反符合探测杯技术在空间粒子探测中的应用

发布时间：2022-07-09 19:58

　　近年来我国的空间粒子探测技术发展迅速,在很多卫星上搭载了粒子辐射探测器,用于空间科学研究和卫星安全保障。然而由于空间环境的复杂性以及探测原理的局限性,仪器测量过程中不可避免的会有干扰粒子对测量结果造成污染,影响测量的精度,因此国内外的载荷均采用了一些技术手段来排除粒子的污染,其中反符合探测杯技术是一种非常有效的手段。国内的空间探测载荷中很少使用反符合杯技术,本课题基于空间科学先导性专项背景型号“SPORT”计划重离子成分探测器关键技术攻关,立足于轨道空间环境及粒子测量实际需求,通过对国外反符合探测杯技术现状的调研,研究空间反符合探测杯技术,旨在实现相应关键技术的突破。文章基于对国外反符合探测杯技术的调研,详细介绍了反符合探测杯系统的组成,在此基础上重点介绍了反符合探测杯的设计,包括系统材料的选择、外形加工,本文在对比不同光探测器件性能差异的基础上,具有创新性的采用了新型光电探测器件——硅光电倍增管作为反符合杯测量系统后端光探测器件,并设计探测系统,分别对前端电子学电路及脉冲采集电路进行设计,在Quartus II环境下使用VHDL编写FPGA程序用于采集脉冲个数,通过数据采集卡采集FP... 

【文章页数】：102 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题背景及意义
        1.1.1 日地空间环境探测的重要性
        1.1.2“SPORT”计划
    1.2 课题研究内容
第二章 反符合探测杯技术
    2.1 干扰粒子来源
    2.2 去干扰技术
        2.2.1 被动屏蔽
        2.2.2 主动屏蔽
    2.3 反符合探测杯技术原理
        2.3.1 反符合原理
        2.3.2 反符合探测杯工作原理
    2.4 国内外研究现状
        2.4.1 国外发展动态
        2.4.2 国内发展动态
    2.5 本章小结
第三章 反符合探测杯系统基本组成
    3.1 探测器类型
        3.1.1 气体探测器
        3.1.2 半导体探测器
        3.1.3 闪烁体探测器
    3.2 光学收集系统
        3.2.1 反射层
        3.2.2 光耦合剂
        3.2.3 光导
    3.3 常用的光探测器
        3.3.1 光电倍增管PMT
        3.3.2 硅PIN光电二极管
        3.3.3 雪崩二极管APD
        3.3.4 硅光电倍增管SIPM
    3.4 本章小结
第四章 反符合探测杯探头设计
    4.1 反符合材料选定
    4.2 外形设计
        4.2.1 结构设计
        4.2.2 软件制图
        4.2.3 加工成型
    4.3 反射层材料选定
    4.4 光耦合材料选定
    4.5 光探测器件选定
    4.6 本章小结
第五章 前端电子学电路设计
    5.1 总体设计
        5.1.1 系统需求分析
        5.1.2 系统研究内容
        5.1.3 系统方案设计
    5.2 电子设计所需的开发环境
        5.2.1 Altium Designer Summer 09
        5.2.2 Quartus II 12.0
        5.2.3 LabVIEW 2012
    5.3 高压电源模块设计
        5.3.1 需求分析
        5.3.2 设计原理
        5.3.3 硬件设计
        5.3.4 电路测试
    5.4 信号读出电路设计
        5.4.1 前置放大器
        5.4.2 硬件设计
        5.4.3 电路测试
    5.5 幅度调节电路设计
        5.5.1 主放大电路
        5.5.2 硬件设计
        5.5.3 电路测试
    5.6 本章小结
第六章 脉冲采集电路设计
    6.1 总体设计
    6.2 硬件功能模块设计
        6.2.1 FPGA芯片
        6.2.2 电源模块设计
        6.2.3 配置电路设计
        6.2.4 I/O .分配电路
        6.2.5 时钟和复位电路
        6.2.6 PCB板设计
    6.3 FPGA软件设计
        6.3.1 软件设计
    6.4 上位机显示设计
        6.4.1 LabVIEW
        6.4.2 上位机显示程序设计
    6.5 本章小结
第七章 系统测试及结果分析
    7.1 SIPM部件测试
        7.1.1 系统构成
        7.1.2 电源模块测试及结果
        7.1.3 高压电池测试及结果
        7.1.4 结果分析
    7.2 信号发生器仿真测试
        7.2.1 系统构成
        7.2.2 测试结果
        7.2.3 结果分析
    7.3 放射源系统测试
        7.3.1 系统构成
        7.3.2 测试结果
        7.3.3 结果分析
    7.4 本章小结
第八章 总结与展望
    8.1 总结
    8.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间已发表、录用及提交的文章目录
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]风云三号卫星空间高能质子探测器的几何因子计算[J]. 张珅毅,张贤国,王春琴,沈国红,荆涛,张斌全,孙越强,朱光武,梁金宝,张效信,李嘉巍,黄聪,韩英.  中国科学:地球科学. 2014(11)
[2]二期载人航天空间粒子方向探测器[J]. 沈国红,王世金,张申毅,梁金宝,朱光武.  核电子学与探测技术. 2012(05)
[3]单光子探测技术[J]. 吴青林,刘云,陈巍,韩正甫,王克逸,郭光灿.  物理学进展. 2010(03)
[4]硅基PIN光电探测器的设计与模拟[J]. 李欢,牛萍娟,张宇,李俊一,杨广华.  半导体技术. 2007(09)
[5]一种低噪声快电荷灵敏前置放大器的研制[J]. 苏弘,周波,李小刚,马晓莉.  核电子学与探测技术. 2003(02)
[6]高性能聚合物光电池和光探测器[J]. 周萼,俞钢.  现代显示. 2001(02)
[7]日地空间环境探测[J]. 朱光武,王世金.  世界科技研究与发展. 2000(03)
[8]日地空间环境的监测和预报[J]. 刘振兴.  大自然探索. 1996(04)
[9]光电倍增管的选择和使用（Ⅱ）[J]. 李禄华.  物理. 1982(09)



本文编号：3657722