一種用于航天器表面電位在軌監(jiān)測的傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于航天器表面電位在軌監(jiān)測的傳感器，該傳感器包括高壓樣品、感應(yīng)電極、接地鋁環(huán)及鋁殼；其中，所述高壓樣品位于接地鋁環(huán)的上方，感應(yīng)電極位于接地鋁環(huán)的下方，所述鋁殼將高壓樣品、感應(yīng)電極和接地鋁環(huán)壓緊于鋁殼內(nèi)；鋁殼上端留有開口，接地鋁環(huán)與鋁殼內(nèi)壁接觸，且接觸電阻小于0.5歐姆；所述高壓樣品包括樣品壓環(huán)、樣品托環(huán)和薄膜樣品材料，其中所述薄膜樣品材料與航天器表面的材料相同；所述感應(yīng)電極包括感應(yīng)電極壓環(huán)、感應(yīng)電極托環(huán)和感應(yīng)極板；感應(yīng)極板由感應(yīng)電極壓環(huán)壓緊于感應(yīng)電極托環(huán)上。本發(fā)明傳感器能夠消除其薄膜樣品材料漏電流問題，提高測量的準(zhǔn)確性。
【專利說明】—種用于航天器表面電位在軌監(jiān)測的傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于航天器表面電位在軌監(jiān)測的傳感器，屬于航天器材料空間環(huán)境效應(yīng)測試【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]星用材料的低電導(dǎo)率使它們?cè)谲壉┞队诳臻g等離子體和帶電粒子環(huán)境中時(shí)，在介質(zhì)表面和內(nèi)部積累電荷。航天器表面充電和放電對(duì)航天器的運(yùn)行造成很大危害，因此，對(duì)航天器的表面電位進(jìn)行在軌監(jiān)測，并利用監(jiān)測數(shù)據(jù)對(duì)航天器的防靜電設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo)非常必要。
[0003]航天器的表面電位一般包括結(jié)構(gòu)電位和差異電位兩種；其中，不同位置的差異電位與航天器靜電放電有著更密切的關(guān)系。差異電位的監(jiān)測只能靠對(duì)安裝在航天器表面的樣品材料電位進(jìn)行測量來獲得。目前有兩類測量差異電位的裝置用于在軌飛行。一類是采用振動(dòng)音叉來測量介質(zhì)表面的電場強(qiáng)度進(jìn)行表面電位監(jiān)測，另一類是采用極板感應(yīng)介質(zhì)表面的電荷進(jìn)行電位監(jiān)測。其中后者采用極板感應(yīng)電荷，并通過電容分壓對(duì)介質(zhì)表面電位進(jìn)行測量，結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性高，空間搭載的環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)；但由于介質(zhì)樣品在高電壓下的漏電流會(huì)帶來測量偏差，目前采用該方法實(shí)現(xiàn)在軌飛行的表面電位監(jiān)測裝置，所能測量的電壓范圍較低，都在IkV以下，要實(shí)現(xiàn)長時(shí)間、大量程的測量，需要解決表面電位監(jiān)測裝置傳感器的介質(zhì)漏電流的等問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提出了一種用于航天器表面電位在軌監(jiān)測的傳感器，該傳感器能夠消除其薄膜樣品材料漏電流問題，提高測量的準(zhǔn)確性。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種用于航天器表面電位在軌監(jiān)測的傳感器，該傳感器包括高壓樣品、感應(yīng)電極、接地鋁環(huán)及鋁殼；其中，所述高壓樣品位于接地鋁環(huán)的上方，感應(yīng)電極位于接地鋁環(huán)的下方，所述鋁殼將高壓樣品、感應(yīng)電極和接地鋁環(huán)壓緊于鋁殼內(nèi)；鋁殼上端留有開口，接地鋁環(huán)與鋁殼內(nèi)壁接觸，且接觸電阻小于0.5歐姆；
[0007]所述高壓樣品包括樣品壓環(huán)、樣品托環(huán)和薄膜樣品材料，其中所述薄膜樣品材料與航天器表面的材料相同；薄膜樣品材料的下表面通過環(huán)氧膠固連在與其直徑相同的樣品托環(huán)上，樣品壓環(huán)壓緊薄膜樣品材料，并使薄膜樣品材料的上表面通過環(huán)氧膠固連于樣品壓環(huán)的凹槽內(nèi)；
[0008]所述感應(yīng)電極包括感應(yīng)電極壓環(huán)、感應(yīng)電極托環(huán)和感應(yīng)極板；感應(yīng)極板由感應(yīng)電極壓環(huán)壓緊于感應(yīng)電極托環(huán)上。
[0009]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述樣品壓環(huán)和樣品托環(huán)的材料為聚酰亞胺，所述感應(yīng)電極壓環(huán)和感應(yīng)電極托環(huán)為聚酰亞胺。
[0010]有益效果
[0011]第一、本發(fā)明將高壓樣品與感應(yīng)電極分開，使其通過非接觸式靜電感應(yīng)來測量表示航天器上電位的高壓樣品電位，同時(shí)將薄膜樣品材料的漏電通過接地鋁環(huán)導(dǎo)向鋁殼，因此可以防止薄膜樣品材料漏電至感應(yīng)電極的問題；該傳感器結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性高，進(jìn)行空間搭載的環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。
[0012]第二、本發(fā)明薄膜樣品材料與所需測量航天器表面的材料相同，因此在需要對(duì)不同類型的航天器表面電位進(jìn)行測量時(shí)，只需更換與被測航天器表面材料相同的樣品薄膜材料，因此其具有很強(qiáng)的適用性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1一本發(fā)明用于航天器表面電位在軌監(jiān)測的傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]1-樣品壓環(huán)，2-樣品托環(huán)，3-樣品材料，4-接地鋁環(huán)，5-感應(yīng)極板6_感應(yīng)電極壓環(huán)，7-感應(yīng)電極托環(huán)，8-鋁殼。

【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0016]如圖1所示，本發(fā)明用于航天器表面電位在軌監(jiān)測的傳感器，該傳感器包括高壓樣品、感應(yīng)電極、接地鋁環(huán)4及鋁殼8 ;其中，所述高壓樣品位于接地鋁環(huán)4的上方，感應(yīng)電極位于接地鋁環(huán)4的下方，所述鋁殼8將高壓樣品、感應(yīng)電極和接地鋁環(huán)4壓緊于鋁殼8內(nèi)；鋁殼8上端留有開口，接地鋁環(huán)4與鋁殼8內(nèi)壁接觸，且接觸電阻小于0.5歐姆。
[0017]高壓樣品包括樣品壓環(huán)1、樣品托環(huán)2和薄膜樣品材料3，其中所述薄膜樣品材料3與航天器表面的材料相同；薄膜樣品材料3的下表面通過環(huán)氧膠固連在與其直徑相同的樣品托環(huán)2上，樣品壓環(huán)I壓緊薄膜樣品材料3，并使薄膜樣品材料3的上表面通過環(huán)氧膠固連于樣品壓環(huán)I的凹槽內(nèi)。感應(yīng)電極包括感應(yīng)電極壓環(huán)6、感應(yīng)電極托環(huán)7和感應(yīng)極板5 ；感應(yīng)極板5由感應(yīng)電極壓環(huán)壓6緊于感應(yīng)電極托環(huán)7上，感應(yīng)極板5上連接用于與外部連同的導(dǎo)線，感應(yīng)極板5上的電位通過該導(dǎo)線傳輸出去。
[0018]本發(fā)明傳感器執(zhí)行在軌測量時(shí)，由于鋁殼8上端設(shè)有開口，因此高壓樣品直接暴露于空間等離子體和帶電粒子的環(huán)境中，與航天器表面一同經(jīng)歷充電；感應(yīng)電極與外部絕緣，并呈電中性，利用感應(yīng)極板5與薄膜樣品材料3之間的非接觸式的靜電感應(yīng)，正負(fù)電荷分離，與薄膜樣品材料3所帶電荷成正比的感應(yīng)極板5上的電荷最后被傳輸至外部的分壓電容和靜電電壓測量電路。高壓樣品和感應(yīng)電極兩部分結(jié)構(gòu)通過上下壓緊共同構(gòu)成傳感器的主體部分，接地鋁環(huán)除了支撐傳感器主體部分的結(jié)構(gòu)外，由于其與鋁殼接觸，且接觸電阻小于0.5歐姆，因此接地鋁環(huán)還可進(jìn)行漏電流消除。
[0019]本發(fā)明樣品壓環(huán)I和樣品托環(huán)2由具有高電阻率的聚酰亞胺構(gòu)成，兩者通過膠粘將薄膜樣品材料3固定在它們中間，由于樣品壓環(huán)I和樣品托環(huán)2的高電阻率，因此可以防止薄膜樣品材料3漏電的情況。同時(shí)，由于樣品壓環(huán)I為周向凸起的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)相較于簡單的等直徑壓疊結(jié)構(gòu)，既保證了薄膜樣品材料3與鋁殼8之間的絕緣性，又使樣品壓環(huán)I與樣品托環(huán)2的配合穩(wěn)定。
[0020]本法明為了使接地鋁環(huán)4與鋁殼8之間的接觸電阻小于0.5歐姆，在安裝時(shí)采用熱脹冷縮的熱套配合的方式。
[0021]下面具體給出本發(fā)明提出的探頭的原理。
[0022]樣品壓環(huán)I和樣品托環(huán)2通過膠粘將薄膜樣品材料固定在它們中間；當(dāng)薄膜樣品材料3(主要是星用聚合物薄膜)表面有電荷累積時(shí)，呈電中性的感應(yīng)極板5，通過非接觸式的靜電感應(yīng)，正負(fù)電荷分離；從而感應(yīng)極板5上與樣品所帶電荷成正比的電荷將被導(dǎo)線傳輸至傳感器外部的分壓電容形成電壓，并采用靜電電壓測量電路進(jìn)行測量。感應(yīng)極板5通過由聚酰亞胺構(gòu)成的壓環(huán)6和托環(huán)7與周圍實(shí)現(xiàn)電氣隔離，防止電荷泄漏。接地鋁環(huán)4的作用除了支撐傳感器主體的結(jié)構(gòu)外，還可以消除漏電流，薄膜樣品材料3在充電電位很高的情況下，產(chǎn)生的漏電流通過該接地鋁環(huán)4流向地，而不會(huì)流向電位較低的感應(yīng)極板5，這樣就解決了介質(zhì)的漏電流問題。
【權(quán)利要求】
1.一種用于航天器表面電位在軌監(jiān)測的傳感器，其特征在于，該傳感器包括高壓樣品、感應(yīng)電極、接地鋁環(huán)及鋁殼；其中，所述高壓樣品位于接地鋁環(huán)的上方，感應(yīng)電極位于接地鋁環(huán)的下方，所述鋁殼將高壓樣品、感應(yīng)電極和接地鋁環(huán)壓緊于鋁殼內(nèi)；鋁殼上端留有開口，接地鋁環(huán)與鋁殼內(nèi)壁接觸，且接觸電阻小于0.5歐姆； 所述高壓樣品包括樣品壓環(huán)、樣品托環(huán)和薄膜樣品材料，其中所述薄膜樣品材料與航天器表面的材料相同；薄膜樣品材料的下表面通過環(huán)氧膠固連在與其直徑相同的樣品托環(huán)上，樣品壓環(huán)壓緊薄膜樣品材料，并使薄膜樣品材料的上表面通過環(huán)氧膠固連于樣品壓環(huán)的凹槽內(nèi)； 所述感應(yīng)電極包括感應(yīng)電極壓環(huán)、感應(yīng)電極托環(huán)和感應(yīng)極板；感應(yīng)極板由感應(yīng)電極壓環(huán)壓緊于感應(yīng)電極托環(huán)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于航天器表面電位在軌監(jiān)測的傳感器，其特征在于，所述樣品壓環(huán)和樣品托環(huán)的材料為聚酰亞胺，所述感應(yīng)電極壓環(huán)和感應(yīng)電極托環(huán)為聚酰亞胺。
【文檔編號(hào)】G01N27/00GK104267064SQ201410448280
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月4日
【發(fā)明者】周朝陽, 王鹢, 楊生勝, 田愷, 薛玉雄, 苗育君, 李存惠 申請(qǐng)人:蘭州空間技術(shù)物理研究所