Measurement Techniques in Space Plasmas:Particles

Title Page
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Copyright
......Page 4
Contents
......Page 5
Preface
......Page 8
Reviewers......Page 9
1. INTRODUCTION......Page 10
2. A SURVEY OF MEASUREMENT TECHNIQUES......Page 11
3. INSTRUMENT DESIGN PRINCIPLES......Page 17
4. TRADEOFFS......Page 18
5. RECENT ADVANCES......Page 19
New Technologies......Page 20
REFERENCES......Page 21
2.1. How Measurements are Made......Page 26
2.2. How Instruments are Developed......Page 27
3. NEEDS FOR ACCURACY......Page 28
4. CURRENT PROBLEMS......Page 29
5.2. Support......Page 30
REFERENCES......Page 31
INTRODUCTION......Page 32
OVERVIEW OF THE METHOD......Page 33
The Ne Measurements......Page 34
The N i Measurements......Page 35
Internal Consistency Checks......Page 36
Boom and Sensor......Page 38
Probe Contamination......Page 39
Magnetically Induced Potentials......Page 40
The Electronics......Page 41
SUMMARY AND CONCLUSIONS......Page 42
REFERENCES......Page 43
2. LANGMUIR PROBES......Page 45
3. MESO-THERMAL PLASMA......Page 46
4. FINITE DEBYE LENGTH......Page 47
5. CONCLUSION......Page 48
REFERENCES......Page 49
Principles of Thermal Plasma Probes......Page 50
Heritage......Page 51
Principle of Method......Page 52
EXAMPLES OF FLIGHT DATA......Page 53
SUMMARY AND CONCLUSIONS......Page 54
REFERENCES......Page 55
INTRODUCTION......Page 56
Photoelectron Current......Page 57
RELATIONSHIP OF A V AND ne......Page 58
DISCUSSION......Page 60
REFERENCES......Page 61
INTRODUCTION......Page 62
THEORY......Page 63
THE FAST TEMPERATURE PROBE FTP......Page 64
THE SPACE PHYSICS SIMULATION CHAMBER SPSC TESTS OF THE FTP......Page 65
REFERENCES......Page 67
INTRODUCTION......Page 68
PLANAR RETARDING POTENTIAL ANALYZER......Page 69
PLANAR ION DRIFT METER......Page 72
COMPARISON OF ELECTRIC FIELD AND ION DRIFT MEASUREMENTS......Page 75
INSTRUMENT ACCOMMODATIONS......Page 76
REFERENCES......Page 78
IONOSPHERIC IRREGULARITIES IN HF MODIFICATIONS......Page 79
HIGH FREQUENCY CAVITON DOUBLE PROBES......Page 80
DOWNCONVERTER......Page 81
SUMMARY AND CONCLUSIONS......Page 82
REFERENCES......Page 83
INTRODUCTION......Page 84
THEORETICAL BACKGROUND......Page 85
TECHNICAL APPROACH......Page 86
TEST CASE STUDY......Page 87
OBSERVATION ILLUSTRATION......Page 88
REFERENCES......Page 89
INTRODUCTION......Page 90
COMPARISONS OF MEASUREMENTS USING DIFFERENT INSTRUMENTS......Page 92
RESULTS......Page 93
DISCUSSION......Page 94
REFERENCES......Page 95
1. INTRODUCTION......Page 96
2.1 Charged Particle Focusing Section......Page 97
3. MODIFIED LANGMUIR ANALYSIS......Page 99
4. DISCUSSION AND SUMMARY......Page 100
REFERENCES......Page 101
SCIENCE OBJECTIVES......Page 102
DESIGN SOLUTION......Page 103
COMPARISON OF SIMULATIONS WITH CALIBRATION......Page 104
DIFFICULTIES......Page 106
REFERENCES......Page 107
INTRODUCTION......Page 109
Hot Tails......Page 110
Ring Beams......Page 111
Channel Gating......Page 112
Retarding Potential Analyzers......Page 113
Electrostatic Mirrors......Page 114
Imaging Energy Spectragraphs......Page 115
Radio Frequency......Page 116
Magnetic Deflection......Page 117
Time Of Flight......Page 118
Plasma Source Neutralization......Page 121
Measurement Artifacts......Page 122
Fluid Moments......Page 123
Structures, Bursts, and Aliasing......Page 124
REFERENCES......Page 125
INTRODUCTION......Page 128
ANALYTIC DERIVATION......Page 129
SIMULATIONS AND MEASUREMENTS......Page 130
DETECTION METHODS......Page 135
MARS OBSERVER, GLOBAL SURVEYOR, LUNAR PROSPECTOR......Page 138
WIND 3-D PLASMA INSTRUMENTS......Page 139
FAST PLASMA INSTRUMENTS......Page 140
REFERENCES......Page 142
2.O HISTORY......Page 144
3.1 AE-E TOF......Page 145
3.2 SEE-TOF......Page 146
4.3 POSITION-SENSITIVEPULSED TOF......Page 150
REFERENCES......Page 154
2. HISTORICAL OVERVIEW......Page 159
3. DESIGN CRITERIA AND FUNDAMENTAL LIMITATIONS......Page 161
4.3 Detector Technologies......Page 162
4.5 Fabrication Technologies:  Electroplated E SA Plates......Page 163
5. MINIATURE PLASMA ENERGY SPECTROMETERS......Page 164
6. MINIATURIZATION OF ION MASS SPECTROMETERS......Page 167
REFERENCES......Page 168
BACKGROUND......Page 170
Response Calculations......Page 171
MEASUREMENTS......Page 174
REFERENCES......Page 175
2. INSTRUMENT DESCRIPTION......Page 176
2.3. Mass Analyzer......Page 177
4. PREFLIGHT TESTING AND CALIBRATION......Page 178
6. FLIGHT RESULTS SUMMARY......Page 180
REFERENCES......Page 181
2. FREJA & THE F6/7 EXPERIMENT......Page 182
2.2 The F6/F7 Data System Design and Operations......Page 183
3. SYSTEM ADVANTAGES AND PROBLEMS......Page 184
3.2 Compression Efficiency and Data Loss......Page 185
REFERENCES......Page 187
1. INTRODUCTION......Page 188
2. IMS DESIGN AND CONSTRUCTION......Page 190
3. DISCUSSION......Page 191
REFERENCES......Page 193
1. INTRODUCTION......Page 195
2. CONCENTRATOR DESIGN......Page 196
3. SIMULATIONS AND PROTOTYPE TESTING......Page 197
REFERENCES......Page 200
INTRODUCTION......Page 201
sensor......Page 202
Spurious Signal Reduction......Page 203
LABORATORY TESTING......Page 204
REFERENCES......Page 206
1. SENSOR DESCRIPTION......Page 208
2. TESTING......Page 211
REFERENCES......Page 213
1. INTRODUCTION......Page 214
2. INSTRUMENT CONCEPT......Page 215
3. INSTRUMENT DESCRIPTION......Page 216
4. MODES OF OPERATION......Page 218
REFERENCES......Page 219
1. INTRODUCTION......Page 220
2. TRIPLET INSTRUMENT......Page 222
3. FONEMA INSTRUMENT......Page 224
4. CONCLUSIONS......Page 226
REFERENCES......Page 227
1. INTRODUCTION......Page 228
2. THE V-TYPE ISOCHRONOUS MASS SPECTROMETER......Page 229
3. CYLINDRICALLY SYMMETRIC TIME-OF-FLIGHT INSTRUMENT......Page 231
4. EXPERIMENTAL RESULTS......Page 232
5. CONCLUSIONS......Page 233
REFERENCES......Page 234
2. SYSTEM DESIGN......Page 235
3.1. Ion Mass Spectrometer......Page 237
3.3. Ion Beam Spectrometer......Page 238
4. DATA PROCESSING UNIT......Page 239
REFERENCES......Page 240
INTRODUCTION......Page 241
INSTRUMENT DESCRIPTION......Page 242
TEST AND CALIBRATION RESULTS......Page 244
MODULAR CONCEPT......Page 245
REFERENCES......Page 246
INTRODUCTION......Page 247
OVERVIEW OF COMPUTER CODES......Page 248
DESIGN OF THE CLUSTER CIS-1......Page 249
REFERENCES......Page 252
2. ANALYSER......Page 254
3. PRINCIPLE OF OPERATION......Page 255
5. MECHANICAL DESIGN......Page 256
7. TESTING......Page 257
REFERENCES......Page 259
OBJECTIVES......Page 260
Second application: t o analyze the effects of fabrication tolerances.......Page 261
RESULTS OF THE DESIGN OPTIMIZATION SIMULATION......Page 262
THE EFFECT OF FABRICATION TOLERANCES......Page 263
REFERENCES......Page 264
1. INTRODUCTION......Page 265
2.1 Optical Baffles......Page 266
3.1 Top Hat Baffles......Page 267
4.2 Discussion of Results......Page 268
5. CONCLUSIONS......Page 269
6. REFERENCES......Page 270
1. OBJECTIVES......Page 271
2. DESIGN......Page 272
3. MOMENTS SUMMATIONS......Page 273
5. 2D AND 3D DISTRIBUTIONS......Page 274
7. PERFORMANCE......Page 275
8. CONCLUSION......Page 276
THE MARS96 MISSION......Page 277
DESCRIPTION OF INSTRUMENT......Page 278
MAGNETIC DEFLECTION REGION......Page 279
INSTRUMENT SPECIFICATION SHEET......Page 280
REFERENCES......Page 281
ION SENSOR DESIGN......Page 282
SIMULATION RESULTS......Page 283
FLIGHT RESULTS......Page 284
REFERENCES......Page 288
2-D IMAGING DETECTORS......Page 289
WEDGE-AND-STRIP ANODES......Page 290
THE TIMAS INSTRUMENT ON POLAR......Page 291
THE MARS 96 FONEMA INSTRUMENT......Page 293
REFERENCES......Page 294
1. INTRODUCTION......Page 295
2. DESCRIPTION......Page 296
2.2. Electron Production and Acceleration......Page 297
3.2. Beam Current Uniformity and Density......Page 298
REFERENCES......Page 300
1. INTRODUCTION......Page 301
2. INSTRUMENT RESPONSE......Page 302
3. PLASMA PARAMETER MEASUREMENTS......Page 304
4. SUMMAY AND DISCUSSIONS......Page 305
REFERENCES......Page 306
OPTIMIZATION......Page 307
DISCUSSION......Page 311
REFERENCES......Page 312
1. INTRODUCTION......Page 313
2.1 Statistical Methods: [K uz'mina, 1974; Gough, 1980]......Page 314
2.2 Phase Cotrelator [Gough, 1986; E rgun, 1991]......Page 315
2.3 Indirect Fourier Transform Methods: Autocorrelation[Gough, 1984]; Crossc orrelation [Gough, 1986]......Page 316
3. CONCLUSIONS......Page 317
REFERENCES......Page 318
INTRODUCTION......Page 319
WAVE-PARTICLE CORRELATION TECHNIQUE......Page 320
WAVE-PARTICLE CORRELATOR DESIGN......Page 321
DUTY CYCLE CORRECTIONS......Page 322
STATISTICAL UNCERTAINTIES......Page 323
DISCUSSION......Page 324
REFERENCES......Page 325
1. THE PARTICLE CORRELATOR TECHNIQUE......Page 326
3. SPREE ON STS-46: THE INSTRUMENT......Page 329
3.2 10kHz ACF RESULTS......Page 330
REFERENCES......Page 331
INTRODUCTION......Page 332
INTERACTIONS OF ELECTRONS WITH MATTER......Page 333
BEHAVIOR OF ELECTRONS INCIDENT ON SURFACES......Page 334
ELECTRON SPECTROMETER DESIGN......Page 336
ELECTRON COLL1MATION......Page 337
TRANSMISSION DETECTORS......Page 338
Repelling Potential Analyzers......Page 339
Cerenkov Radiators......Page 340
Magnetic Focusing Spectrometers......Page 341
Shielded Detectors......Page 342
SHIELDING AND BACKGROUND RESPONSE......Page 343
Solid-State Detector Spectrometer......Page 344
Magnetic-Focusing Analyzer, Electromagnetic......Page 345
Permanent  Magnet Electron Spectrometer......Page 346
What Works and What Doesn't when Measuring Eenergetic Electrons......Page 347
REFERENCES......Page 348