一種航天器靜電放電脈沖在軌監(jiān)測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于空間輻射效應(yīng)及加固【技術(shù)領(lǐng)域】，具體設(shè)計(jì)一種航天器靜電放電脈沖在軌監(jiān)測(cè)裝置。包括脈沖傳感器、脈沖采樣電路、高輸入阻抗電壓跟隨器、正峰值檢波電路、負(fù)峰值檢波電路、A/D轉(zhuǎn)換器、脈寬閾值比較電路、脈寬輸出電路、電荷泄放電路、微控制器和存儲(chǔ)器；該測(cè)量裝置為空間環(huán)境下在軌獲取靜電放電脈沖的特征參數(shù)提供了一種監(jiān)測(cè)方法，能夠?qū)崿F(xiàn)空間靜電放電脈沖的實(shí)時(shí)檢測(cè)，可全面表征衛(wèi)星在軌危害程度，對(duì)衛(wèi)星長(zhǎng)壽命、高可靠運(yùn)行具有明顯的社會(huì)效益。
【專利說明】—種航天器靜電放電脈沖在軌監(jiān)測(cè)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于空間輻射效應(yīng)及加固【技術(shù)領(lǐng)域】，具體設(shè)計(jì)一種航天器靜電放電脈沖在軌監(jiān)測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]處在空間等離子體環(huán)境中的航天器，表面材料、器件與等離子體相互作用將不斷積累電荷，可使其表面產(chǎn)生數(shù)千伏特甚至近萬伏特的負(fù)電位，當(dāng)航天器表面的電位超過介質(zhì)的擊穿電場(chǎng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生靜電放電，靜電放電產(chǎn)生的強(qiáng)電流脈沖和高壓電場(chǎng)脈沖，容易被航天器母線或電子元器件耦合，造成航天器電源燒毀、電路邏輯輸出錯(cuò)誤等瞬態(tài)干擾，嚴(yán)重的會(huì)引起器件開路、短路、晶體管增益下降、CMOS集成電路金屬引線燒毀和柵氧化層擊穿等現(xiàn)象，使得航天器敏感器件及組件出現(xiàn)損壞或者誤操作，甚至導(dǎo)致航天器飛行任務(wù)失敗。
[0003]隨著航天技術(shù)的不斷發(fā)展，不同軌道在軌航天器數(shù)目不斷增多，同時(shí)航天器軌道也在不斷擴(kuò)展，這就需要進(jìn)一步實(shí)時(shí)掌握航天器所在軌道的空間環(huán)境以及在這些軌道空間環(huán)境的輻射危害程度，以便能更全面地完成航天器在軌管理和故障處理。因此，準(zhǔn)確獲知靜電放電脈沖的全面信息，是進(jìn)行航天器在軌故障處理的必要輸入條件，也是航天器防護(hù)設(shè)計(jì)的急需所在。
[0004]目前，脈沖信號(hào)的地面檢測(cè)裝置都是標(biāo)準(zhǔn)儀器，如示波器，且檢測(cè)方法非常成熟，能夠獲取脈沖信號(hào)的全面參數(shù)，如脈沖計(jì)數(shù)、脈寬、幅值等。但是，由于空間環(huán)境、航天器內(nèi)部空間、電荷泄放等因素的限制，地面檢測(cè)裝置及方法不能應(yīng)用于空間在軌監(jiān)測(cè)。另外，現(xiàn)用于空間的靜電放電脈沖檢測(cè)裝置，只對(duì)放電脈沖的個(gè)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，而對(duì)于放電脈沖的脈寬、幅值等信息都無從獲知。為此，設(shè)計(jì)了一種適用于空間的靜電放電脈沖在軌監(jiān)測(cè)裝置，該裝置不僅能進(jìn)行放電脈沖計(jì)數(shù)，而且也能獲取放電脈沖的脈寬、幅值信息，可詳盡、全面的獲知靜電放電脈沖的特性信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，針對(duì)在軌航天器的靜電放電防護(hù)需求，實(shí)現(xiàn)航天器充放電脈沖在軌監(jiān)測(cè)，表征航天器的在軌危害程度，設(shè)計(jì)了一種適用于空間的靜電放電脈沖在軌監(jiān)測(cè)裝置，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)脈沖幅值、脈寬的全面表征，而且能有效的減小電荷泄放，實(shí)現(xiàn)靜電放電脈沖的高精度測(cè)量，同時(shí)，可為航天器帶電防護(hù)設(shè)計(jì)提供更可靠、更全面的數(shù)據(jù)支撐，也能為空間靜電放電脈沖的全面表征和地面試驗(yàn)評(píng)價(jià)提供一種行之有效的方法。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種航天器靜電放電脈沖在軌監(jiān)測(cè)裝置，包括脈沖傳感器、脈沖采樣電路、高輸入阻抗電壓跟隨器、正峰值檢波電路、負(fù)峰值檢波電路、A/D轉(zhuǎn)換器、脈寬閾值比較電路、脈寬輸出電路、電荷泄放電路、微控制器和存儲(chǔ)器；
[0007]其連接關(guān)系在于:所述脈沖傳感器、脈沖采樣電路、高輸入阻抗電壓跟隨器串聯(lián)連接，所述高輸入阻抗電壓跟隨器分別與正峰值檢波電路、負(fù)峰值檢波電路、脈寬閾值比較電路相連，所述正峰值檢波電路和負(fù)峰值檢波電路分別通過A/D轉(zhuǎn)換器與所述微控制器相連，所述微控制器還與所述存儲(chǔ)器和脈寬閾值比較電路相連，所述脈寬閾值比較電路還與所述脈寬輸出電路、電荷泄放電路串聯(lián)；
[0008]所述脈沖傳感器獲取靜電放電脈沖信號(hào)，并將獲取的靜電放電脈沖信號(hào)傳送至所述脈沖采樣電路；
[0009]所述脈沖采樣電路用于接收上述靜電放電脈沖信號(hào)并對(duì)其直流部分進(jìn)行濾除，然后將濾除直流部分的靜電放電脈沖信號(hào)傳送至所述高輸入阻抗電壓跟隨器；
[0010]所述高輸入阻抗電壓跟隨器用于接收所述濾除直流部分的靜電放電脈沖信號(hào)，對(duì)該信號(hào)進(jìn)行阻抗變換，并將所述阻抗變換后的脈沖信號(hào)分別傳送至所述正峰值檢波電路、負(fù)峰值檢波電路、脈寬閾值比較電路；
[0011]所述正峰值檢波電路和負(fù)峰值檢波電路對(duì)阻抗變換后的脈沖信號(hào)進(jìn)行檢波，得到該脈沖信號(hào)的正負(fù)峰值，然后經(jīng)過所述A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并發(fā)送至所述微控制器；
[0012]所述微控制器根據(jù)得到的脈沖信號(hào)正負(fù)峰值的大小確定脈寬閾值，所述脈寬閾值比較電路將測(cè)出超過脈寬閾值的脈寬，再由頻率為50MHz的標(biāo)準(zhǔn)源對(duì)脈寬進(jìn)行度量計(jì)數(shù)，得到脈寬的具體數(shù)值；
[0013]所述微控制器完成脈沖信號(hào)的正負(fù)峰值峰值檢測(cè)和脈寬的具體數(shù)值后，所述微控制器將得到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；并通過脈寬閾值比較電路、脈寬輸出電路、電荷泄放電路進(jìn)行泄放。
[0014]還包括電荷復(fù)位裝置，所述電荷復(fù)位裝置與所述電荷泄放電路相連，用于對(duì)脈寬輸出復(fù)位。
[0015]還包括信號(hào)隔離器和第二高輸入阻抗電壓跟隨器，所述第二高輸入阻抗電壓跟隨器和信號(hào)隔離器串聯(lián)后連接在所述脈沖采樣電路和高輸入阻抗電壓跟隨器之間，將信號(hào)隔離器的前后端信號(hào)進(jìn)行隔離，第二高輸入阻抗電壓跟隨器將脈沖信號(hào)等幅等頻的輸出。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果在于:
[0017]一、為空間環(huán)境下在軌獲取靜電放電脈沖的特征參數(shù)提供了一種監(jiān)測(cè)方法，能夠?qū)崿F(xiàn)空間靜電放電脈沖的實(shí)時(shí)檢測(cè)，可全面表征衛(wèi)星在軌危害程度，對(duì)衛(wèi)星長(zhǎng)壽命、高可靠運(yùn)行具有明顯的社會(huì)效益。
[0018]二、由于還包括電荷復(fù)位裝置，所述電荷復(fù)位裝置與所述電荷泄放電路相連，用于對(duì)脈寬輸出復(fù)位。采集到單次脈沖后，可以避免本次采集的脈沖對(duì)下次采集脈沖造成干擾，可在本次脈沖采集結(jié)束后，及時(shí)地將峰值檢波電路的充電電荷進(jìn)行泄放，為下次采集脈沖做好準(zhǔn)備。
[0019]三、由于還包括信號(hào)隔離器和第二高輸入阻抗電壓跟隨器，所述第二高輸入阻抗電壓跟隨器和信號(hào)隔離器串聯(lián)后連接在所述脈沖采樣電路和高輸入阻抗電壓跟隨器之間，將信號(hào)隔離器的前后端信號(hào)進(jìn)行隔離，第二高輸入阻抗電壓跟隨器將脈沖信號(hào)等幅等頻的輸出?？梢詼p小前端電路的電荷泄放對(duì)測(cè)量精度的影響，通過隔離，可有效減小后端電子電路對(duì)前端模擬信號(hào)的泄放，提高了測(cè)量精度。
【專利附圖】

【附圖說明】[0020]圖1為本發(fā)明的示意圖；
[0021]圖2為本發(fā)明的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步描述，以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0023]如圖1所示，本發(fā)明具體實(shí)施的技術(shù)方案是:一種航天器靜電放電脈沖在軌監(jiān)測(cè)裝置，包括脈沖傳感器、脈沖采樣電路、高輸入阻抗電壓跟隨器、正峰值檢波電路、負(fù)峰值檢波電路、A/D轉(zhuǎn)換器、脈寬閾值比較電路、脈寬輸出電路、電荷泄放電路、微控制器和存儲(chǔ)器；
[0024]其連接關(guān)系在于:所述脈沖傳感器、脈沖采樣電路、高輸入阻抗電壓跟隨器串聯(lián)連接，所述高輸入阻抗電壓跟隨器分別與正峰值檢波電路、負(fù)峰值檢波電路、脈寬閾值比較電路相連，所述正峰值檢波電路和負(fù)峰值檢波電路分別通過A/D轉(zhuǎn)換器與所述微控制器相連，所述微控制器還與所述存儲(chǔ)器和脈寬閾值比較電路相連，所述脈寬閾值比較電路還與所述脈寬輸出電路、電荷泄放電路串聯(lián)；
[0025]所述脈沖傳感器獲取靜電放電脈沖信號(hào)，并將獲取的靜電放電脈沖信號(hào)傳送至所述脈沖采樣電路；
[0026]所述脈沖采樣電路用于接收上述靜電放電脈沖信號(hào)并對(duì)其直流部分進(jìn)行濾除，然后將濾除直流部分的靜電放電脈沖信號(hào)傳送至所述高輸入阻抗電壓跟隨器；
[0027]所述高輸入阻抗電壓跟隨器用于接收所述濾除直流部分的靜電放電脈沖信號(hào)，對(duì)該信號(hào)進(jìn)行阻抗變換，并將所述阻抗變換后的脈沖信號(hào)分別傳送至所述正峰值檢波電路、負(fù)峰值檢波電路、脈寬閾值比較電路；
[0028]所述正峰值檢波電路和負(fù)峰值檢波電路對(duì)阻抗變換后的脈沖信號(hào)進(jìn)行檢波，得到該脈沖信號(hào)的正負(fù)峰值，然后經(jīng)過所述A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并發(fā)送至所述微控制器；
[0029]所述微控制器接收由所述A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)，并將其發(fā)送至存儲(chǔ)器存儲(chǔ)；
[0030]所述微控制器為所述A/D轉(zhuǎn)換器提供控制指令，接收由所述A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)，并將其發(fā)送至存儲(chǔ)器存儲(chǔ)；
[0031]所述微控制器根據(jù)得到的脈沖信號(hào)正負(fù)峰值的大小確定脈寬閾值，所述脈寬閾值比較電路將測(cè)出超過脈寬閾值的脈寬，再由頻率為50MHz的標(biāo)準(zhǔn)源對(duì)脈寬進(jìn)行度量計(jì)數(shù)，得到脈寬的具體數(shù)值；
[0032]所述微控制器完成脈沖信號(hào)的正負(fù)峰值峰值檢測(cè)和脈寬的具體數(shù)值后，所述微控制器將得到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；并通過脈寬閾值比較電路、脈寬輸出電路、電荷泄放電路進(jìn)行泄放。
[0033]還包括電荷復(fù)位裝置，所述電荷復(fù)位裝置與所述電荷泄放電路相連，用于對(duì)脈寬輸出復(fù)位。
[0034]還包括信號(hào)隔離器和第二高輸入阻抗電壓跟隨器，所述第二高輸入阻抗電壓跟隨器和信號(hào)隔離器串聯(lián)后連接在所述脈沖采樣電路和高輸入阻抗電壓跟隨器之間，將信號(hào)隔離器的前后端信號(hào)進(jìn)行隔離，第二高輸入阻抗電壓跟隨器將脈沖信號(hào)等幅等頻的輸出。[0035]如圖2所示，空間靜電放電脈沖檢測(cè)中，首先裝置上電，初始化裝置設(shè)置參數(shù)，裝置進(jìn)入放電脈沖檢測(cè)狀態(tài)，等待信號(hào)的輸入，其具體實(shí)施過程如下:
[0036]①裝置參數(shù)初始化。
[0037]②裝置在微控制器的封鎖解除指令下，解除輸入等待封鎖，等待脈沖信號(hào)的輸入；脈沖采樣電路在微控制器的采集數(shù)據(jù)指令下開始采集脈沖信號(hào)。
[0038]③當(dāng)微控制器檢測(cè)到有脈沖信號(hào)輸入時(shí)，在封鎖指令的控制下封鎖信號(hào)輸入；脈沖采樣電路對(duì)脈沖電壓值進(jìn)行分壓，再由高輸入阻抗的電壓跟隨器進(jìn)行阻抗變換，以減小信號(hào)衰減，得到便于后續(xù)電路處理的低阻抗脈沖信號(hào)。經(jīng)阻抗變換后的脈沖信號(hào)，同時(shí)送到峰值檢波電路和脈寬檢測(cè)及輸出電路。
[0039]④在正/負(fù)脈沖峰值檢波電路中，首先利用電阻、電容構(gòu)成的RC阻容電路進(jìn)行峰值檢測(cè)，然后在微控制器的控制下，由A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)峰值信息進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，從而得到脈沖峰值，再由存儲(chǔ)器進(jìn)行存儲(chǔ)。
[0040]⑤在脈寬閾值比較電路和脈寬輸出電路中，首先微控制器依據(jù)檢測(cè)出的峰值信息確定脈寬閾值，然后檢測(cè)出超過閾值的脈寬，再由頻率為50MHz的標(biāo)準(zhǔn)源對(duì)脈寬進(jìn)行度量計(jì)數(shù)，得到脈寬的具體數(shù)值大小。
[0041]⑥完成上述的峰值檢測(cè)和脈寬檢測(cè)后，由微控制器完成本次數(shù)據(jù)的輸出和存儲(chǔ)，并利用電荷泄放電路將本次采集的電荷進(jìn)行泄放，為下次采集做準(zhǔn)備。至此，完成了一次脈沖米集。
[0042]⑦完成上述步驟后，裝置繼續(xù)進(jìn)入脈沖輸入等待狀態(tài)，待檢測(cè)到脈沖輸入時(shí)，重復(fù)步驟③、④、⑤、⑥，直到完成測(cè)試。
[0043]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種航天器靜電放電脈沖在軌監(jiān)測(cè)裝置，包括脈沖傳感器、脈沖采樣電路、高輸入阻抗電壓跟隨器、正峰值檢波電路、負(fù)峰值檢波電路、A/D轉(zhuǎn)換器、脈寬閾值比較電路、脈寬輸出電路、電荷泄放電路、微控制器和存儲(chǔ)器； 其特征在于:所述脈沖傳感器、脈沖采樣電路、高輸入阻抗電壓跟隨器串聯(lián)連接，所述高輸入阻抗電壓跟隨器分別與正峰值檢波電路、負(fù)峰值檢波電路、脈寬閾值比較電路相連，所述正峰值檢波電路和負(fù)峰值檢波電路分別通過A/D轉(zhuǎn)換器與所述微控制器相連，所述微控制器還與所述存儲(chǔ)器和脈寬閾值比較電路相連，所述脈寬閾值比較電路還與所述脈寬輸出電路、電荷泄放電路串聯(lián)； 所述脈沖傳感器獲取靜電放電脈沖信號(hào)，并將獲取的靜電放電脈沖信號(hào)傳送至所述脈沖采樣電路； 所述脈沖采樣電路用于接收上述靜電放電脈沖信號(hào)并對(duì)其直流部分進(jìn)行濾除，然后將濾除直流部分的靜電放電脈沖信號(hào)傳送至所述高輸入阻抗電壓跟隨器； 所述高輸入阻抗電壓跟隨器用于接收所述濾除直流部分的靜電放電脈沖信號(hào)，對(duì)該信號(hào)進(jìn)行阻抗變換，并將所述阻抗變換后的脈沖信號(hào)分別傳送至所述正峰值檢波電路、負(fù)峰值檢波電路、脈寬閾值比較電路； 所述正峰值檢波電路和負(fù)峰值檢波電路對(duì)阻抗變換后的脈沖信號(hào)進(jìn)行檢波，得到該脈沖信號(hào)的正負(fù)峰值，然后經(jīng)過所述A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并發(fā)送至所述微控制器；所述微控制器接收由所述A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)，并將其發(fā)送至存儲(chǔ)器存儲(chǔ)； 所述微控制器根據(jù)得到的脈沖信號(hào)正負(fù)峰值的大小確定脈寬閾值，所述脈寬閾值比較電路將測(cè)出超過脈寬閾值的脈寬，再由頻率為50MHz的標(biāo)準(zhǔn)源對(duì)脈寬進(jìn)行度量計(jì)數(shù)，得到脈寬的具體數(shù)值； 所述微控制器完成脈沖信號(hào)的正負(fù)峰值峰值檢測(cè)和脈寬的具體數(shù)值后，所述微控制器將得到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；并通過脈寬閾值比較電路、脈寬輸出電路、電荷泄放電路進(jìn)行泄放。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天器靜電放電脈沖在軌監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:還包括電荷復(fù)位裝置，所述電荷復(fù)位裝置與所述電荷泄放電路相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種航天器靜電放電脈沖在軌監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:還包括信號(hào)隔離器和第二高輸入阻抗電壓跟隨器，所述第二高輸入阻抗電壓跟隨器和信號(hào)隔離器串聯(lián)后連接在所述脈沖采樣電路和高輸入阻抗電壓跟隨器之間。
【文檔編號(hào)】G01R31/12GK103698666SQ201310619167
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】安恒, 薛玉雄, 楊生勝, 秦曉剛, 湯道坦, 李存惠, 柳青, 馬亞莉, 把得東, 石紅 申請(qǐng)人:蘭州空間技術(shù)物理研究所