| 姓名 |
馮佳音(Chia-Yin Feng)
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畢業系所 |
太空科學研究所 |
| 論文名稱 |
小型電離層探測儀實驗室電漿注入測試
(Plasma Injection Test on Compact Ionospheric Probe)
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| 檔案 |
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| 摘要(中) |
小型電離層探測儀（Compact Ionospheric Probe, CIP）是一個多功能合一且具立方級大小的探測儀，用於實地量測電離層電漿參數與特性，可獲得電子溫度、離子溫度、離子密度、離子成分、離子速度等資訊。CIP是福衛五號科學酬載－先進電離層探測儀(Advanced Ionospheric Probe, AIP)的改良與縮小版，減少了重量與體積，能讓CIP有更多機會放在衛星執行科學任務。CIP發展多年至今，硬體部分已經完備，但在讀取資料部份仍有許多錯誤，因此本論文針對CIP的資料讀取韌體部份加以討論與修正錯誤。錯誤的部份如時脈的歸零和同步問題、先進先出（First In First Out, FIFO）演算使用問題、探測器的四個收集板資料讀取問題、PLP和RPT模式下掃描電位對科學資料造成的影響探討與修正。最後將修正後的CIP放入實驗室的太空電漿艙中模擬太空環境，進行電漿注入測試。其結果可確定CIP可提供穩定度高且可信任的資料和量測結果。 |
| 摘要(英) |
The Compact Ionospheric Probe (CIP) is an all-in-one and cube size detector which aims to measure the in-situ plasma characteristic and parameters in ionosphere. Electrical velocity, ion velocity, ion concentration, ion composition and inflow angle can be derived from the measurement data. CIP is an improved and smaller version of the Advanced Ionospheric Probe (AIP). Because of the reduction in size of volume and weight, it is more conductive to placing on different sizes of satellites. After years of hard work, the hardware of CIP is completion. However, there are some problems still contain in the data processing. Therefore, this paper discusses and corrects errors in the software and firmware of CIP data processing. Errors such as clock zeroing and synchronization problems, First-In-First-Out (FIFO) intellectual property core (IP core) using problem in software, the problem of reading data from the four collection boards of the detector, and the impact of sweeping potential on scientific data in PLP and RPT modes. Finally, the corrected CIP was put into the space plasma chamber of the laboratory to simulate the space environment, and the plasma injection test was performed. As a result, it can be determined that CIP is highly stable and reliable data. |
| 關鍵字(中) |
★ 小型電離層探測儀
★ 電漿注入測試 |
關鍵字(英) |
★ CIP |
| 論文目次 |
中文摘要 I
英文摘要 II
目錄 III
圖目錄 V
表目錄 VII
1. CIP介紹 1
1.1. CIP簡介 1
1.2. CIP功能與量測模式介紹 7
1.2.1. 平面電漿探針(Planer Langmuir Probe, PLP) 7
1.2.2. 阻滯電位分析儀(Retarding Potential Analyzer, RPA) 7
1.2.3. 離子流向儀 (Ion Drift Meter, IDM) 8
1.2.4. 離子捕獲儀 (Ion Trap, IT) 8
1.2.5. 輪循模式 8
1.3. CIP操作模式與封包 9
1.3.1. 安全模式 9
1.3.2. 常態模式 11
1.3.3. 快速模式 12
1.4. 每秒脈衝訊號 13
2. CIP測試設備與架設 14
2.1. CIP測試設備 14
2.2. CIP裝置連接 18
3. CIP除錯驗證與韌體優化 20
3.1. 時脈不同步 20
3.2. 先進先出緩衝器 22
3.3. IDM和RPA四收集板資料錯動 24
3.4. PLP雜訊辨認 26
4. 電漿注入量測結果 30
4.1. IDM 30
4.2. RPT/RPA 33
4.3. PLP 36
4.4. IT 37
5. 結論與未來展望 39
參考文獻 40
附錄一、縮寫表 41
附錄二、CIP指令狀態表 42
附錄三、CIP指令集 43 |
| 參考文獻 |
[1] 林再文: <先進電離層探測儀>，博士論文，國立中央大學，民國105年11月。
[2] 高珮庭: <小型電離層探測儀數位控制單元>，碩士論文，國立中央大學，民國106年7月。
[3] 林宗琪: <小型電離層探測儀類比前端處理單元>，碩士論文，國立中央大學，民國106年7月。
[4] 鍾絜如: <小型電離層探測儀於電漿模擬艙之量測>，碩士論文，國立中央大學，民國108年6月。
[5] 范振宇:<小型電離層探測儀> ，碩士論文，國立中央大學，民國108年9月。
[6] 趙吉光:<小型電離層探測儀>，<科儀新知>，第227期，110年6月，73-81頁。
[7] 趙吉光:<先進電離層探測儀>，<科儀新知>，第217期，107年12月，16-23頁。
[8] Jr. Whipple, E. C. The equilibrium electric potential of a body in the upper atmosphere and in interplanetary space. PhD thesis, 1965.
[9] Takumi Abe and Koh-ichiro Oyama: An Introduction to Space Instrumentation, K. Oyama and C. Z. Cheng, pp. 63-75. TERRAPUB, 2013.
[10] 茅雅音也:<先進電離層探測儀之機構設計與分析>，碩士論文，國立中央大學，民國102年6月。
[11] 陳冠文:<先進電離層探測儀離子流向推導與校正>，碩士論文，國立中央大學，民國102年6月。 |
| 指導教授 |
趙吉光(Chi-Kuang chao)
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審核日期 |
2021-7-20 |
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