一種模塊化的空間帶電粒子探測器的制造方法
【專利摘要】本發明屬于空間帶電粒子【技術領域】，具體涉及一種模塊化的空間帶電粒子探測器。包括擋光片模塊、探頭上蓋板、第一傳感器模塊、傳感器間距調節器、反符合閃爍體、兩個以上第二傳感器模塊、探頭外殼、探頭外殼底板、光電二極管；將探測器中的擋光片模塊和各個傳感器設計為一個個獨立的模塊，根據所探測帶電粒子的能量范圍，只需要適當增加或者減少傳感器模塊的數量，即能滿足對不同能量范圍帶電粒子的探測需求。該探測器，滿足對不同軌道、不同能量范圍空間帶電粒子探測的需要，為空間帶電粒子探測器的規模化應用提供了可能。
【專利說明】一種模塊化的空間帶電粒子探測器
【技術領域】
[0001]本發明屬于空間帶電粒子【技術領域】，具體涉及一種模塊化的空間帶電粒子探測器。
【背景技術】
[0002]帶電粒子是空間環境的重要組成部分之一，自空間探測活動開始起，空間帶電粒子就成為空間探測活動的重要內容之一。50年多來，人們發射了數百個航天器在太空的各個區域對帶電粒子進行探測和研究。盡管如此，人類對空間帶電粒子環境的認識仍然很有限，很多與空間帶電粒子相關的空間環境科學問題尚待解決。因此，需要通過對空間帶電粒子的探測，進一步了解空間帶電粒子環境的特點及其變化，對了解和掌握空間環境具有重要的科學意義；另一方面，空間帶電粒子對在軌運行的航天器帶來嚴重的安全隱患，是影響航天器長壽命和高可靠性的主要因素之一。隨著空間應用技術的發展，各種新工藝、新材料、新型器件以及新技術將廣泛應用于各種航天器上，這對航天器的壽命和可靠性提出了更高的要求。這需要繼續加強對空間帶電粒子的探測，進一步了解空間帶電粒子環境的特點和作用，評估其對航天器造成的影響，從而為航天器的設計、防護及在軌診斷提供參考和依據。因此，空間帶電粒子探測又具有重要的工程意義。
[0003]隨著國民經濟的發展，各種航天器將為社會生活的各個方面提供服務。根據不同的用途，這些航天器將運行在不同的軌道。為了更好地保障這些航天器的在軌安全，需要對不同軌道的帶電粒子進行探測，這需要大量的帶電粒子探測器才能滿足需求。
[0004]傳統的帶電粒子探測器，基本上都是針對某一特定的衛星或任務而研制，
[0005]具有較長的研制周期和高昂的成本。因此，如果采用傳統的模式，顯然無法滿足當前乃至將來空間帶電粒子探測的需求。
[0006]近年來，面對日益增長的帶電粒子探測器需求，國外開始嘗試研制一些可應用于多顆衛星的帶電粒子探測器，并得到了一些成功應用。而在國內，尚沒有研制出可應用于多種衛星、多種軌道的帶電粒子探測器。因此，研制一種模塊化的空間帶電粒子探測器顯得很有必要。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于克服現有技術中存在的缺陷，設計一種模塊化的空間帶電粒子探測器，該探測器將擋光片模塊和各個傳感器設計為一個個獨立的模塊，形成模塊化探測，根據實際應用的需求，適當增加或者減少傳感器模塊的數量，即能滿足對不同軌道帶電粒子探測的需求，從而節約了帶電粒子探測器的研制周期和成本，滿足了空間帶電粒子探測器規模化的需求。
[0008]為了實現上述目的，本發明的技術方案是設計一種模塊化的空間帶電粒子探測器，包括擋光片模塊、探頭上蓋板、第一傳感器模塊、傳感器間距調節器、反符合閃爍體、兩個以上第二傳感器模塊、探頭外殼、探頭外殼底板、光電二極管；[0009]其中，在所述探頭上蓋板上開有中心孔；所述探頭外殼為圓筒形結構，在所述探頭外殼上開有與探頭外殼的軸向相垂直的探頭電接口 ；所述反符合閃爍體為圓筒形結構；所述反符合閃爍體的外徑小于所述探頭外殼的內徑；
[0010]所述擋光片模塊包括擋光片和擋光片安裝框架，在所述擋光片安裝框架上開有帶凸沿的通孔，所述擋光片安裝在所述擋光片安裝框架的凸沿上；
[0011 ] 所述第一傳感器模塊包括第一傳感器、吸收體a、電極a、電路板a和第一傳感器安裝框架，在所述第一傳感器安裝框架上開有帶凸沿的通孔，在所述第一傳感器安裝框架的一側開有凹槽，所述電路板a安裝在所述第一傳感器安裝框架的凸沿上，所述吸收體a粘接在所述第一傳感器的背面并與第一傳感器一起安裝在所述電路板a上，所述電極a安裝在所述第一傳感器安裝框架的凹槽內并與第一傳感器相連；
[0012]每個所述第二傳感器模塊包括第二傳感器、吸收體b、電極b、電路板b和第二傳感器安裝框架，在所述第二傳感器安裝框架上開有帶凸沿的通孔，在所述第二傳感器安裝框架的一側開有凹槽，所述電路板b安裝在所述第二傳感器安裝框架的凸沿上，所述吸收體b粘接在所述第二傳感器的背面并與第二傳感器一起安裝在所述電路板b上，所述電極b安裝在所述第二傳感器安裝框架的凹槽內并與第二傳感器相連；
[0013]其連接關系在于:所述反符合閃爍體同軸套接在所述探頭外殼的內部并通過螺柱固定，所述光電二極管固定安裝在所述反符合閃爍體的外壁上，在所述光電二極管與所述探頭外殼的內壁之間留有間隙，所述探頭外殼底板固定安裝在所述探頭外殼的底部，所述探頭上蓋板固定安裝在所述探頭外殼的頂端，所述擋光片模塊、第一傳感器模塊、傳感器間距調節器、第二傳感器模塊從上向下分別通過其安裝框架依次疊放在所述探頭上蓋板和所述探頭外殼底板之間，所述擋光片模塊、第一傳感器模塊、傳感器間距調節器、第二傳感器模塊置于所述反符合閃爍體內并與所述反符合閃爍體內壁之間留有間隙。
[0014]還包括緊固墊片，所述緊固墊片安裝在底端的所述第二傳感器模塊與所述探頭外殼底板上端面之間。
[0015]所述光電二極管為兩個，呈對稱設置安裝在所述反符合閃爍體的外壁上。
[0016]所述光電二極管與所述反符合閃爍體通過光耦合劑固定連接的。
[0017]所述擋光片為厚50 μ m的鍍鋁薄膜，直徑為3cm。
[0018]所述第一傳感器為厚150 μ m的圓形金硅面壘型探測器，直徑為1cm。
[0019]所述擋光片模塊、第一傳感器模塊、傳感器間距調節器、第二傳感器模塊通過四根螺桿串接連接并分別由螺母緊固。
[0020]本發明的優點和有益效果在于:
[0021]一、將探測器中的擋光片和各個傳感器設計為一個個獨立的模塊，根據所探測帶電粒子的能量范圍，只需要適當增加或者減少傳感器模塊的數量，即能滿足對不同能量范圍帶電粒子的探測需求。該探測器，滿足對不同軌道、不同能量范圍空間帶電粒子探測的需要，為空間帶電粒子探測器的規模化應用提供了可能。與傳統帶電粒子探測器的設計及研制相比，這種方法可以縮短探測器的研制周期，從而節約了探測器的開發成本和時間，具有重要的實際意義。
[0022]二、由于還包括緊固墊片，所述緊固墊片安裝在所述第二傳感器模塊與所述探頭外殼底板上端面之間。可以很好的起到使擋光片模塊、第一傳感器模塊、傳感器間距調節器、第二傳感器模塊緊固安裝在所述探頭上蓋板和探頭外殼底板之間。
[0023]三、由于所述光電二極管為兩個，呈對稱設置安裝在所述反符合閃爍體的外壁上。可以更加便于讀取帶電粒子產生的信號。
[0024]四、由于所述光電二極管與所述反符合閃爍體通過光耦合劑固定連接的。可以便于光電二極管的貼合同時又不會對光電二極管造成損壞。
[0025]五、由于所述擋光片為厚50 μ m的鍍鋁薄膜，直徑為3cm。可以阻擋能量低于
0.3MeV的電子，能量低于7.5MeV的質子。
[0026]六、由于所述擋光片模塊、第一傳感器模塊、傳感器間距調節器、第二傳感器模塊通過四根螺桿串接連接并分別由螺母緊固。可以便于擋光片模塊、第一傳感器模塊、傳感器間距調節器、第二傳感器模塊的準直安裝。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1為本發明的結構示意圖；
[0028]圖2為第二傳感器模塊的二維結構示意圖。
[0029]其中，1-擋光片模塊；2_探頭上蓋板；3-螺孔；4_第一傳感器模塊；5_傳感器間距調節器；6_反符合閃爍體；7_第二傳感器模塊；8_探頭外殼；9-螺桿；10_探頭外殼底板；
11-螺母；12-緊固墊片；13-探頭電接口 ；14_光電二極管。21-通孔；22-第二傳感器安裝框架；23_凹槽；24_電極b ；25-第二傳感器。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖和實施例對本發明的【具體實施方式】作進一步描述，以下實施例僅用于更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護范圍。
[0031]如圖1所示，本發明具體實施的技術方案是:一種模塊化的空間帶電粒子探測器，包括擋光片模塊1、探頭上蓋板2、第一傳感器模塊4、傳感器間距調節器5、反符合閃爍體6、兩個以上第二傳感器模塊7、探頭外殼8、探頭外殼底板10、光電二極管14 ；
[0032]其中，在所述探頭上蓋板2上開有中心孔；所述探頭外殼8為圓筒形結構，在所述探頭外殼8上開有與探頭外殼8的軸向相垂直的探頭電接口 13 ;所述反符合閃爍體6為圓筒形結構；所述反符合閃爍體6的外徑小于所述探頭外殼8的內徑；
[0033]所述擋光片模塊I包括擋光片和擋光片安裝框架，在所述擋光片安裝框架上開有帶凸沿的通孔，所述擋光片安裝在所述擋光片安裝框架的凸沿上；
[0034]所述第一傳感器模塊4包括第一傳感器、吸收體a、電極a、電路板a和第一傳感器安裝框架，在所述第一傳感器安裝框架上開有帶凸沿的通孔，在所述第一傳感器安裝框架的一側開有凹槽，所述電路板a安裝在所述第一傳感器安裝框架的凸沿上，所述吸收體a粘接在所述第一傳感器的背面并與第一傳感器一起安裝在所述電路板a上，所述電極a安裝在所述第一傳感器安裝框架的凹槽內并與第一傳感器相連；
[0035]每個所述第二傳感器模塊7包括第二傳感器25、吸收體b、電極b24、電路板b和第二傳感器安裝框架22，在所述第二傳感器安裝框架22上開有帶凸沿的通孔，在所述第二傳感器安裝框架的一側開有凹槽23，所述電路板b安裝在所述第二傳感器安裝框架22的凸沿上，所述吸收體b粘接在所述第二傳感器25的背面并與第二傳感器25 —起安裝在所述電路板b上，所述電極b24安裝在所述第二傳感器安裝框架22的凹槽23內并與第二傳感器25相連；
[0036]其連接關系在于:所述反符合閃爍體6同軸套接在所述探頭外殼8的內部并通過螺柱固定，所述光電二極管14固定安裝在所述反符合閃爍體6的外壁上，在所述光電二極管14與所述探頭外殼8的內壁之間留有間隙，所述探頭外殼底板10固定安裝在所述探頭外殼8的底部，所述探頭上蓋板2固定安裝在所述探頭外殼8的頂端，所述擋光片模塊1、第一傳感器模塊4、傳感器間距調節器5、第二傳感器模塊7從上向下分別通過其安裝框架依次疊放在所述探頭上蓋板2和所述探頭外殼底板10之間，所述擋光片模塊1、第一傳感器模塊4、傳感器間距調節器5、第二傳感器模塊7置于所述反符合閃爍體6內并與所述反符合閃爍體6內壁之間留有間隙。
[0037]還包括緊固墊片12，所述緊固墊片12安裝在底端的所述第二傳感器模塊7與所述探頭外殼底板10上端面之間。
[0038]所述光電二極管14為兩個，呈對稱設置安裝在所述反符合閃爍體6的外壁上。
[0039]所述光電二極管14與所述反符合閃爍體6通過光耦合劑固定連接的。
[0040]所述擋光片為厚50 μ m的鍍鋁薄膜，直徑為3cm。
[0041]所述第一傳感器為厚150 μ m的圓形金硅面壘型探測器，直徑為1cm。
[0042]所述擋光片模塊1、第一傳感器模塊4、傳感器間距調節器5、第二傳感器模塊(7)通過四根螺桿9串接連接并分別由螺母10緊固。
[0043]所述探頭上蓋板2的內徑2.0cm，外徑8.0cm，厚L 0cm，材料為銅，其上面開有三組螺孔3，三組螺孔3的中心分別位于三個不同的同心圓上，每組包括四個螺孔，對稱分布，相鄰兩個螺孔的夾角為90°。其中，最里面的一組螺孔，其中心所在圓的半徑為3.0cm;中間的一組螺孔為通孔，其中心所在圓的半徑為5.0cm ;最外邊的一組螺孔為通孔，其中心所在圓的半徑為7.5cm。
[0044]所述擋光片安裝框架的截面呈正方形,邊長為4.0cm,厚1.0cm,其右側開有凹槽，用于安裝探測器的電接口。所述第一傳感器與擋光片I的間距為0.5cm，帶電粒子在其中沉積的能量為ΛΕ。所述傳感器間距調節器15是一塊中空的長方體，其橫截面尺寸和各個安裝框架的尺寸保持一致，其具體高度則根據高能帶電粒子望遠鏡的張角要求而確定。若要求高能帶電粒子望遠鏡具有較大的張角時，則傳感器間距調節器15的高度應該小一些；若要求高能帶電粒子望遠鏡具有較小的張角時，則傳感器間距調節器15的高度應該大一些；
[0045]如圖2所示，所述第二傳感器模塊7包括第二傳感器25、吸收體b、電極b24、電路板b和第二傳感器安裝框架22，在所述第二傳感器安裝框架22上開有帶凸沿的通孔，在所述第二傳感器安裝框架的一側開有凹槽23，所述電路板b安裝在所述第二傳感器安裝框架22的凸沿上，所述吸收體b粘接在所述第二傳感器25的背面并與第二傳感器25 —起安裝在所述電路板b上，所述電極b24安裝在所述第二傳感器安裝框架22的凹槽23內并與第二傳感器25相連，用于傳輸信號；所述電路板上第二傳感器周圍是前置放大電路；所述吸收體a和吸收體b的材料為聚四氟乙烯，直徑為1.0cm，厚度為0.02cm。
[0046]工作原理:
[0047]帶電粒子穿過傳感器材料時，與傳感器材料相互作用而損失能量，所損失能量的大小與帶電粒子的能量成反比，與傳感器材料原子的原子序數成正比。如果傳感器材料的厚度較大，則帶電粒子在與傳感器材料相互作用的過程中會損失全部能量而最終停止在傳感器材料中。將帶電粒子與傳感器材料剛開始作用到帶電粒子停止在傳感器材料中所經過的路程定義為帶電粒子在傳感器材料中的射程。具有相同能量的不同種帶電粒子，通過同一塊傳感器材料時，在傳感器材料中的能損不同；不同能量的同種帶電粒子，通過同一塊傳感器材料時，在傳感器材料中的射程不同。因此，根據帶電粒子在傳感器材料中的能損和射程不同，即可鑒別各種不同的帶電粒子，這便是本文中所述探測器的工作原理。
[0048]工作過程:擋光片用于阻擋探測能量范圍下限外的帶電粒子；第一傳感器用于獲得帶電粒子在其中沉積的能量；傳感器間距調節器用于調節第一傳感器和第二傳感器之間的距離，從而使探測器可具有不同的幾何因子，以適應不同的探測軌道；第二傳感器用于獲得帶電粒子在第二傳感器中的射程信息。這樣，根據能損-射程原理即可以探測帶電粒子的能量并能對各種不同的帶電粒子進行鑒別。
[0049]根據以上設計步驟和相關的參數，設計的空間高能帶電粒子望遠鏡探頭，在配合相應的信號處理電子學系統后，可探測空間0.7?10.0MeV的電子和15?300MeV的質子。如果需要探測的能量范圍較小，則根據帶電粒子在傳感器材料中的射程，減少第二傳感器模塊個數；如果需要探測更大能量范圍的帶電粒子，只需增加第二傳感器模塊的個數即可。該探測器，滿足對不同軌道、不同能量范圍空間帶電粒子進行探測的需要，為空間帶電粒子探測器的規模化應用提供了可能。與傳統帶電粒子探測器的設計及研制相比，這種方法可以縮短探測器的研制周期，從而節約了探測器的開發成本和時間，具有重要的實際意義。
[0050]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種模塊化的空間帶電粒子探測器，其特征在于:包括擋光片模塊(I)、探頭上蓋板(2)、第一傳感器模塊(4)、傳感器間距調節器(5)、反符合閃爍體(6)、兩個以上第二傳感器模塊(7)、探頭外殼(8)、探頭外殼底板(10)、光電二極管(14)；其中，在所述探頭上蓋板(2)上開有中心孔；所述探頭外殼(8)為圓筒形結構，在所述探頭外殼(8)上開有與探頭外殼(8)的軸向相垂直的探頭電接口(13);所述反符合閃爍體(6)為圓筒形結構；所述反符合閃爍體(6)的外徑小于所述探頭外殼(8)的內徑； 所述擋光片模塊(I)包括擋光片和擋光片安裝框架，在所述擋光片安裝框架上開有帶凸沿的通孔，所述擋光片安裝在所述擋光片安裝框架的凸沿上； 所述第一傳感器模塊(4)包括第一傳感器、吸收體a、電極a、電路板a和第一傳感器安裝框架，在所述第一傳感器安裝框架上開有帶凸沿的通孔，在所述第一傳感器安裝框架的一側開有凹槽，所述電路板a安裝在所述第一傳感器安裝框架的凸沿上，所述吸收體a粘接在所述第一傳感器的背面并與第一傳感器一起安裝在所述電路板a上，所述電極a安裝在所述第一傳感器安裝框架的凹槽內并與第一傳感器相連； 每個所述第二傳感器模塊(7)包括第二傳感器、吸收體b、電極b、電路板b和第二傳感器安裝框架，在所述第二傳感器安裝框架上開有帶凸沿的通孔，在所述第二傳感器安裝框架的一側開有凹槽，所述電路板b安裝在所述第二傳感器安裝框架的凸沿上，所述吸收體b粘接在所述第二傳感器的背面并與第二傳感器一起安裝在所述電路板b上，所述電極b安裝在所述第二傳感 器安裝框架的凹槽內并與第二傳感器相連； 其連接關系在于:所述反符合閃爍體(6)同軸套接在所述探頭外殼(8)的內部并通過螺柱固定，所述光電二極管(14)固定安裝在所述反符合閃爍體(6)的外壁上，在所述光電二極管(14)與所述探頭外殼(8)的內壁之間留有間隙，所述探頭外殼底板(10)固定安裝在所述探頭外殼(8)的底部，所述探頭上蓋板(2)固定安裝在所述探頭外殼(8)的頂端，所述擋光片模塊(I)、第一傳感器模塊(4)、傳感器間距調節器(5)、第二傳感器模塊(7)從上向下分別通過其安裝框架依次疊放在所述探頭上蓋板(2)和所述探頭外殼底板(10)之間，所述擋光片模塊(I)、第一傳感器模塊(4)、傳感器間距調節器(5)、第二傳感器模塊(7)置于所述反符合閃爍體(6)內并與所述反符合閃爍體(6)內壁之間留有間隙。
2.根據權利要求1所述的一種模塊化的空間帶電粒子探測器，其特征在于:還包括緊固墊片(12)，所述緊固墊片(12)安裝在底端的所述第二傳感器模塊(7)與所述探頭外殼底板(10)上端面之間。
3.根據權利要求1所述的一種模塊化的空間帶電粒子探測器，其特征在于:所述光電二極管(14)為兩個，呈對稱設置安裝在所述反符合閃爍體(6)的外壁上。
4.根據權利要求1所述的一種模塊化的空間帶電粒子探測器，其特征在于:所述光電二極管(14)與所述反符合閃爍體(6)通過光耦合劑固定連接的。
5.根據權利要求1至4任意一項所述的一種模塊化的空間帶電粒子探測器，其特征在于:所述擋光片為厚50 μ m的鍍鋁薄膜，直徑為3cm。
6.根據權利要求1至4任意一項所述的一種模塊化的空間帶電粒子探測器，其特征在于:所述第一傳感器為厚150 μ m的圓形金硅面壘型探測器，直徑為1cm。
7.根據權利要求1至4任意一項所述的一種模塊化的空間帶電粒子探測器，其特征在于:所述擋光片模塊(I)、第一傳感器模塊(4)、傳感器間距調節器(5)、第二傳感器模塊(7)通過四根螺桿(9 )串接連接并分別由`螺母(10 )緊固。
【文檔編號】G01T1/20GK103698800SQ201310636915
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年11月29日 優先權日:2013年11月29日
【發明者】把得東, 薛玉雄, 安恒 申請人:蘭州空間技術物理研究所
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
