一種月塵測量儀太陽能電池探頭標定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種月塵測量儀太陽能電池探頭標定方法。使用本發(fā)明能夠在地面上對太陽能電池探頭進行標定，方法簡單、可靠，可以為月塵測量儀在軌測試提供的基礎(chǔ)。本發(fā)明利用太陽能電池片遮光效應(yīng)原理，通過建立地面標定裝置，模擬太陽光照射及太陽能電池片上的月塵沉積，測量太陽能電池探頭短路電流與沉積月塵量的關(guān)系，測試不同太陽光入射角的影響，對太陽能電池探頭進行標定。利用這個標定結(jié)果，月塵測量儀可以根據(jù)測試時的太陽光入射角以及太陽能電池探頭的短路電流，計算出沉積的月塵量。本發(fā)明采用的地面標定裝置結(jié)構(gòu)簡單，測試精度更高。
【專利說明】-種月塵測量儀太陽能電池探頭標定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及空間有效載荷標定【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種月塵測量儀太陽能電池探 頭標定方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 月塵測量儀是探月二期工程CE-3著陸器上的工程參數(shù)測量設(shè)備，現(xiàn)已發(fā)射到月 球表面，正在在軌工作。月塵測量儀包括兩個探頭，一個太陽能電池探頭，一個是SQCM探 頭。SQCM探頭主要測量月表長期月塵累積特的月塵量，監(jiān)測月塵累積質(zhì)量的變化；太陽能 電池探頭主要測量著陸器著陸月表時飛濺的月塵量。利用太陽能電池探頭測量陸器著陸月 表時飛濺的月塵量，在國內(nèi)上尚屬首次，國際上，阿波羅登月中使用過，但是沒有見到相關(guān) 的標定方法的報告，所以在月塵測量儀太陽能電池探頭的標定中沒有現(xiàn)成方法可以借鑒。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種月塵測量儀太陽能電池探頭標定方法，能夠在地面 上對太陽能電池探頭進行標定，方法簡單、可靠，從而為月塵測量儀在軌測試提供的基礎(chǔ)。
[0004] 本發(fā)明的月塵測量儀太陽能電池探頭標定方法，包括如下步驟：
[0005] 步驟1，構(gòu)建地面標定裝置；
[0006] 標定裝置包括全反射鏡面（1)、模擬太陽光源（2)、太陽能電池探頭（3)、負載電阻 (4)、電壓表（5)、樣品臺（6)和樣品臺角度刻度盤（7);其中，樣品臺（6)和樣品臺角度刻度 盤（7)安裝在支架上，樣品臺（6)能夠轉(zhuǎn)動，樣品臺（6)與水平線的夾角由樣品臺角度刻度 盤（7)測量獲得；太陽能電池探頭（3)安裝在樣品臺（6)上，全反射鏡面（1)將模擬太陽光 源⑵的光反射到太陽能電池探頭⑶上；太陽能電池探頭⑶與負載電阻⑷連接，所述 負載電阻（4)為精密電阻，電壓表（5)安裝負載電阻（4)上；
[0007] 步驟2,模擬太陽光強度；
[0008] 將1片標準三結(jié)砷化鎵太陽能電池片平放在樣品臺上，其中，標準三結(jié)砷化鎵太 陽能電池片與待測定的太陽能電池探頭尺寸規(guī)格相同；打開模擬太陽光源預(yù)熱，預(yù)熱一段 時間后，調(diào)整樣品臺與水平線的夾角為〇,調(diào)整模擬太陽光源、全反射鏡面與標準三結(jié)砷化 鎵太陽能電池片之間的位置，直至在標準三結(jié)砷化鎵太陽能電池片上得到光強為1個太陽 常數(shù)的垂直入射光，用于模擬太陽光入射角Θ =0°時的情況；
[0009] 步驟3,將標準三結(jié)砷化鎵太陽能電池片更換為待測定的太陽能電池探頭；
[0010] 步驟4,測量無模擬月塵質(zhì)量時的太陽能電池探頭短路電流；依次將撒有不同質(zhì) 量模擬月塵的玻璃蓋片覆蓋于待測定的太陽能電池探頭表面，分別測量不同模擬月塵質(zhì)量 下的太陽能電池探頭短路電流；所述玻璃蓋片尺寸與待測定的太陽能電池探頭尺寸相同； [0011] 步驟5,根據(jù)步驟4中測試的數(shù)據(jù)，計算太陽能電池探頭短路電流相比于模擬月塵 質(zhì)量為〇時的電流改變量，獲得模擬月塵質(zhì)量與太陽能電池探頭短路電流的對應(yīng)關(guān)系；提 取電流改變量的最小值和最大值，其對應(yīng)的模擬月塵質(zhì)量即為太陽光入射角Θ =0°時太 陽能電池探頭量程的最小值和最大值；量程的最小值即為太陽能電池探頭的最小分辨率。
[0012] 進一步地，改變樣品臺與水平面的角度Θ，重復(fù)步驟4,得到不同太陽光入射角Θ 下模擬月塵累積質(zhì)量與太陽能電池短路電流的對應(yīng)關(guān)系。
[0013] 有益效果：
[0014] (1)本發(fā)明的地面標定裝置，結(jié)構(gòu)簡單，能夠有效對月塵測量儀太陽能電池探頭進 行標定。
[0015] (2)本發(fā)明以測量短路電壓的方式間接獲得太陽能電池探頭的短路電流，相比于 直接采用電流表測量短路電流的方法，由于電流表自身的電阻會影響其測量精度，因此，本 發(fā)明方法精度更高。
[0016] (3)考慮到太陽光強度、角度會影響太陽能電池探頭的短路電流，而在探測器在實 際工作時，其受到的太陽光光強為1個太陽光常數(shù)，因此，在進行標定時，本發(fā)明首先采用 標準三結(jié)砷化鎵太陽能電池片獲得光強為1個太陽常數(shù)的垂直入射光，避免太陽光強度對 太陽能電池探頭短路電流的影響。
[0017] (4)采用太陽能電池探頭表面覆蓋撒有模擬月塵的玻璃蓋片的形式模擬太陽能電 池探頭的遮光效應(yīng)，通過替換玻璃蓋片，能夠很方便地獲得不同月塵量下太陽能電池探頭 的短路電流。
[0018] (5)通過調(diào)整樣品臺與水平面的角度，可以很方便地獲得不同太陽光入射角下的 月塵量與太陽能電池探頭短路電流之間的關(guān)系。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1為月塵測量儀太陽能電池探頭標定方法中地面模擬月塵累積質(zhì)量試驗設(shè)備 圖。
[0020] 圖2為垂直入射角下月塵沉積量與太陽電池短路電流關(guān)系曲線。
[0021] 圖3為一定月塵累積量下模擬太陽光入射角度與短路電流關(guān)系。
[0022] 其中，1-全反射鏡面，2-模擬太陽光源，3-太陽能電池探頭，4-負載電阻，5-電壓 表，6-樣品臺，7-樣品臺角度刻度盤。

【具體實施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。
[0024] 本發(fā)明提供了一種月塵測量儀太陽能電池探頭標定方法，利用太陽能電池片遮光 效應(yīng)原理，即太陽能電池片短路電流與入射光之間存在對應(yīng)關(guān)系，當(dāng)太陽能電池片上存在 灰塵時，會遮擋入射光，影響短路電流，短路電流與太陽能電池片上沉積的灰塵量成正比關(guān) 系，故而通過建立地面標定裝置，模擬太陽光照射及太陽能電池片上的月塵沉積，測量太陽 能電池探頭短路電流與沉積月塵量的關(guān)系，測試不同太陽光入射角的影響，對太陽能電池 探頭進行標定。利用這個標定結(jié)果，月塵測量儀可以根據(jù)測試時的太陽光入射角以及太陽 能電池探頭的短路電流，計算出沉積的月塵量。
[0025] 本發(fā)明采用如圖1所示的標定裝置實現(xiàn)對太陽能電池探頭的標定，標定裝置包括 全反射鏡面1，模擬太陽光源2,太陽能電池探頭3,負載電阻4,電壓表5,樣品臺6、樣品臺 角度刻度盤7和玻璃蓋片，其中，樣品臺6和樣品臺角度刻度盤7安裝在支架上，樣品臺6可 進行轉(zhuǎn)動，模擬太陽光入射角度的變化，樣品臺6與水平線的夾角可由樣品臺角度刻度盤7 測量獲得；太陽能電池探頭放置在樣品臺上，玻璃蓋片覆蓋在太陽能電池探頭3上；太陽能 電池探頭3安裝在樣品臺6上，全反射鏡面1將模擬太陽光源2的光反射到太陽能電池探 頭3上，太陽能電池探頭3外接一個負載電阻4,所述負載電阻為精密電阻，20 Ω，通過電壓 表5測量負載電阻4的電壓，計算獲得太陽能電池探頭3的短路電流I。
[0026] 具體標定方法如下：
[0027] 步驟1，模擬太陽光強度。
[0028] 將1片標準三結(jié)砷化鎵太陽能電池片平放在樣品臺上，其中，標準三結(jié)砷化鎵太 陽能電池片與待測定的太陽能電池探頭尺寸規(guī)格相同，打開模擬太陽光源預(yù)熱1小時后 (使得設(shè)備穩(wěn)定），調(diào)整樣品臺與水平線的夾角為〇,調(diào)整模擬太陽光源、全反射鏡面與標 準三結(jié)砷化鎵太陽能電池片之間的位置，直至在太陽能電池探頭上得到光強為1個太陽常 數(shù)，即光強為135. 3mW/cm2的垂直入射光，即入射角為0。
[0029] 步驟2,將標準三結(jié)砷化鎵太陽能電池片更換為待測定的太陽能電池探頭。
[0030] 步驟3,考慮到直接將模擬月塵落在太陽能電池探頭上，不方便更改月塵量，同時， 本發(fā)明采用的是遮光效應(yīng)來確定太陽能電池探頭電流變化與太陽能電池片上沉積的灰塵 量之間的關(guān)系，因此，可以采用在太陽能電池探頭上方放置撒有模擬月塵的玻璃蓋片的方 式模擬太陽能電池探頭月塵沉積，通過替換玻璃蓋片實現(xiàn)不同質(zhì)量月塵的沉積。取大于或 等于15片的玻璃蓋片分別稱重，在每片玻璃蓋片上撒上不同質(zhì)量的模擬月塵后再分別稱 重，針對每片玻璃蓋片，用撒有模擬月塵的質(zhì)量減去玻璃蓋片的凈質(zhì)量，得到每片玻璃蓋片 上撒上模擬月塵質(zhì)量m;其中，所述玻璃蓋片與太陽能電池探頭上的太陽能電池片尺寸相 同。
[0031] 步驟3. 1，開啟太陽能電池探頭，測量模擬月塵質(zhì)量為0時的太陽能電池探頭短路 電流。
[0032] 步驟3. 2,取單片覆蓋有模擬月塵的玻璃蓋片蓋于待測定的太陽能電池探頭表面， 記錄電壓表讀數(shù)，根據(jù)負載電阻（精密電阻，20Ω)的電壓計算太陽能電池探頭短路電流 I ;
[0033] 步驟3. 3,更換玻璃蓋片，記錄不同月塵質(zhì)量下太陽能電池探頭的短路電流，根據(jù) 公式?exp(- α ·πι)以及測量的月塵質(zhì)量-短路電流數(shù)據(jù)擬合出垂直入射角（入射角為 〇)下模擬月塵沉積量與太陽能電池探頭短路電流關(guān)系曲線；其中，m為月塵的質(zhì)量，α為指 數(shù)參數(shù)。
[0034] 步驟4,改變樣品臺與水平面的角度Θ，重復(fù)步驟3. 2和3. 3,得到不同太陽光入射 角度Θ下模擬月塵累積質(zhì)量與太陽能電池短路電流的對應(yīng)關(guān)系；作出一定量沉積月塵在 不同太陽入射角下的短路電流的變化曲線。
[0035] 步驟5,根據(jù)步驟3中測試的數(shù)據(jù)，找出在太陽入射角Θ =〇°時，引起短路電流 改變量的最小值和最大值，其對應(yīng)的沉積月塵量即為月塵測量儀太陽能電池探頭的量程的 最小值和最大值。
[0036] 下面給出一個具體的實例進行說明。
[0037] 采用本發(fā)明方法獲得的模擬太陽光不同入射角度下、不同灰塵沉積量所對應(yīng)的太 陽能電池探頭短路電流的測試數(shù)據(jù)如表1所示，標定出垂直入射角下月塵測量儀太陽能電 池探頭短路電流月沉積月塵的對應(yīng)關(guān)系如圖2所示。一定月塵累積量下模擬太陽光入射角 度與短路電流關(guān)系，如圖3所示。
[0038] 由表1可知，太陽光入射角為0時，改變月塵質(zhì)量，短路電流的變化最小值（與月 塵質(zhì)量為〇時的短路電流相比）為0.0043A，對應(yīng)的太陽能電池探頭單位面積上的模擬月塵 累積量為8. 42X l(T5g/Cm2 ;短路電流的變化最大值（與月塵質(zhì)量為0時的短路電流相比） 為0. 1366A，對應(yīng)的太陽能電池探頭單位面積上的模擬月塵累積量為5. 72X l(T3g/Cm2,即太 陽能電池探頭最小分辨率為8. 42X 10_5g/cm2,量程范圍為8. 42X 10_5g/cm2?5. 72X 10_3g/ cm2,能夠滿足月塵測量儀5X l(T4g/Cm2?4X l(T3g/Cm2的要求。
[0039] 表1試驗數(shù)據(jù)

【權(quán)利要求】
1. 一種月塵測量儀太陽能電池探頭標定方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟1，構(gòu)建地面標定裝置； 標定裝置包括全反射鏡面（1)、模擬太陽光源（2)、太陽能電池探頭（3)、負載電阻（4)、 電壓表（5)、樣品臺（6)和樣品臺角度刻度盤（7);其中，樣品臺（6)和樣品臺角度刻度盤 (7)安裝在支架上，樣品臺（6)能夠轉(zhuǎn)動，樣品臺（6)與水平線的夾角由樣品臺角度刻度盤 (7)測量獲得；太陽能電池探頭（3)安裝在樣品臺（6)上，全反射鏡面（1)將模擬太陽光源 ⑵的光反射到太陽能電池探頭⑶上；太陽能電池探頭⑶與負載電阻⑷連接，所述負 載電阻⑷為精密電阻，電壓表（5)安裝負載電阻⑷上； 步驟2,模擬太陽光強度； 將1片標準三結(jié)砷化鎵太陽能電池片平放在樣品臺上，其中，標準三結(jié)砷化鎵太陽能 電池片與待測定的太陽能電池探頭尺寸規(guī)格相同；打開模擬太陽光源預(yù)熱，預(yù)熱一段時間 后，調(diào)整樣品臺與水平線的夾角為0,調(diào)整模擬太陽光源、全反射鏡面與標準三結(jié)砷化鎵太 陽能電池片之間的位置，直至在標準三結(jié)砷化鎵太陽能電池片上得到光強為1個太陽常數(shù) 的垂直入射光，用于模擬太陽光入射角Θ =0°時的情況； 步驟3,將標準三結(jié)砷化鎵太陽能電池片更換為待測定的太陽能電池探頭； 步驟4,測量無模擬月塵質(zhì)量時的太陽能電池探頭短路電流；依次將撒有不同質(zhì)量模 擬月塵的玻璃蓋片覆蓋于待測定的太陽能電池探頭表面，分別測量不同模擬月塵質(zhì)量下的 太陽能電池探頭短路電流；所述玻璃蓋片尺寸與待測定的太陽能電池探頭尺寸相同； 步驟5,根據(jù)步驟4中測試的數(shù)據(jù)，計算太陽能電池探頭短路電流相比于模擬月塵質(zhì)量 為〇時的電流改變量，獲得模擬月塵質(zhì)量與太陽能電池探頭短路電流的對應(yīng)關(guān)系；提取電 流改變量的最小值和最大值，其對應(yīng)的模擬月塵質(zhì)量即為太陽光入射角Θ =0°時太陽能 電池探頭量程的最小值和最大值；量程的最小值即為太陽能電池探頭的最小分辨率。
2. 如權(quán)利要求1所述的月塵測量儀太陽能電池探頭標定方法，其特征在于，改變樣品 臺與水平面的角度Θ，重復(fù)步驟4,得到不同太陽光入射角Θ下模擬月塵累積質(zhì)量與太陽 能電池短路電流的對應(yīng)關(guān)系。
【文檔編號】B64G7/00GK104229162SQ201410453264
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月5日
【發(fā)明者】姚日劍, 王鹢, 楊生勝, 莊建宏, 王錫來, 鄒昕, 陳麗平, 李存惠 申請人:蘭州空間技術(shù)物理研究所