[发明专利]一种原位测量轨道中性气体粒子速度的探测器及探测方法

权利要求书

1.一种原位测量轨道中性气体粒子速度的探测器，其特征在于，其包括彼此连接的传感器和信号处理电路；

所述传感器，用于对轨道中性气体粒子进行无速度损失电离，获取不同调制电压下所通过的离子数量；

所述信号处理电路，用于对当前调制电压下的离子信号进行电压放大，获得对应的多个电压信号，并基于得到的多个电压信号进行制图，得到当前调制电压下的离子的调制能量图，从而获得离子速度，进而得到轨道中性气体粒子速度。

2.根据权利要求1所述的原位测量轨道中性气体粒子速度的探测器，其特征在于，所述传感器包括：开源离子源、能量分析器和检测器；

所述开源离子源，用于采用垂直入射式电子轰击，对轨道中性气体粒子进行无速度损失电离，同时，通过对开源离子源设置电场，将电离后的离子沿着原有的运动轨迹输入能量分析器；

所述能量分析器，用于根据测得的电离后离子的动能，施加对应能段的调制电压，将高于该能段的调制电压的离子发射至检测器；

所述检测器，用于检测经能量分析器射出的离子，获得不同调制电压下所通过的离子数量。

3.根据权利要求2所述的原位测量轨道中性气体粒子速度的探测器，其特征在于，所述信号处理电路包括：调制电压发生器、电极电压产生器、离子源控制电路、微弱信号放大器、图像处理器和电源电路；

所述调制电压发生器，用于分时产生不同能段的调制电压，并将不同能段的调制电压提供至能量分析器，对电离后的离子的动能进行调制；

所述微弱信号放大器，用于对检测器中获得的当前调制电压下所通过的离子进行电压放大，转换成对应的电压信号；

所述图像处理器，用于根据建立的离子动能与速度的函数关系，利用获得的当前调制电压下所通过的多个离子对应的电压信号，绘制当前调制电压下的离子的调制能量图，从而获得离子速度，进而得到轨道中性气体粒子速度；

所述离子源控制电路，用于控制开源离子源，使其发射出恒定的垂直入射式电子；

所述电极电压产生器，用于产生传感器中的各部件工作所需的各路电压，并提供给传感器中的各部件，保证其正常工作；

所述电源电路，用于将航天器的一次电源转换成二次电源，为探测器提供正常工作的电源。

4.根据权利要求3所述的原位测量轨道中性气体粒子速度的探测器，其特征在于，所述图像处理器，用于根据建立的离子动能与调制能量的函数关系，利用获得的当前调制电压下所通过的多个离子对应的电压信号，绘制当前调制电压下的离子的调制能量图，从而获得离子速度，进而得到轨道中性气体粒子速度；其具体实现过程如下：

建立离子动能与调制能量的函数关系：

其中，e为离子电荷量；U为调制电压发生器产生的电场电压；m为离子的质量；v为离子的速度；

根据上式，在能量分析器中，根据每个离子的速度，计算对应的动能，调制电压发生器根据每个离子的动能，分时产生不同能段的调制电压，通过逐步改变不同能段下的调制电压，根据每个能段下，高于当前调制电压下所通过的多个离子对应的离子动能，绘制当前调制电压下的离子动能对应的扫描图像，作为当前调制电压下的离子的调制能量图；

根据当前的调制电压、离子的电荷量和离子种类，反演出当前调制电压下的离子的速度；

基于对轨道中性气体粒子进行无速度损失电离，则当前调制电压下的离子的速度等于该轨道中性气体粒子的速度。

5.一种原位测量轨道中性气体粒子速度的探测方法，其特征在于，该方法基于上述权利要求1-4中任一所述的原位测量轨道中性气体粒子速度的探测器实现，该方法包括：

传感器对轨道中性气体粒子进行无速度损失电离，获取不同调制电压下所通过的离子数量；

信号处理电路将当前调制电压下的每个离子信号进行电压放大，获得对应的多个电压信号，并基于得到的多个电压信号进行制图，得到当前调制电压下的离子的调制能量图，从而获得离子速度，进而得到轨道中性气体粒子速度。