一种高空间分辨阻滞势电位分析仪及方法技术

本发明专利技术公开的一种高空间分辨阻滞势电位分析仪及方法，包括机壳和设置在机壳内的多个分支传感器和电路板，每个分支传感器均包括传感器外壳和在传感器外壳内依次设置的地电位层、阻滞层、抑制层、收集层，电路板上设置控制模块和与分支传感器相同数量的数据采集模块，数据采集模块与分支传感器一一对应连接，多个数据采集模块均与控制模块连接。大幅度的提高了等离子体探测的空间分辨率，实现了对电离层精细结构的探测工作的需求目标。精细结构的探测工作的需求目标。精细结构的探测工作的需求目标。

【技术实现步骤摘要】
一种高空间分辨阻滞势电位分析仪及方法


[0001]本专利技术涉及空间等离子体研究和空间物理科学
，尤其涉及一种高空间分辨阻滞势电位分析仪及方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]阻滞势电位分析仪是电离层等离子体探测工程中常用的传感器，可以对离子密度、离子温度、离子漂移速度等参数进行诊断。
[0004]当前阻滞势电位分析仪原理结构基于法拉第笼，是多层栅网结构。通过对各层栅网施加电位，可以对等离子体中不同能级的离子进行筛选。利用阻滞层栅网的电压控制，并收集记录不同阻滞电压下对应的收集层离子电流电信号的数值，由此绘制阻滞势电位分析仪的伏安特性曲线。通过对其伏安特性曲线的分析，可以计算获得科研人员想获得的电离层离子参数科学数据。
[0005]但传统阻滞势电位分析仪受限于运算放大电路带宽、滤波器带宽，以及阻滞栅网层扫描电压的加载等因素的限制，扫描频率较小，通常不高于5Hz。如果电离层探测卫星以每秒8公里的速度飞行，那么所对应的等离子参数的空间分辨率约为1600m左右，即每1600米获得一个等离子体数据参数点，无法实现对电离层的精细结构的刻画，尤其无法良好探测等离子体参数快速变化的空间区域的科学数据，从而限制了科研人员的研究需求和研究精度。

技术实现思路

[0006]本专利技术为了解决上述问题，提出了一种高空间分辨阻滞势电位分析仪及方法，由多个分支传感器组成，每个分支传感器均为多层栅网结构，通过选择并固定阻滞层栅网于合适的电位，并配合相应的数据处理分析方法，实现了对离子密度、离子温度、离子漂移速度等参数的高速测量，大幅度的提高了等离子体探测的空间分辨率，实现了对电离层精细结构的探测工作的需求目标。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]第一方面，提出了一种高空间分辨阻滞势电位分析仪，包括机壳和设置在机壳内的多个分支传感器和电路板，每个分支传感器均包括传感器外壳和在传感器外壳内依次设置的地电位层、阻滞层、抑制层、收集层，电路板上设置控制模块和与分支传感器相同数量的数据采集模块，数据采集模块与分支传感器一一对应连接，多个数据采集模块均与控制模块连接。
[0009]第二方面，提出了一种高空间分辨阻滞势电位分析仪的离子探测方法，包括：
[0010]通过分支传感器获取电流数据；
[0011]通过数据采集模块采集分支传感器获取的电流数据；
[0012]通过控制模块对每个数据采集模块获取的电流数据进行单独插值，获得多个电流曲线，将所有电流曲线进行加和，获得总电流曲线；
[0013]通过对总电流曲线进行分析，获得探测结果数据。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0015]1、本专利技术通过在机壳内设置多个单独的分支传感器，多个分支传感器之间获取的信号互不干涉，为每个分支传感器配置单独的数据采集模块，此时收集层采样率的大小将决定电离层离子诊断的空间分辨率的大小，因为收集层测量点数仅与数据采集模块的采样率有关，该采样率值可达数百k，并且可通过控制模块实时调整，而不再受限于前端运算放大器和滤波器的带宽，所以通过对数据采集模块的采样率的调整，不仅可以大范围、灵活的调整空间分辨率的大小，还可以将电离层的离子参数空间分辨率提高改进到1m以内。
[0016]2、本专利技术设置的多个分支传感器，还可以独立配置为传统的阻滞式电位分析仪进行工作。
[0017]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0018]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
[0019]图1为实施例1公开分析仪的整体结构简图；
[0020]图2为实施例1提及的当前阻滞势电位分析仪原理结构图；
[0021]图3为实施例1提及的当前阻滞势电位分析仪获得的伏安特性曲线；
[0022]图4为实施例1公开分析仪的传感器结构图；
[0023]图5为实施例1公开的每个分支传感器的原理结构图；
[0024]图6为实施例1公开的每个分支传感器的栅网布置结构示意图；
[0025]图7为实施例1公开的栅网与绝缘垫片安装结构示意图；
[0026]图8为实施例1公开的电路原理图；
[0027]图9为实施例1获取的伏安特性数据曲线。
[0028]其中：1、机壳，2、传感器，3、分支传感器，4、绝缘垫片，5、地电位层，6、绝缘垫片，7、阻滞层，8、绝缘垫片，9、抑制层，10、绝缘垫片，11、收集层，12、绝缘垫片。
具体实施方式：
[0029]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。
[0030]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0031]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0032]在本专利技术中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本专利技术各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本专利技术中任一部件或元件，不能理解为对本专利技术的限制。
[0033]本专利技术中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本专利技术中的具体含义，不能理解为对本专利技术的限制。
[0034]实施例1
[0035]当前阻滞势电位分析仪原理结构基于法拉第笼，是多层栅网结构。通过对各层栅网施加电位，可以对等离子体中不同能级的离子进行筛选。利用阻滞层栅网的电压控制，并收集记录不同阻滞电压下对应的收集层离子电流电信号的数值，由此绘制阻滞势电位分析仪的伏安特性曲线。通过对其伏安特性曲线的分析，可以计算获得科研人员想获得的电离层离子参数科学数据。
[0036]各层栅网配置具体实现原理如图2所示：顶层为地层，电位为地电位，功能是屏蔽传感器内部电位对空间等离子体的扰动。第二层为阻滞层，用于加载扫描阻滞偏压，常为0
‑
15V，功能是对不同能级的离子进行筛选，若离子动能Ek大于偏压电位所对应的电子伏特能量，那么该离子可以进入收集层被收集，反之则会被阻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高空间分辨阻滞势电位分析仪，其特征在于，包括机壳和设置在机壳内的多个分支传感器和电路板，每个分支传感器均包括传感器外壳和在传感器外壳内依次设置的地电位层、阻滞层、抑制层、收集层，电路板上设置控制模块和与分支传感器相同数量的数据采集模块，数据采集模块与分支传感器一一对应连接，多个数据采集模块均与控制模块连接。2.如权利要求1所述的一种高空间分辨阻滞势电位分析仪，其特征在于，地电位层与传感器外壳之间、地电位层与阻滞层之间、阻滞层与抑制层之间、抑制层与收集层之间、收集层与传感器外壳之间均设置绝缘垫片。3.如权利要求1所述的一种高空间分辨阻滞势电位分析仪，其特征在于，每个阻滞层电位均不相同。4.如权利要求1所述的一种高空间分辨阻滞势电位分析仪，其特征在于，地电位层、阻滞层、抑制层均采用栅网结构。5.如权利要求1所述的一种高空间分辨阻滞势电位分析仪，其特征在于，在绝缘垫片上设置镶嵌栅网的槽口，将栅网安装于绝缘垫片的槽口内。6.如权利要求1所述的一种高空间分辨阻滞势电位分析仪，其特征在于，相邻两个分支传感器之间设置电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张清和，刘振平，孙祺，邢赞扬，李延辉，郭新，王艳玲，夏凯，苗晓晴，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：