[发明专利]一种离子漂移计及离子漂移分析方法

说明书

本发明涉及一种离子漂移计及离子漂移分析方法，在机壳内设置有空心圆柱型内壁套筒，内壁套筒沿周向方向均分为四个象限块，内壁套筒内设置有多层栅网结构和一块圆形的收集极板。相对于传统离子漂移计增大了收集极板的面积，只需要一路运算放大器和后端电子电路，避免了传统离子漂移计四个象限之间的差异和各测量电路之间的天然偏差对测量数据的干扰，经过测量和计算得出的离子漂移速度误差更小，提高了等离子体检测结果的可靠性和可用性，节约了电路资源，避免了使用多路电子电路时运算放大器的零点漂移和输出偏置等问题造成的多路测量结果之间的较大差别和误差，可以与高空间分辨率阻滞势电位分析仪协同工作对电离层等离子体进行探测分析。

技术领域

本发明属于离子漂移计改进技术领域，尤其是离子漂移计及离子漂移分析方法。

背景技术

离子漂移计(IDM)是用于空间电离层等离子体诊断的一种传感器，主要搭载在卫星上对空间等离子体进行测量，传统的离子漂移计由分为四个象限的多层栅网构成，传统的离子漂移计是假设各个收集极板之间面积、电导率等参数完全一致，各象限后端的电流测量电路完全一致，从而利用四个象限收集到的电流电信号的大小求解离子漂移速度和入射角度等参数信息。然而这种传统离子漂移计设计模式中的四个象限很难做到高度的一致性，而且在实际测量中，离子电流往往十分微弱，受限于收集极板面积和传感器重量等因素的限制，各个象限的电流往往为nA级别，且各个象限之间电流大小的差距同样微小。如图1、2所示，各层栅网从上到下依次为地电位栅网、+2V栅网、-15V栅网、地电位栅网，每层栅网均为由四个四分之一圆组成的一个圆形的金属网片。最上层地电位栅网可以屏蔽IDM传感器内部电场对外部等离子体的干扰，+2V栅网可以进行离子的筛选，+2V可以阻止空间等离子体中的H+进入收集极板，-15V栅网可以阻挡等离子体中的电子进入收集极板，避免电子电流对离子诊断的影响，下层的地电位栅网则可以防止收集极板的二次电子和光电子逃出。最下层为收集极板，收集极板为由四个四分之一圆组成的圆形的金属极板并被分别记为A、B、C、D四个象限，每个象限分别负责收集入射的离子电流，通过记录和利用各个象限的的电信号大小，可以推导计算获得等离子体的入射角和漂移速度等科学参数。

如果各象限收集极板的面积存在差异，或者导电性不相同，则会造成收集电流的误差，进而影响计算结果的准确性。后端电子电路部分，特别是运算放大电路部分也很难做到高度一致，因为温度漂移和零点偏移、输出偏置等半导体器件的天然误差所带来的测量结果的误差很难避免。在改善方法上只能通过对各个象限所对应的运算放大电路进行逐一调零，校准等方法尽可能减少测量的偏差，然而改善效果并不显著。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种离子漂移计，包括机壳，在机壳内绝缘设置有金属材质的均分四个象限的内壁套筒，内壁套筒内设置有多层栅网结构，多层栅网结构最下层的收集极板为单个圆形金属极板。轮流对该离子漂移计的各象限进行电位配置，测量并记录收集极板的电流大小的变化情况，通过计算可以得出相应的离子参数，进而实现对电离层等离子体的诊断。

本发明采取的技术方案是：

一种离子漂移计，其中，包括机壳，机壳内设置有内壁套筒，内壁套筒包括多个象限块，内壁套筒内设置有多层栅网结构和收集极板。

其中，所述内壁套筒为空心圆柱型套筒，所述内壁套筒沿周向方向均分为四个象限块。

其中，所述收集极板为一块圆形的金属极板。

其中，所述内壁套筒为金属材质，内壁套筒每相邻的两个象限块之间均相互绝缘，内壁套筒的每个象限块均可以进行电位控制和加载。

其中，多层栅网结构包括竖向间隔排列的上地电位栅网、+2V栅网、-15V栅网、中地电位栅网和下地电位栅网，下地电位栅网下方设置有所述收集极板。

其中，所述上地电位栅网、+2V栅网、-15V栅网和中地电位栅网均匀间隔设置，中地电位栅网和下地电位栅网之间的竖向间隔大于上地电位栅网、+2V栅网、-15V栅网和中地电位栅网之间的间隔。