MIT磁层星电场探测仪的传感器和前端信号放大系统研究

摘要

本文介绍了一种利用悬浮电位进行稀薄等离子体电场测量的前端电路信号采集系统方案。该设计将应用于中国科学院空间科学与应用研究中心研制的磁层-电离层-热层耦合小卫星星座探测计划(简称MIT)中的磁层星。由于磁层等离子体稀薄的特点,传感器的等离子体耦合阻抗较高,在电场探测的电流驱动模式下,传感器电势相对于航天器有大动态范围(±100V)。针对该微弱电流驱动下电压测量范围大的问题,本文通过研究磁层等离子体环境特性和空间电场的探测方法,创新的利用悬浮电位处理的解决方案,提出了一种高电压电位采集方法,设计了传感器及其内置低噪声放大电路、髙隔离度直流悬浮电源和精密驱动电流(包括伸杆电流)电路。该电路系统严格控制了电路噪声,并采用了抑制传感器和伸杆表面二次光电子发射的设计方法。经过地面实验,该电路能在大电压范围(±100V)下稳定工作,频带范围宽(150kHz),电场噪声低(6.7uV/m),符合MIT项目需求。实验结果表明,技术指标与国外同类卫星接近。

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注释表

缩略词

第1章 绪论

1.1开展本课题的研究意义

1.2课题研究背景

1.3国内外研究现状分析

1.4主要研究内容和创新点

1.5论文组织结构

1.6本章小结

第2章 电场探测方法和比较

2.1空间电场探测方法

2.2电场测量方法的比较

2.3本章小结

第3章 磁层电流驱动式双探针原理和特性分析

3.1电流驱动式双探测量原理

3.2磁层特性分析

3.3本章小结

第4章 设计和制作

4.1概述

4.2系统指标

4.3传感器电路设计和制作

4.4功率放大电路设计

4.5悬浮电源设计

4.6驱动电流和伸杆驱动电流电路设计

4.7电路制作

4.8屏蔽盒设计和制作

4.9本章小结

第5章 电路仿真分析和实验测试

5.1电路仿真分析和计算

5.2电路实验测试

5.3本章小结

第6章 总结和展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文