Устройство относительной калибровки полусферического электростатического анализатора

 

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

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

М

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 13.

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3650876/24-25 (22) 13.10.83 (46) 30.11.85. Бюл. У 44 (71) Институт космических исследований АН СССР (72) О.Л.Вайсберг, Ю.И.Ермолаев, С.А.Романов и P.À.Õèìåíåñ (53) 543.422.8(088.8) (54) {57) УСТРОЙСТВО ОТНОСИТЕЛЬНОЙ

КАЛИБРОВКИ 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 и телеметрической системой, два источника сту„.SU„„114578Î A (sory G 0l Т 1/36 пенчатого напряжения, входы которых соединены с блоком управления, а выходы соединены с пластинами 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 повыиения надежности и точности измерения углового распределения потока плаз.мы по скоростям, в него введен цилиндрический запирающий коллиматор, геометрически сопряженный с металлической сеткой первого четвертьсферического конденсатора и подсоединенный к выходу источника запиракщего напряжения, при этом входная апертура полусферического электростатичес:кого анализатора располагается на входе первого четвертьсферического конденсатора, а все датчики помещены в геометрическом фокусе этого входа.

1145780

55

Изобретение относится к области космического приборостроения и пред-, назначено 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,- селектирующего потоки заряженньи частиц по углам н энергии полу сферические конденсаторы, на пластины которых подается ступенчатое парафазное напряжение, определяющее энергию пропускаемой системой заряженнъж частиц, при этом направление прихода заряженных частиц определяется положением датчика. Однако ис" пользуемые в качестве детекторов заряженных частиц вторичные электронные умножители (ВЭУ) или отдельные зоны микроканальных пластин (NKIIj, 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, 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, сопря-женный геометрически с сеткой четвертьсферического калибровочного устройства, калибровочный источник ступенчатого напряжения, вход которого соединен с блоком управления, а выход соединен с телеметрической системой и пластина ми 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 относительную чувствительность каждого измерительного канала (датчик, усилитель-формирователь импульсов, счетчик и телеметрическая система ) только для случая, когда датчики разнесены по длине зазора четвертьсферического конденсатора, таким образом можно калибровать только датчики типа вторичных электронных умножителей, но не микроканальных пластин.

Во-вторых, известное устройство имеет низкую чувствительность к заряженным частицам иэ-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.

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

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 электростати1 14 5780

40 ческий анализатор, состоящий иэ расположенных последовательно первого четвертьсферического конденсатора с металлической сеткой, второго четвертьсферического конденсатора, гео- 5 метрически сопряженного с первым конденсатором, набора датчиков, последовательно соединенных с соответствующими усилителями-формирователями импульсов, счетчиками и телемет- 10 рической системой, два источника ступенчатого напряжения, входы которых соединены с блоком управления, а выходы с соответствующими четвертьсферическим конденсатором и телеметри- 15 ческой системой, источник запирающего напряжения, вход которого соединен с блоком управления, а выход соединен с телеметрической системой, дополнительно введен цилиндрический 20 запирающий коллиматор, геометрически сопряженный с металлической сеткой первого четвертьсферического конденсатора и подключенный к выходу источника запирающего напряжения, 25 при этом входная апертура полусферического электростатического анализатора располагается на входе первого четвертьсферического конденсатора, а все датчики помещены в гео- 30 метрическом фокусе этого входа.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Она содержит блок управления 1, первый четвертьсферический конденса- З5 тор 2 с металлической сеткой 3, второй четвертьсферический конденсатор

4, датчик 5, усилитель-формирователь импульсов 6, счетчик 7, теле- . метрическую систему 8, источники ступенчатого напряжения 9 и 10, цилиндрический запирающий коллиматор

11, источник запирающего напряжения 12.

Блок управления 1 представляет 45 собой релейно-усилительную схему обычного типа, которая осуществляет по приходящим управляющим сигналам переключение питания источников напряжения. 50

Первый четвертьсферический конденсатор 2 представляет собой конденсатор, пластинами которого являются четверти концентрических сфер, причем часть нзружной сферы около 55 заднего среза изготавливается из металлической сетки 3, прозрачной для заряженных частиц и не изменяющей: лектрическое поле внутри к 1пдеисатора.

Второй четвертьсферический KQH денсатор 4 представляет собой то же. что и первый конденсатор, только беэ металлической сетки.

Датчик 5 представляет собой набор каналовых электронных умножителей типа ВЭУ или микроканальную пластину типа ВЭУ-7. Усилитель-формирователь импульсов 6 — усилитель импульсов обычного типа, предназначенный для формирования импульсов напряжения заданной амплитуды(.-5В ) при усилении слабых .импульсов тока (I0 А ) с выхода датчика. Счетчик

-6

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 (от 0 до « 58 ).

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 пря-. моугольных напряжений (от 0 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.

1 45)80

Сопоставление показаний всех датчиков, полученных в одинаковых условиНх позволяет определить относительную чувствительность датчиков. Б 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 "Калибров ка относительная чувствительность датчиков позволяет сравнивать эти по токи между собой, изучать угловое распределение потоков плазмы.

Устройство работает следующим образом.

В режиме "Измерение" по команде блока управления 1 оба источника сту пенчатого 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 12 подает запирающее напряжение на пластины цилиндрического запирающего коллиматора 11, не позволяя тем самым заряженным частицам достигать со стороны цилиндрического запирающего коллиматора 11 металлической сетки 3 первого четвертьсферического анализатора 2. В этом случае датчики 5 регистрируют потоки!

20

30

B режиме "Калибров ка" по команде блока управления 1 первый источник ступенчатого напряжения 9 подает нулевое напряжение на пластины первого четвертьсферического конденсатора 2, а источник запирающего напря-, жения !2 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.

55 плазмы, приходящие одновременно с разных направлений, определяемых положением датчика относительно входной апертуры прибора.

1$ оГ>оих режимах работы устройства информация от блока управления l, источников ступенчатого напряжения

9 и 10 и источника запирающего напряжения 2 поступает в телеметричес— кую систему 8. Сигналы от датчиков

5 поступают в соответствующие усилители †формировате импульсов 6, импульсы которых 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, усили— тель-формирователь импульсов 6, счетчик 7 и телеметрическую систему 8, при регистрации потоков плазмы разной энергии.

Напряжение на пластинах цилиндрического запирающего коллиматора 11 в режиме "Измерение" должно быть не менее U3„=(с1/L ) (.1„, где с! и расстояние между пластинами и. длина пластин (по образующей цилиндра запирающего коллиматора соответственно; U верхняя граница диапазона энергии потока плазмы (в электроновольтах ), регистрируемой полусферическим электростатическим анализатором. При обычно применяемых геометрических размерах устройства U составляет несколько десятков вольт, С целью упрощения конструкции и электрической схемы настоящего уст— ройства 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 позволяет, во-первых, проводить относительную калибровку! 145780 8 раза, так как измерения проводятся беэ наличия в системе, стоящей под косым углом к потоку металлической сетки;

Редактор О.Юркова Техред С.Мигунова Корректор А.Обручар

Заказ 7043/4 Тираж 747 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Ю Ю O Ю Ю

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 измерительных каналов полусферичес. кого электростатического анализатора (в том числе и в случае, когда вместо набора датчиков типа ВЭУ используются отдельные зоны микроканальных пластин ), что повышает надежность и точность измерения углового распределения потока плазмы по скоростям . в 5-10 раз, так как позволяет одно-. значно связать относительную интенсивность потоков, измеряемых в pasных направлениях.

Во-вторых, изобретение позволяет повысить чувствительность устройства к потоку заряженных частиц в 1,5.-2

В-третьих, изобретение позволяет за счет увеличения количества отражений фотонов ультрафиолетового излучения при движении от входа анапиза1Р тора до датчиков понизить в 10-100 раз количество фотонов, достигающих датчиков, это понижает уровень фона устройства в соответственно 10-100 раз, что увеличивает динамический

1 диапазон измерений прибора.