cè)器和信號(hào)處理系統(tǒng)；所述探測(cè)器由探頭、銅質(zhì)外殼和底座組成，其中探頭主要由擋光片S1、傳感器D1、閃爍體D2、反符合閃爍體S2、光電倍增管和前置處理電路板組成；所述信號(hào)處理系統(tǒng)包括第一成形電路、第一主放大器、第二主放大器、第二成形電路、相加電路、對(duì)數(shù)相加電路、第一峰值保持電路、第一脈沖幅度分析器、第一計(jì)數(shù)電路、第二計(jì)數(shù)電路、第二脈沖幅度分析器、第二峰值保持電路、第三主放大器和第三成形電路。所述方法能探測(cè)電子和質(zhì)子的能量，準(zhǔn)確鑒別質(zhì)子和電子；用該方法研制的探測(cè)器體積和功耗小、計(jì)數(shù)率高，可應(yīng)用于空間帶電粒子的探測(cè)。
文檔編號(hào)G01R29/00GK102944753SQ201210451438
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月12日
發(fā)明者把得東, 楊生勝, 薛玉雄, 安恒, 石紅, 楊青 申請(qǐng)人:中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第五研究院第五一〇研究所