一种多分辨率网格紧凑型阻滞势分析仪及探测方法技术

本发明专利技术提出了一种多分辨率网格紧凑型阻滞势分析仪及探测方法，包括：机壳、设置在机壳内间隔排列的多个独立且相同的分支阻滞势分析仪；其中，每个分支阻滞势分析仪包括外壳、电路板和在所述外壳内多层栅网结构，所述电路板上设置有对所述分支阻滞势分析仪控制的控制模块。通过多个独立且相同的分支阻滞势分析仪的设计，实现整体传感器的分辨率灵活可调。实现整体传感器的分辨率灵活可调。实现整体传感器的分辨率灵活可调。

【技术实现步骤摘要】
一种多分辨率网格紧凑型阻滞势分析仪及探测方法


[0001]本专利技术属于空间等离子体研究和空间物理科学领域，尤其涉及一种多分辨率网格紧凑型阻滞势分析仪及探测方法。

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原位探测工程中重要的传感器之一，用于探测离子密度和离子温度、离子成份和传感器法向的离子漂移速度。当前阻滞势电位分析仪原理结构基于法拉第笼，其传感器为圆筒形，内部是多层栅网结构。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。
[0004]早期传统阻滞势分析仪各层栅网配置具体实现原理是：第一层和第二层为地层，电位处于地电位，与卫星的外壳和卫星电路的地电位直接相连，用于屏蔽传感器内部阻滞栅网扫描变化对传感器外部空间等离子体造成的扰动；第三层为阻滞层，用于加载扫描阻滞偏压，功能是对不同能级的离子进行筛选，若离子动能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，反之则会被阻滞层抵挡而无法被收集层收集；第四层为抑制层，用于抵挡和抑制等离子体中的电子不被收集极板收集，同时防止收集极上的二次电子和光电子逃出，从而保证收集层收集的电流信号均由离子所形成。这种简化的结构在离子探测和离子漂移速度探测上面存在着很大的缺陷，后经研究表明，造成这种简单传感器不能满足探测的原因，主要是由于栅网的电场畸变，为了得到最优的传感器模型，国内外利用仿真软件对栅网按照真实的尺寸建模并分别按照不同方式排列，利用蒙特卡落法统计每一种传感器模型对粒子影响的透过率的影响。
[0005]传统的阻滞势分析仪电离层精度低，动态范围小，体积大，尤其是空间分辨率低，通常为千米，难以探测小尺度不均匀体，主要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，如果近地轨道卫星速度为7600m/s，那么所对应的等离子参数的空间分辨率为每7600米获得一个等离子体参数点，从距离的角度来看，无法实现从空间位置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在小尺度不规则空间区域快速变化的科学数据，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]为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种多分辨率网格紧凑型阻滞势分析仪及探测方法，通过多个独立且相同的分支阻滞势分析仪的设计，实现整体阻滞势分析仪的分辨率灵活可调。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的第一个方面提供一种多分辨率网格紧凑型阻滞势分析仪，包括：机壳、设置在机壳内间隔排列的多个独立且相同的分支阻滞势分析仪；其中，每个分支阻滞势分析仪包括外壳、电路板和在设置在所述外壳内的多层栅网结构，所述电路板上设置有对所述分支阻滞势分析仪单独控制的控制模块。
[0008]本专利技术的第二个方面提供一种多分辨率网格紧凑型阻滞势分析仪的探测方法，包括：
[0009]对多个分支阻滞势分析仪采用不同模式的扫描电压；
[0010]采集多个分支阻滞势分析仪在对应扫描电压下的离子电流；
[0011]基于离子电流和对应的扫描电压得到阻滞势分析仪的伏安特性曲线；
[0012]基于所得到的伏安特性曲线，分析得到探测结果。
[0013]以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
[0014]在本专利技术中，紧凑型阻滞势分析仪包括机壳，设置在机壳内间隔排列的多个独立且相同的分支阻滞势分析仪，对分支阻滞势分析仪进行独立控制，实现对多个分支阻滞势分析仪的多个空间分辨率可调模式，不同模式下空间分辨率相较于传统阻滞势分析仪提高了4至50倍，在刻画精准的伏安特性曲线的基本前提下，实现对电离层精细结构的灵活探测，缩短探测时间。
[0015]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
[0016]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0017]图1为现有的阻滞势分析仪栅网结构示意图；
[0018]图2(a)为本实施例一中紧凑型阻滞势分析仪总装配图；
[0019]图2(b)为本实施例一中分支阻滞势分析仪结构示意图；
[0020]图3为本实施例一中分支阻滞势分析仪栅网结构示意图；
[0021]图4为本实施例一中电压范围模式0下四个分支阻滞势分析仪的阻滞栅网扫描电压配置示意图；
[0022]图5为本实施例一中电压范围模式1下四个分支阻滞势分析仪的阻滞栅网扫描电压配置示意图；
[0023]图6为本实施例一中电压范围模式2下四个分支阻滞势分析仪的阻滞栅网扫描电压配置示意图；
[0024]图7为本实施例一中电压范围模式3下四个分支阻滞势分析仪的阻滞栅网扫描电压配置示意图；
[0025]图8为本实施例一中电压范围模式4下四个分支阻滞势分析仪的阻滞栅网扫描电压配置示意图；
[0026]图9为本实施例一中跨阻放大电路原理示意图；
[0027]图10为本实施例一中跨组放大噪声分析建模示意图；
[0028]图11为本实施例一中典型阻滞势分析仪伏安特性曲线；
[0029]图12为本实施例一中电压范围模式0下拟合曲线和实测曲线对比图；
[0030]图13为本实施例一中电压范围模式1下拟合曲线和实测曲线对比图；
[0031]图14为本实施例一中电压范围模式2下拟合曲线和实测曲线对比图；
[0032]图15为本实施例一中电压范围模式3下拟合曲线和实测曲线对比图；
[0033]图16为本实施例一中电压范围模式4下拟合曲线和实测曲线对比图。
[0034]图中，1、第一地电位栅网，2、铝合金金属支撑板，3、第二地电位栅网，4、阻滞栅网，5、抑制栅网，6、第三地电位栅网，7、收集极，8、电路板。
具体实施方式
[0035]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0036]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专利技术的示例性实施方式。
[0037]在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0038]实施例一
[0039]本实施例公开了一种多分辨率网格紧凑型阻滞势分析仪，包括：机壳、设置在机壳内间隔排列的多个独立且相同的分支阻滞势分析仪；其中，每个分支阻滞势分析仪包括外壳、电路板和在设置在所述外壳内的多层栅网结构，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多分辨率网格紧凑型阻滞势分析仪，其特征在于，机壳、设置在机壳内间隔排列的多个独立且相同的分支阻滞势分析仪；其中，每个分支阻滞势分析仪包括外壳、电路板和在设置在所述外壳内的多层栅网结构，所述电路板上设置实现对所述分支阻滞势分析仪多个空间分辨率可调模式的控制模块。2.如权利要求1所述的一种多分辨率网格紧凑型阻滞势分析仪，其特征在于，所述多层栅网结构包括依次设置的第一地电位栅网、金属支撑板、第二地电位栅网、阻滞栅网、抑制栅网、第三地电位栅网和收集层。3.如权利要求2所述的一种多分辨率网格紧凑型阻滞势分析仪，其特征在于，所述地电位栅网、地电位栅网、阻滞栅网、抑制栅网、地电位栅网的上下两侧设置有绝缘垫片。4.如权利要求2所述的一种多分辨率网格紧凑型阻滞势分析仪，其特征在于，所述第一地电位栅网、第二地电位栅网与传感器外壳连接，所述阻滞栅网与模数转换电路连接。5.如权利要求4所述的一种多分辨率网格紧凑型阻滞势分析仪，其特征在于，所模数转换电路采用多通道电压输出的模数转换器，所述多通道电压输出的模数转换器对多个独立且相同的传感器内的阻滞栅网的扫描电压进行并行控制。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：张清和，代路遥，刘佩杰，冷万昌，梁立凯，王艳玲，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：