Устройство относительной калибровки полусферического электростатического анализатора Советский патент 1985 года по МПК G01T1/36 

V

Изобретение относится к области космическогс приборостроения и предназначено для исследования углового распределения потока плазмы .по скоростям с помощью полусферического электростатического анализатора.

Известные устройства для измерения углового распределения потока плазмы содержат в качестве устройства, селектирунщего потоки заряженньЕС частиц по углам и энергии, полусферические конденсаторы, на пластины которьпг подается ступенчатое парафазное напряжение, определяющее энергию пропускаемой системой заряженных частиц, при этом направление прихода заряженных чайтиц определяется положением датчика. Однако используемые в качестве детекторов заряженных частиц вторичные электронные умножители (ВЭУ) или отдельные зоны мшсроканальных пластин (МКП), регистрирующие потоки, приходящие с разных направлений в определенном энергетическом интервале во время длительного полета очень сильно меняют свою чувствительность что приводит к ошибкам при изучении углового распределения потоков плазмы по скоростям,

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для изучения углового распределения потоков плазмы по скоростям и относительной калибровки четвертьсферического электростатического анализатора, содержащее блок управления, четвертьсферический электростатический анализатор, состоящий из расположенных последовательно четвертьсферического конденсатора и набора вторичных электронных умножителей, последовательно соединенных с соответствующими усилителями-формирователями импульсов, счетчиками и телеметрической системой, источник ступенчатого напряжения j вход которого соединен с блоком управления, выход соединен с телеметрической системой и с пластинами четвертьсферического конденсатора, четвертьсферическое калибровочное устройство с металлической сеткой, сопряженное геометрически с входным окном четвертьсферического электростатического анализатора, плоский запирающий коллиматор, сопрженный геометрически с сеткой

5780

четвертьсферического калибровочного устройства, калибровочный источник ступенчатого напряже-ния, вход которого соединен с блоS ком управления, а выход соединен с телеметрической системой и пластинами четвертьсферического калибровочного устройства, и источник запирающего напряжения, вход которого соединен с блоком управления, а выход соединен с телеметрической системой и пластинами плоского запирающего коллиматора.

Однако, во-первых, известное устройство позволяет производить относительную калибровку только четвертьсферического электростатического анализатора, т.е. измерять относи- , тельную чувствительность каждого измерительного кешала (датчик, усилитель-формирователь импульсов, счетчик и телеметрическая система) только для случая, когда датчики разнесены по длине зазора четвертьсфери25 ческого конденсатора, таким образом можно калибровать только датчики типа вторичных электронных умножителей, но не микроканальных пластин. Во-вторых, известное устройство

30 имеет низкую чувствительность к заряженным частицам из-за того, что измерения проводятся через металлическую сетку, стоящую.под косым углом к потоку частиц, кроме того, потоки частиц, приходящие с разных направлений, испытывают разное ослабление при прохождении сетки и это осложняет обработку результатов измерений.

40 В третьих, известное устройство достаточно чувствительно к солнечному ультрафиолетовому излучению из-за малого пробега фотонов излучения между пластинами от входа до датчи4S ков анализатора. По этой причине, в частности, чаще используют для изучения космической плазмы полусферические анализаторы, а не четвертьсферические.

50 Целью изобретения является повышение надежности и точности измерения углового распределения потока плазмы по скоростям.

Цель достигается тем, что в устройство относительной калибровки полусферического электростатического анализатора, содержащее блок управления, полусферический электростатический анализатор, состоящий из расположенных последовательно первого четвертьсферического конденсатора с металлическо сеткой, второго четвертьсферического конденсатора, геометрически сопряженного с первым конденсатором, набора датчиков, последовательно соединенных с соответстйующими усилителями-формирователями импульсов, счетчиками и телеметрической системой, два источника ступенчатого Напряжения, входы которых соединены с блоком управления, а выходы с соответствующими четвертьсферическим конденсатором и телеметрической системой, источник запирающего напряжения, вход которого соединен с блоком управления, а выход соединен с телеметрической системой дополнительно введен цилиндрический запирающий коллиматор, геометрически сопряженньй с металлической сеткой первого четвертьсферического конденсатора и подключенный к выходу источника запирающего напряжения, при этом входная апертура полусферического электростатического анализатора располагается на входе первого четвертьсферического конденсатора, а все датчики помещены в гео- метрическом фокусе этого входа.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Она содержит блок управления 1 , первый четвертьсферический конденсатор 2 с металлической сеткой 3, второй четвертьсферический конденсатор 4, датчик 5, усилитель-формирователь импульсов 6, счетчик 7, телеметрическую систему 8, источники ступенчатдго напряжения 9 и 10, цилиндрический запирающий коллиматор 11, источник запирающего напряжения 12.

Блок управления 1 представляет собой релейно-усилительную схему обычного типа, которая осуществляет по приходящим управляющим сигналам переключение питания источников напряжения .

Первый четвертьсферический конденсатор 2 представляет собой конденсатор, пластинами которого являются четверти концентрических сфер, причем часть наружной сферы около заднего среза изготавливается из металлической сетки 3, прозрачной для заряженных частиц и не изменяющей лектричегкое поло конденсатора.

Второй четвертьсфер гческий конденсатор 4 представляет собой то же что и первый конденсатор, только без металлической сетки.

Датчик 5 представляет собой набор каналовых электронных умножителей типа ВЭУ или микроканальную пластину типа ВЭУ-7. Усилитель-формирователь импульсоп 6 - усилитель импульсов обычного типа, предназначенный для формирования импульсов напряжения заданной амплитуды(. ) при усилении слабых .импульсов тока (-/Ю А ) с выхода датчика. Счетчик 7 обычного типа, предназначенный для счета числа импульсов напряжения в диапазоне частот от 1 до 10 импульсов в секунду. Телеметрическая система.8 стандартного типа с аналоговым входом (6т О до - 5В ).

Источники ступенчатого напряжения 9 и 10 представляют собой быстродействующие высоковольтные генераторы обычного типа, предназначенные для работы на емкостную нагрузку 300 пф и вырабатывающие напряжения, изменяющиеся по последовательным ступеням.

Цилиндрический запирающий коллиматор 11 представляет собой конденсатор, пластины которого представляют собой части концентрических цилиндров, получаемых, если круговые цилиндры обрезать плоскостями по оси симметрии и перпендикулярно этой оси и с противоположного конца обрезать по линии пересечения цилиндров со сферой радиуса внешней пластины первого четвертьсферического конденсатора.

Источник запирающего напряжения 12 представляет собой генератор прят моутольных напряжений (от О до 100В ) обычного типа.

Предлагаемое устройство позволяет проводить измерения так, что в режиме Калибровка все датчики (вторичные электронные умножители или отдельные зоны микроканальных пластин регистрируют одновременно в разных точках энергетического диапазона один и тот же поток заряженных частиц, при этом в качестве источника калибровочного сигнала используется реально существующий в космическом пространстве поток заряженных частиц

5

Соностаг лоние показаний всех датчиков, полученных в одинаковых условиях, позволяет определить относительную чувствительность датчиков. В режиме Измерение устройство беспрепятственно (т.е. без ослабления сеткой потока заряженных частиц ) осуществляет измерения потоков частиц, приходящих с разных направлений, при этом определенная в режиме Калибровка относительная чувствительность датчиков позволяет сравнивать эти потоки между собой, изучать угловое распределение потоков плазмы.

Устройство работает следующим образом.

В режиме Измерение по команде блока управления 1 оба источника ступенчатого напряжения 9 и 10 подают синхронно на соответствующие пластины обоих четвертьсферических конденсаторов 2 и 4 последовательность парафазных напряжений, величина которых определяет энергию заряженных частиц, регистрируемых датчиками 5, при этом источник запирающего напряжения I2 подает запирающее напряжение на пластины цилиндрического запирающего коллиматора 11, не позволяя тем самым заряженным частицам достигать со стороны цилиндрического запирающего коллиматора 1I металлической сетки 3 первого четвертьсферического анализатора 2. В этом случае датчики 5 регистрируют потоки плазмы, приходящие одновременно с разных направлений, определяемых положением датчика относительно входной апертуры прибора.

В режиме Калибровка по команде блока управления первьй источник ступенчатого напряжения 9 подает нулевое Напряжение на пластины первого четвертьсферического конденсатора 2, а источник запирающего напряжения 12 подает нулевое напряжение на цилиндрический запирающий коллиматор 11. В этом случае заряженные частицы не могут пройти через входную апертуру, как в режиме Измерение, а идут с одного направления между пластинами цилиндрического запирающего коллиматора 11, через металлическую сетку 3 на вход второго четвертьсферического конденсатора 4, где селектируются по энергии, и затем регистрируются датчиками 5,

06

15 обоих режимах работы устршЧсгва информации от блока управления 1 , источников ступенчатого напряжения 9 и 10 и источника запирающего напряжения 2 поступает в телеметрическую систему 8. Сигналы от датчиков 5 поступают в соответствующие усилители-формирователи импульсов 6, импульсы который считываются счетчиками 7, и величины отсчетов также передаются в телеметрическую систему 8. Таким образом, устройство позволяет определить относительную чувствительность всех измерительных

каналов, включающих датчик 5, усилитель-формирователь импульсов 6, счетчик 7 и телеметрическую систему 8, при регистрации потоков плазмы разной энергии.

Напряжение на пластинах цилиндрического запирающего коллиматора 1 1 в режиме Измерение должно быть не менее УЗ.К (cJ/L )и„ , где с/ и Lрасстояние между пластинами и. длина

пластин (по образующей цилиндраj запирающего коллиматора соответственно; Up, верхняя граница диапазона энергии потока плазмы (в электроновольтах ), регистрируемой полусферическим электростатическим анализатором. При обычно применяемых геометрических размерах устройства U .к составляет несколько десятков вольт. С целью упрощения конструкции и

электрической схемы настоящего устройства вместо двух источников ступенчатого напряжения 9 и 10 и источника запирающего напряжения 12 можно использовать лишь один источник

ступенчатого напряжения (например, источник 10, соединенный с вторым

четвертьсферическим конденсатором 4), I

в этом случае необходимо ввести управляемый блоком управления 1 двухпозиционный переключатель, который в режиме Измерение одновременно подключает ступенчатое напряжение от источника ступенчатого напряжения 4 к первому четвертьсферическому

конденсатору 2 с сеткой 3 и к цилиндрическому запирающему конденсатору 11, а в режиме Калибровка одновременно отключается напряжение от первого четвертьсферического конденсатора 2 и от цилиндрического запирающего конденсатора 11.

Изобретение позтоляет, во-первых, проводить относительную калибровку

УСТРОЙСТВО ОТНОСИТЕЛЬНОЙ КАЖБРОВКИ ПОЛУСФЕРИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО АНАЛИЗАТОРА, содержащее блок управления, полусферический электростатический анализатор, состоящий из расположенных последовательно первого четвертьсферического конденсатора с металлической сеткой, второго четвертьсферического конденсатора, геометрически сопряженного с первым, набора датчиков, последовательно соединенных с соответствую:щими усилителями-формирователями импульсов, счетчиками я телеметрической системой, два источника ступенчатого напряжения, входы которых соединены с блоком управления, а выходы соединены с п:|астинами соответствующих четвертьсферических конденсаторов и телеметрической системой, источник запирающего напряжения, вход которого соединен с блоком управления, а выход соединен с телеметрической системой, о т л .и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьипения надежности и точности измерения углового распределения потока плазмы по скоростям, в него введен цилиидрический запирающий коллиматор, геометрически сопряженный с металлической сеткой первого четвертьсфери(Л ческого конденсатора и подсоедииенный к выходу источника апирающего напряжения, при зтом входная апертура полусферического электростатичес.кого анализатора располагается на входе первого четвертьсферического конденсатора, а все датчики помещены в геометрическом фокусе этого входа. 4 сл 00