專利名稱：介質(zhì)內(nèi)部充電電荷的測量探頭結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于航天器空間環(huán)境及效應(yīng)的測量領(lǐng)域，具體涉及一種用于航天器內(nèi)帶電效應(yīng)的在軌監(jiān)測結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
航天器充放電效應(yīng)已經(jīng)成為航天器在軌故障甚至損壞的主要原因之一。根據(jù)發(fā)生部位，航天器帶電效應(yīng)可以分為表面帶電和內(nèi)帶電。航天器內(nèi)帶電是指空間高能帶電粒子穿過航天器表面，在航天器構(gòu)件的電介質(zhì)材料內(nèi)部傳輸并沉積從而建立電場的過程，是區(qū)別于表面充電效應(yīng)的另一種由空間高能粒子輻射引起的航天器充電效應(yīng)。當(dāng)介質(zhì)材料內(nèi)部充電產(chǎn)生的電場超過介質(zhì)材料的擊穿閾值時，就會發(fā)生放電。同步軌道所處的地球外輻射帶存在大量高能電子，這些高能電子具有很強的穿透能力，它們可以穿透衛(wèi)星表面屏蔽層進人衛(wèi)星內(nèi)部的電介質(zhì)中，從而產(chǎn)生內(nèi)帶電效應(yīng)。內(nèi)帶電放電極易損壞電路板、屏蔽較差的電纜等介質(zhì)材料，以及熱防護層，所產(chǎn)生的電磁脈沖將干擾甚至破壞星內(nèi)電子系統(tǒng)的正常工作，嚴(yán)重時會導(dǎo)致整星失效。因此大力發(fā)展航天器內(nèi)帶電效應(yīng)研究具有重要意義。由于在地面模擬試驗中很難復(fù)現(xiàn)真實的空間環(huán)境，同時測試技術(shù)的局限性也極大限制了參數(shù)獲取的有效性，因此積極開展航天器內(nèi)帶電效應(yīng)飛行試驗與數(shù)值仿真技術(shù)是當(dāng)前該領(lǐng)域的主流趨勢。鑒于現(xiàn)階段衛(wèi)星帶電效應(yīng)數(shù)值仿真模型在基礎(chǔ)參數(shù)方面的缺乏，以及地面模擬試驗手段的局限性，急需大力開展衛(wèi)星內(nèi)帶電效應(yīng)在軌飛行試驗技術(shù)研究。通過實時在軌監(jiān)測誘發(fā)衛(wèi)星內(nèi)帶電的環(huán)境因素，以及真實空間環(huán)境下星用介質(zhì)材料及關(guān)鍵部件的性能參數(shù)和充放電特性，為地面模擬試驗和數(shù)值仿真提供輸入和評估依據(jù)；結(jié)合飛行試驗與地面模擬試驗結(jié)果，發(fā)展有效的、工程化的衛(wèi)星內(nèi)帶電風(fēng)險評估方法，進而為衛(wèi)星帶電防護設(shè)計提供支撐。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種介質(zhì)內(nèi)部充電的內(nèi)部電荷測量探頭結(jié)構(gòu)，以用于航天器內(nèi)帶電效應(yīng)在軌監(jiān)測，研制航天器內(nèi)帶電效應(yīng)飛行探測載荷，從而結(jié)合在軌監(jiān)測數(shù)據(jù)和地面模擬結(jié)果反演出與內(nèi)帶電效應(yīng)有關(guān)的材料介電參數(shù)、內(nèi)部電場等參量，為地面模擬試驗和仿真模擬計算進行指導(dǎo)和評估。本發(fā)明目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的—種介質(zhì)內(nèi)部電荷測量裝置的探頭結(jié)構(gòu)，包括利用印刷電路板工藝在三層FR4 基板上設(shè)置6層印刷電路板中柵網(wǎng)，三層電路板材料FR4基板即第一層基板、第二層基板和第三層基板，三個基板外周部分上依次設(shè)置有第一過孔，第二過孔，第一過孔的高度和直徑大于第二過孔的高度和直徑，第二過孔內(nèi)中間的第二層基板上下設(shè)置有分別貫穿第一層基板和第三層基板但不接觸第二層基板的第三過孔和第四過孔，第三過孔的高度和直徑大于第四過孔的高度和直徑且兩過孔以第二層基板為對稱面上下對稱，且四個過孔的上下端面還設(shè)置有6條柵網(wǎng)，第一過孔、第二過孔以及其上連接的柵網(wǎng)構(gòu)成第三法拉第筒以測量量第二層基板中的內(nèi)部電荷量，兩相對靠外的柵網(wǎng)為法拉第筒外殼并接地，兩相對靠內(nèi)的柵網(wǎng)與第二過孔為內(nèi)殼；第三過孔和第四過孔及其上連接的柵網(wǎng)分別在中間的第二層基板上下構(gòu)成1號法拉第筒和2號法拉第筒以用于測量第一層基板和第三層基板中的內(nèi)部電荷量，且同樣分別的相對靠外的柵網(wǎng)為法拉第筒外殼并接地，兩相對靠內(nèi)的印刷電路板中柵網(wǎng)與第四過孔為內(nèi)殼。其中，在電路板表面和各個層上進行大面積網(wǎng)狀覆銅，利用電路板的過孔實現(xiàn)電路板層與層之間的電性連接，構(gòu)成封閉或者半封閉的法拉第筒。其中，利用Φ2πιπι的焊盤進行外層銅絲網(wǎng)的封閉，再采用銅螺栓連接固定外部銅絲網(wǎng)。本發(fā)明的介質(zhì)內(nèi)部電荷測量裝置的探頭結(jié)構(gòu)，可用于航天器內(nèi)帶電效應(yīng)在軌監(jiān)測載荷的研制，為航天器內(nèi)帶電效應(yīng)在軌監(jiān)測技術(shù)的提供了一種很好的技術(shù)手段。


圖1為介質(zhì)內(nèi)部電荷測量裝置的探頭結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、2、3、10、11、12為外部柵網(wǎng)，4、5、6、7、8、9為印刷電路板中柵網(wǎng)，豎立的白
色框表示過孔。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的介質(zhì)內(nèi)部電荷測量裝置的探頭結(jié)構(gòu)作進一步的說明。如圖1所示，本發(fā)明的介質(zhì)內(nèi)部電荷測量裝置的探頭結(jié)構(gòu)，包括利用印刷電路板工藝在三層FR4基板上設(shè)置6層印刷電路板中柵網(wǎng)4、5、6、7、8、9，三層電路板材料FR4基板即第一層基板、第二層基板和第三層基板，三個基板外周部分上依次設(shè)置有第一過孔，第二過孔，第一過孔的高度和直徑大于第二過孔的高度和直徑，第二過孔內(nèi)中間的第二層基板上下設(shè)置有分別貫穿第一層基板和第三層基板但不接觸第二層基板的第三過孔和第四過孔，第三過孔的高度和直徑大于第四過孔的高度和直徑且兩過孔以第二層基板為對稱面上下對稱，且四個過孔的上下端面還設(shè)置有6條柵網(wǎng)1、2、3、10、11、12(外部柵網(wǎng))，第一過孔、第二過孔以及其上連接的柵網(wǎng)1、2、11、12構(gòu)成第三法拉第筒以測量量第二層基板中的內(nèi)部電荷量，兩相對靠外的柵網(wǎng)1、12為法拉第筒外殼并接地，兩相對靠內(nèi)的柵網(wǎng)2、11與第二過孔為內(nèi)殼；第三過孔和第四過孔及其上連接的柵網(wǎng)3、4、5、6、7、8、9、10分別在中間的第二層基板上下構(gòu)成1號法拉第筒和2號法拉第筒以用于測量第一層基板和第三層基板中的內(nèi)部電荷量，且同樣分別的相對靠外的柵網(wǎng)為法拉第筒外殼并接地，兩相對靠內(nèi)的印刷電路板中柵網(wǎng)與第四過孔為內(nèi)殼。具體為柵網(wǎng)3、4、5、6及過孔構(gòu)成1號法拉第筒，柵網(wǎng) 3、6為1號法拉第筒外殼并接地，柵網(wǎng)4、5及第四過孔為內(nèi)殼，1號法拉第筒用于測量第一層基板中的內(nèi)部電荷量。柵網(wǎng)7、8、9、10及過孔構(gòu)成2號法拉第筒，柵網(wǎng)7、10為2號法拉第筒外殼并接地，柵網(wǎng)8、9及過孔為內(nèi)殼，2號法拉第筒用于測量第三層基板中的內(nèi)部電荷量。本發(fā)明的介質(zhì)內(nèi)部電荷測量裝置的探頭結(jié)構(gòu)的主體部分一個印刷電路板。采用印刷電路板工藝在三層FR4基板上搭建三個法拉第筒，利用印刷電路板工藝可以實現(xiàn)多層緊湊的設(shè)計，使儀器測量環(huán)境更接近于實際的電路板。在電路板表面和各個層上進行大面積網(wǎng)狀覆銅，利用電路板的過孔實現(xiàn)電路板層與層之間的電性連接，構(gòu)成封閉或者半封閉的法拉第筒。需要外層銅絲網(wǎng)封閉的，則利用 Φ 2mm的焊盤，再采用銅螺栓連接固定外部銅絲網(wǎng)。探頭的三個法拉第筒相互獨立，如內(nèi)部電荷密度為Q，內(nèi)筒高度為D，與外筒之間絕緣層高度為d，那么感應(yīng)V為
權(quán)利要求
1.一種介質(zhì)內(nèi)部電荷測量裝置的探頭結(jié)構(gòu)，包括利用印刷電路板工藝在三層FR4基板上設(shè)置6層印刷電路板中柵網(wǎng)，三層電路板材料FR4基板即第一層基板、第二層基板和第三層基板，三個基板外周部分上依次設(shè)置有第一過孔，第二過孔，第一過孔的高度和直徑大于第二過孔的高度和直徑，第二過孔內(nèi)中間的第二層基板上下設(shè)置有分別貫穿第一層基板和第三層基板但不接觸第二層基板的第三過孔和第四過孔，第三過孔的高度和直徑大于第四過孔的高度和直徑且兩過孔以第二層基板為對稱面上下對稱，且四個過孔的上下端面還設(shè)置有6條柵網(wǎng)，第一過孔、第二過孔以及其上連接的柵網(wǎng)構(gòu)成第三法拉第筒以測量量第二層基板中的內(nèi)部電荷量，兩相對靠外的柵網(wǎng)為法拉第筒外殼并接地，兩相對靠內(nèi)的柵網(wǎng)與第二過孔為內(nèi)殼；第三過孔和第四過孔及其上連接的柵網(wǎng)分別在中間的第二層基板上下構(gòu)成1號法拉第筒和2號法拉第筒以用于測量第一層基板和第三層基板中的內(nèi)部電荷量， 且同樣分別的相對靠外的柵網(wǎng)為法拉第筒外殼并接地，兩相對靠內(nèi)的印刷電路板中柵網(wǎng)與第四過孔為內(nèi)殼。
2.如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)內(nèi)部電荷測量裝置的探頭結(jié)構(gòu)，其中，在電路板表面和各個層上進行大面積網(wǎng)狀覆銅，利用電路板的過孔實現(xiàn)電路板層與層之間的電性連接，構(gòu)成封閉或者半封閉的法拉第筒。
3.如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)內(nèi)部電荷測量裝置的探頭結(jié)構(gòu)，其中，利用Φ2πιπι的焊盤進行外層銅絲網(wǎng)的封閉，再采用銅螺栓連接固定外部銅絲網(wǎng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種介質(zhì)內(nèi)部電荷測量裝置的探頭結(jié)構(gòu)，包括利用印刷電路板工藝在三層FR4基板上設(shè)置6層印刷電路板中柵網(wǎng)，三個基板外周部分上依次設(shè)置有第一過孔，第二過孔、第三過孔和第四過孔，四個過孔的上下端面還設(shè)置有6條柵網(wǎng)以分別形成三個法拉第筒，從而對介質(zhì)內(nèi)部的電荷進行測量。本發(fā)明的介質(zhì)內(nèi)部電荷測量裝置的探頭結(jié)構(gòu)，可用于航天器內(nèi)帶電效應(yīng)在軌監(jiān)測載荷的研制，為航天器內(nèi)帶電效應(yīng)在軌監(jiān)測技術(shù)的提供了一種很好的技術(shù)手段。
文檔編號G01R29/24GK102539943SQ201110428648
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者劉業(yè)楠, 唐小金, 張超, 徐焱林, 易忠, 王志浩, 鄧佳欣, 陳金剛 申請人:北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所