專(zhuān)利名稱(chēng)：高壓太陽(yáng)陣靜電擊穿效應(yīng)地面模擬試驗(yàn)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空間應(yīng)用技術(shù)，具體地說(shuō)是一種高壓太陽(yáng)陣靜電擊穿效應(yīng)地面 模擬試驗(yàn)的方法。
技術(shù)背景隨著對(duì)空間能源系統(tǒng)要求的提高，未來(lái)航天器太陽(yáng)電池陣電源系統(tǒng)將朝著 大功率，高電壓的趨勢(shì)發(fā)展，然而工作電壓的提高增加了太陽(yáng)電池陣與空間帶電環(huán)境的耦合機(jī)會(huì)，出現(xiàn)了由于空間靜電放電(SESD)引起新的失效模式。鑒 于靜電放電(ESD)問(wèn)題對(duì)同步軌道衛(wèi)星產(chǎn)生的異常事件和故障以及造成太陽(yáng)電 池陣輸出功率嚴(yán)重?fù)p失的情況，美國(guó)NASA的JPL、 LaRc和LeRc以及歐空局和 日本研究機(jī)構(gòu)均投入大量人力、物力開(kāi)展針對(duì)高壓太陽(yáng)電池陣損傷規(guī)律及防護(hù) 技術(shù)的研究工作，空間高壓太陽(yáng)陣靜電擊穿效應(yīng)是大功率衛(wèi)星能源系統(tǒng)面臨的 主要問(wèn)題。隨著我國(guó)空間應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，GEO軌道大功率高電壓太陽(yáng)陣 必將被廣泛采用，因此由靜電擊穿事件引起的GEO軌道高壓太陽(yáng)陣功率損失問(wèn) 題將成為我國(guó)空間電源設(shè)計(jì)者必須面對(duì)和解決的新課題。目前，我國(guó)對(duì)大功率 衛(wèi)星高壓太陽(yáng)陣靜電擊穿效應(yīng)的認(rèn)識(shí)還不夠深入，因此缺乏有效的防護(hù)方法和 設(shè)計(jì)手段，大大制約了大功率高壓太陽(yáng)陣在空間等離子體帶電環(huán)境中的廣泛應(yīng) 用。因此從模擬高壓太陽(yáng)陣靜電擊穿效應(yīng)入手，開(kāi)展高壓太陽(yáng)陣樣品靜電擊穿 效應(yīng)地面模擬試驗(yàn)非常必要的，但是模擬試驗(yàn)主要存在著地面不能真實(shí)模擬空 間等離子體帶電環(huán)境以及真實(shí)尺寸空間高壓太陽(yáng)陣，而且高壓太陽(yáng)陣靜電擊穿 效應(yīng)是一種快速、隨機(jī)的過(guò)程，很難選用一個(gè)正確有效的試驗(yàn)方法來(lái)開(kāi)展高壓 太陽(yáng)陣樣品靜電擊穿效應(yīng)地面模擬試驗(yàn)術(shù)研究。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供的一種高壓太陽(yáng)陣靜電擊穿 效應(yīng)地面模擬試驗(yàn)的方法，它根據(jù)高壓太陽(yáng)陣工作原理和空間充電理論以及高 壓太陽(yáng)陣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用電子輻照的方法在實(shí)驗(yàn)室里實(shí)現(xiàn)了靜電擊穿現(xiàn)象 (二次放電現(xiàn)象)，為開(kāi)展高壓太陽(yáng)陣樣品靜電擊穿效應(yīng)的研究提供了一個(gè)地 面模擬的試驗(yàn)平臺(tái)。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是 一種高壓太陽(yáng)陣靜電擊穿效應(yīng)地面模擬試 驗(yàn)的方法，特點(diǎn)包括下列步驟1、 建立模擬試驗(yàn)平臺(tái)在一密閉的空間內(nèi)設(shè)有水平臺(tái)和工作模擬及監(jiān)測(cè) 系統(tǒng)，水平臺(tái)上置有絕緣墊，絕緣墊的上方設(shè)有電位計(jì)，束流測(cè)量探頭設(shè)置在 電位計(jì)上，束流測(cè)量探頭的上方設(shè)有攝像頭、地磁亞暴電子槍、模擬太陽(yáng)光源；2、 將高壓太陽(yáng)陣樣品放置于上述模擬試驗(yàn)平臺(tái)中的絕緣墊上，空間抽真 空，然后開(kāi)啟地磁亞暴電子槍、模擬太陽(yáng)光源、工作模擬及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將空間 模擬成GEO軌道最?lèi)毫拥碾娮迎h(huán)境，由電子束輻照樣品表面，誘發(fā)其表面靜電 放電；3、 由工作模擬及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)高壓太陽(yáng)陣樣品表面充電電位和放電脈沖電流，以及靜電擊穿閾值電壓和擊穿瞬態(tài)脈沖波形。所述空間的真空度《8. 0X10-4pa。所述地磁亞暴電子槍的電子束流能量為0KeV 30KeV可調(diào)，電子束流密度 為0 10. 0nA/cm2可調(diào)。所述工作模擬及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括電源、電流表、攝像頭、束流測(cè)量探頭、電 位計(jì)、脈沖電流探針，電源的正、負(fù)兩極分別接高壓太陽(yáng)陣樣品的正、負(fù)兩極，并在電路回路中串接和設(shè)置了電流表、接地電容、脈沖電流探針。所述攝像頭、束流測(cè)量探頭、電位計(jì)、脈沖電流探針均由數(shù)據(jù)線接監(jiān)視器。所述電源提供高壓太陽(yáng)陣樣品的工作電壓為0 V 200 V可調(diào)，電流為0 A 4.0 A可調(diào)。所述電位計(jì)為非接觸表面電位計(jì)，其電位計(jì)量程為O V ±20000 V。 本發(fā)明采用電子輻照方法，誘導(dǎo)高壓太陽(yáng)陣靜電擊穿現(xiàn)象的發(fā)生，它非常適用于各類(lèi)衛(wèi)星大功率高壓太陽(yáng)陣靜電放電及靜電擊穿效應(yīng)的地面模擬試驗(yàn)，成功地解決了地面模擬試驗(yàn)樣品小而影響試驗(yàn)結(jié)果的問(wèn)題。


附圖為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
參閱附圖，建立模擬試驗(yàn)平臺(tái)在一密閉的空間10內(nèi)設(shè)有水平臺(tái)6和工 作模擬及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)13，水平臺(tái)6上置有絕緣墊5，絕緣墊5的上方設(shè)有電位計(jì) 8，束流測(cè)量探頭7設(shè)置在電位計(jì)8的上面，束流測(cè)量探頭7的上方設(shè)有攝像 頭l、地磁亞暴電子槍2、模擬太陽(yáng)光源3。工作模擬及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)13包括電源 11、電流表A、攝像頭l、束流測(cè)量探頭7、非接觸式表面電位計(jì)8、脈沖電流 探針9，電源11的正、負(fù)兩極分別接高壓太陽(yáng)陣樣品4的正、負(fù)兩極，并在電 路回路中串接電流表A和接地的電容C，脈沖電流探針(9)設(shè)置在高壓太陽(yáng)陣 樣品4的電路回路中，攝像頭l、束流測(cè)量探頭7、電位計(jì)8、脈沖電流探針9 均由數(shù)據(jù)線接監(jiān)視器12，電源11為高壓太陽(yáng)陣樣品4提供工作電壓和電流， 其電壓為O V 200 V可調(diào)，電流為O A 4.0 A可調(diào)，非接觸式表面電位計(jì)8， 其電位計(jì)量程為0 V ±20000 V。將高壓太陽(yáng)陣樣品4放置于上述模擬試驗(yàn)平 臺(tái)中的絕緣墊5上，空間IO抽真空，使空間10內(nèi)的真空度《8.0Xl(TPa，然 后開(kāi)啟地磁亞暴電子槍2、模擬太陽(yáng)光源3以及工作模擬及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)13，電子束流密度調(diào)整為0. 5 nA/cm2，電子能量調(diào)整為14KeV，使空間10模擬成GE0 軌道最?lèi)毫拥碾娮迎h(huán)境后，開(kāi)始給太陽(yáng)陣樣品4提供工作電流和電壓，工作電 流設(shè)定為2. 1A限制模式，工作電壓由0V開(kāi)始，每10分鐘增加IOV，加至200V， 利用電子束輻照高壓太陽(yáng)陣樣品4表面，誘發(fā)其表面靜電放電事件，并由探頭 7測(cè)量太陽(yáng)陣樣品4表面的電子束流密度，非接觸式表面電位計(jì)8、電流脈沖 探針9分別測(cè)量高壓太陽(yáng)陣樣品4的表面充電電位及表面放電脈沖電流，并由 監(jiān)視器12記錄和存儲(chǔ)，高壓太陽(yáng)陣樣品4的表面放電現(xiàn)象則由CCD攝像頭1 記錄監(jiān)測(cè)，確定靜電擊穿閾值電壓。
權(quán)利要求
1. 一種高壓太陽(yáng)陣靜電擊穿效應(yīng)地面模擬試驗(yàn)的方法，其特征在于包括下列步驟a.建立模擬試驗(yàn)平臺(tái)在一密閉的空間(10)內(nèi)設(shè)有水平臺(tái)(6)和工作模擬及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(13)，水平臺(tái)(6)上置有絕緣墊(5)，絕緣墊(5)的上方設(shè)有電位計(jì)(8)，束流測(cè)量探頭(7)設(shè)置在電位計(jì)(8)上，束流測(cè)量探頭(7)的上方設(shè)有攝像頭(1)、地磁亞暴電子槍(2)、模擬太陽(yáng)光源(3)；b.將高壓太陽(yáng)陣樣品(4)放置于上述模擬試驗(yàn)平臺(tái)中的絕緣墊(5)上，空間(10)抽真空，然后開(kāi)啟地磁亞暴電子槍(2)、模擬太陽(yáng)光源(3)、工作模擬及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(13)，將空間(10)模擬成GEO軌道最?lèi)毫拥碾娮迎h(huán)境，由電子束輻照樣品表面，誘發(fā)其表面靜電放電；c.由工作模擬及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(13)監(jiān)測(cè)高壓太陽(yáng)陣樣品表面充電電位和放電脈沖電流，以及靜電擊穿閾值電壓和擊穿瞬態(tài)脈沖波形。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述高壓太陽(yáng)陣靜電擊穿效應(yīng)地面模擬試驗(yàn)的方法，其特征在于所述空間(10)的真空度《8.0X10—4pa。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述高壓太陽(yáng)陣靜電擊穿效應(yīng)地面模擬試驗(yàn)的方法，其 特征在于所述地磁亞暴電子槍(2)的電子束流能量為0KeV 30KeV可調(diào)，電子 束流密度為0 10. 0nA/cm2可調(diào)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述高壓太陽(yáng)陣靜電擊穿效應(yīng)地面模擬試驗(yàn)的方法，其 特征在于所述工作模擬及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(13)包括電源(11)、電流表A、攝像頭(1)、 束流測(cè)量探頭(7)、電位計(jì)(8)、脈沖電流探針(9)，電源(11)的正、負(fù)兩 極分別接高壓太陽(yáng)陣樣品(4)的正、負(fù)兩極，并在電路回路中串接和設(shè)置了電 流表A、接地電容C、脈沖電流探針(9)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述高壓太陽(yáng)陣靜電擊穿效應(yīng)地面模擬試驗(yàn)的方法，其特征在于所述攝像頭(1)、束流測(cè)量探頭(7)、電位計(jì)(8)、脈沖電流探針(9) 均由數(shù)據(jù)線接監(jiān)視器。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述高壓太陽(yáng)陣靜電擊穿效應(yīng)地面模擬試驗(yàn)的方法，其 特征在于所述電源(11)提供高壓太陽(yáng)陣樣品(4)的工作電壓為0 V 200 V可調(diào)，電流為0 A 4.0 A可調(diào)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述高壓太陽(yáng)陣靜電擊穿效應(yīng)地面模擬試驗(yàn)的方法，其特征在于所述電位計(jì)(8)為非接觸表面電位計(jì)，其電位計(jì)量程為0V 士20000 V。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高壓太陽(yáng)陣靜電擊穿效應(yīng)地面模擬試驗(yàn)的方法，它包括建立模擬試驗(yàn)平臺(tái)、將高壓太陽(yáng)陣樣品置于模擬試驗(yàn)平臺(tái)中誘發(fā)其表面靜電放電、監(jiān)測(cè)樣品表面靜電擊穿閾值電壓三個(gè)步驟；通過(guò)將高壓太陽(yáng)陣樣品放置在地面模擬的GEO軌道最?lèi)毫与娮迎h(huán)境中，誘發(fā)高壓太陽(yáng)陣靜電擊穿現(xiàn)象的發(fā)生，確定靜電擊穿閾值電壓和擊穿瞬態(tài)脈沖波形，本發(fā)明利用電子輻照的方法在實(shí)驗(yàn)室里實(shí)現(xiàn)了靜電擊穿現(xiàn)象，為開(kāi)展高壓太陽(yáng)陣樣品靜電擊穿效應(yīng)的研究提供了一個(gè)地面模擬的試驗(yàn)平臺(tái)，非常適用于各類(lèi)衛(wèi)星大功率高壓太陽(yáng)陣靜電放電及靜電擊穿效應(yīng)的地面模擬試驗(yàn)，成功地解決了地面模擬試驗(yàn)樣品小而影響試驗(yàn)結(jié)果的問(wèn)題。
文檔編號(hào)G01R31/36GK101275989SQ200710038439
公開(kāi)日2008年10月1日 申請(qǐng)日期2007年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月26日
發(fā)明者凱 李, 青 柳, 立 王, 秦曉剛 申請(qǐng)人:中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第五研究院第五一○研究所