本發(fā)明涉及航天器電氣連接絕緣，尤其涉及一種導電滑環(huán)深層充電監(jiān)測兼抑制裝置及方法。

背景技術：

1、衛(wèi)星的能量獲取主要依賴于其太陽帆板，而為了確保帆板能夠實時跟蹤太陽，導電滑環(huán)驅動機構發(fā)揮著關鍵作用，它使得帆板能夠以最高效率吸收太陽能。然而，由于導電滑環(huán)機構直接暴露于宇宙空間，當遭遇高能電子流的增強現(xiàn)象時，這些電子能夠穿透鋁質屏蔽層，并在絕緣擋板與銅質導軌上沉積。鑒于絕緣擋板是由聚酰亞胺材料制成，其導電性較差，積累的電子會在絕緣層內產生電場畸變。一旦這種畸變超過放電閾值，就會引發(fā)靜電放電，進而造成深層放電現(xiàn)象，對航天器的穩(wěn)定運行構成嚴重威脅，成為衛(wèi)星潛在的故障點之一。

2、目前，國內外針對導電滑環(huán)深層充電效應的監(jiān)測手段主要集中在電介質表面電位測量、pea電聲脈沖法測量電介質空間電荷分布以及光電子學測量空間電荷。電介質表面電位測量雖能測量導電滑環(huán)絕緣擋板上表面電位，從而推斷深層充電效應，但受制于滑環(huán)整體結構，深層充電效應導致的電場畸變最嚴重的絕緣介質、電極和絕緣擋板“三結合”點處電位并不能直接測量，檢測誤差較大。pea聲電測量手段雖成本較低，發(fā)展較為成熟，但其測量分辨率低，測量本身信噪比低，同時在太空極端環(huán)境下，pea的超低溫測量結果并不理想。光電子學測量空間電荷手段信號信噪比高、能適應多種環(huán)境，但光電子學測量需要在絕緣擋板上部增加靶材料，現(xiàn)階段國內外光電子學測量的靶材料選擇為油墨和鋁，應用于導電滑環(huán)會增加絕緣擋板沿面閃絡風險。而國內外針對導電滑環(huán)深層充電效應的抑制手段主要集中在增厚鋁屏蔽層、調整導電滑環(huán)結構以及更換絕緣材料上。增厚鋁屏蔽層雖能減少深層充電，但受限于航天器重量限制，且研究顯示即使鋁層厚度增至3毫米，放電閾值仍可能被達到。降低絕緣擋板高度可在一定程度上減少電場強度，但也可能縮短爬電距離，增加放電風險。更換絕緣材料同樣存在局限性，新材料的引入可能帶來新的未知風險。這些方法均為被動抑制措施，且在高能電子流結束后，電場畸變仍會持續(xù)一段時間。鑒于此，如何監(jiān)測導電滑環(huán)深層充電效應，同時更有效地抑制深層充電現(xiàn)象，確保航天器的安全運行，成為當前亟待解決的問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的問題，提供了一種通過電荷模塊獲得絕緣擋板電荷分布信息、以及通過溫度模塊獲得絕緣擋板當前溫度，由控制單元與預設閾值計算、對比后獲得最終反饋信息，并傳送至溫度模塊對絕緣擋板進行加熱，以提高絕緣擋板的電導率，加速沉積電子的釋放，從而抑制深層充電的導電滑環(huán)深層充電監(jiān)測兼抑制裝置及方法，可以主動抑制深層充電、降低深層放電風險、小體積、輕量化、安裝難度低。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：一種導電滑環(huán)深層充電監(jiān)測兼抑制裝置，包括監(jiān)測抑制單元和控制單元；

3、所述監(jiān)測抑制單元包括若干個電荷模塊和若干個溫度模塊；

4、所述電荷模塊：用于根據第一控制信號獲得絕緣擋板上第一位置的第一監(jiān)測信號，以及用于將所述第一監(jiān)測信號傳送至所述控制單元；每個所述電荷模塊分別對應一個所述第一位置；

5、所述溫度模塊：用于根據第二控制信號獲得所述絕緣擋板上第二位置的第二監(jiān)測信號，用于將所述第二監(jiān)測信號傳送至所述控制單元，以及用于根據所述控制單元的最終反饋信號加熱所述第二位置；每個所述溫度模塊分別對應一個所述第二位置；

6、所述控制單元：

7、用于供電；用于預設運行參數(shù)、電場強度閾值和溫度閾值；

8、用于根據所述預設運行參數(shù)向所述電荷模塊傳送所述第一控制信號，用于向所述溫度模塊傳送所述第二控制信號；

9、用于接收所述第一監(jiān)測信號、并根據所述第一監(jiān)測信號獲得所述第一位置的電荷分布信息；

10、用于根據所述電場強度閾值和所述第一位置的電荷分布信息獲得中間反饋信息；

11、用于接收所述第二監(jiān)測信號、并根據所述第二監(jiān)測信號獲得所述第二位置的當前溫度；

12、用于根據所述中間反饋信息、所述第二位置的當前溫度和所述溫度閾值獲得所述最終反饋信號；

13、以及用于將所述最終反饋信號傳送至所述溫度模塊。

14、進一步地，所述電荷模塊包括第一壓電陶瓷和第二壓電陶瓷；

15、使用時，所述第一壓電陶瓷設置在所述第一位置的外表面，所述第二壓電陶瓷設置在所述第一位置內表面；

16、所述第一壓電陶瓷和所述第二壓電陶瓷分別與所述控制單元相連接；

17、所述第二壓電陶瓷用于根據所述第一控制信號向所述第一位置發(fā)射壓電壓力波脈沖信號，所述第一位置為所述第一壓電陶瓷與所述第二壓電陶瓷之間的所述絕緣擋板；

18、所述壓電壓力波脈沖信號經所述第一位置傳播后由所述第一壓電陶瓷接收形成所述第一監(jiān)測信號，所述第一監(jiān)測信號由所述第一壓電陶瓷傳送至所述控制單元。

19、進一步地，所述溫度模塊包括：

20、隔聲層，一端開口呈殼狀；

21、第三壓電陶瓷，封閉設置在所述隔聲層的開口端，所述第三壓電陶瓷與所述隔聲層形成密閉腔體，所述第三壓電陶瓷與所述控制單元相連接；

22、阻尼層，密封填充于所述密閉腔體內；

23、以及聲阻抗轉換層，鋪設于所述第三壓電陶瓷外表面，使用時，用于連接所述第二位置內表面；

24、所述第三壓電陶瓷用于根據所述第二控制信號向所述聲阻抗轉換層發(fā)射第一超聲波信號，所述第一超聲波信號經所述第二位置內表面后的反射波由所述第三壓電陶瓷接收形成所述第二監(jiān)測信號，所述第二監(jiān)測信號由所述第三壓電陶瓷傳送至所述控制單元；所述第三壓電陶瓷用于根據所述最終反饋信號向所述聲阻抗轉換層發(fā)射第二超聲波信號，所述第二超聲波信號用于加熱所述第二位置。

25、進一步地，所述溫度模塊還包括電源接口和信號接口；

26、所述信號接口用于接收所述第二控制信號并傳送至所述第三壓電陶瓷，以及用于將所述第二監(jiān)測信號傳送至所述控制單元；

27、所述電源接口用于接收所述最終反饋信號并傳送至所述第三壓電陶瓷。

28、進一步地，所述電荷模塊和所述溫度模塊相間隔布置。

29、進一步地，若干個所述溫度模塊分別由所述控制單元獨立控制。

30、進一步地，所述控制單元包括電源模塊、信號處理模塊和溫度控制模塊；

31、所述信號處理模塊：

32、用于預設所述電場強度閾值；

33、用于接收所述第一監(jiān)測信號；

34、用于根據所述第一監(jiān)測信號獲得所述第一位置的電荷分布信息；

35、用于根據所述電場強度閾值和所述第一位置的電荷分布信息獲得中間反饋信號；

36、用于將所述中間反饋信號傳送至所述溫度控制模塊；

37、用于接收所述第二監(jiān)測信號并根據所述第二監(jiān)測信號獲得所述第二位置的當前溫度；

38、用于將所述第二位置的當前溫度傳送至所述溫度控制模塊；

39、所述溫度控制模塊：

40、用于預設所述溫度閾值；

41、用于接收所述述中間反饋信號；

42、用于接收所述根據所述第二位置的當前溫度；

43、用于根據所述中間反饋信號、所述第二位置的當前溫度和所述溫度閾值獲得第二位置的加熱溫度；

44、用于將所述第二位置的加熱溫度傳送至所述電源模塊；

45、所述電源模塊：

46、用于供電，所述電源模塊分別與所述信號處理模塊、所述溫度控制模埠和所述監(jiān)測抑制單元相連接；

47、用于預設所述運行參數(shù)；

48、用于根據所述運行參數(shù)向所述電荷模塊傳送所述第一控制信號，用于向所述溫度模塊傳送所述第二控制信號；

49、用于接收所述第二位置的加熱溫度，并根據所述第二位置的加熱溫度獲得所述最終反饋信號；

50、用于將所述最終反饋信號傳送至所述溫度模塊。

51、一種導電滑環(huán)深層充電監(jiān)測兼抑制方法，利用所述的導電滑環(huán)深層充電監(jiān)測兼抑制裝置實現(xiàn)，包括以下步驟：

52、獲取所述運行參數(shù)、所述電場強度閾值和所述溫度閾值并輸入至所述控制單元；

53、所述控制單元根據所述運行參數(shù)向所述電荷模塊傳送所述第一控制信號，所述控制單元根據所述運行參數(shù)向所述溫度模塊傳送所述第二控制信號；

54、所述電荷模塊根據所述第一控制信號獲取所述絕緣擋板上所述第一位置的第一監(jiān)測信號，并將所述第一監(jiān)測信號傳送至所述控制單元；

55、所述溫度模塊根據所述第二控制信號獲取所述絕緣擋板上所述第二位置的第二監(jiān)測信號，并將所述第二監(jiān)測信號傳送至所述控制單元；

56、所述控制單元接收所述第一監(jiān)測信號、并根據所述第一監(jiān)測信號獲得所述第一位置的電荷分布信息；

57、所述控制單元根據所述電場強度閾值和所述第一位置的電荷分布信息獲得中間反饋信號；

58、所述控制單元接收所述第二監(jiān)測信號、并根據所述第二監(jiān)測信號獲得所述第二位置的當前溫度；

59、所述控制單元根據所述中間反饋信號、所述第二位置的當前溫度和所述溫度閾值獲得所述最終反饋信號；

60、所述控制單元將所述最終反饋信號傳送至所述溫度模塊；

61、所述溫度模塊根據所述最終反饋信號加熱所述第二位置。

62、進一步地，獲得所述最終反饋信號的步驟為：

63、根據所述第一位置的電荷分布信息獲得所述第一位置的最大電場強度；

64、對比所述第一位置的最大電場強度與所述電場強度閾值：

65、若所述第一位置的最大電場強度不超過所述電場強度閾值，則所述反饋信息為否定信號；

66、否則中間反饋信號包括肯定信號和所述第一位置的最大電場強度；

67、基于所述肯定信號，根據所述第二位置的當前溫度、所述溫度閾值和所述第一位置的最大電場強度獲得所述第二位置的加熱溫度；

68、根據所述第二位置的加熱溫度獲得所述最終反饋信號。

69、進一步地，所述第一控制信號的采樣間隔為1~2h；

70、當所述溫度模塊未接收所述最終反饋信號時，所述第二控制信號的采樣間隔為1~2h；

71、當所述溫度模塊接收所述最終反饋信號時，所述第二控制信號的采樣間隔為15~30min。

72、相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有以下有益效果：

73、1.?本發(fā)明通過電荷模塊獲得絕緣擋板電荷分布信息、以及通過溫度模塊獲得絕緣擋板當前溫度，由控制單元與預設閾值計算、對比后獲得最終反饋信息，并傳送至溫度模塊對絕緣擋板進行加熱，以提高絕緣擋板的電導率，加速沉積電子的釋放，從而抑制深層充電；

74、2.?本發(fā)明中溫度模塊集溫度測量與加熱功能于一體，且加熱均勻，溫度控制精準，設備精簡，配合電荷模塊及控制單元，是一種主動抑制深層充電的手段，可以大大降低深層放電風險；

75、3.?本發(fā)明中控制單元采用電力電子器件集成在一起，監(jiān)測抑制單元也均可由小型探頭實現(xiàn)，實現(xiàn)小體積、輕量化，降低整體的安裝難度。