《一种用于航天器表面电位在轨监测的传感器.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种用于航天器表面电位在轨监测的传感器.pdf（6页完整版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 104267064 A (43)申请公布日 2015.01.07 CN 104267064 A (21)申请号 201410448280.2 (22)申请日 2014.09.04 G01N 27/00(2006.01) (71)申请人 兰州空间技术物理研究所 地址 730000 甘肃省兰州市城关区渭源路 97 号 (72)发明人 周朝阳 王鹢 杨生胜 田恺 薛玉雄 苗育君 李存惠 (74)专利代理机构 北京理工大学专利中心 11120 代理人 仇蕾安 李爱英 (54) 发明名称 一种用于航天器表面电位在轨监测的传感器 (57) 摘要 本发明提供一种用于航天器表面电位在。
2、轨监 测的传感器， 该传感器包括高压样品、 感应电极、 接地铝环及铝壳 ； 其中， 所述高压样品位于接地 铝环的上方， 感应电极位于接地铝环的下方， 所述 铝壳将高压样品、 感应电极和接地铝环压紧于铝 壳内 ； 铝壳上端留有开口， 接地铝环与铝壳内壁 接触， 且接触电阻小于 0.5 欧姆 ； 所述高压样品包 括样品压环、 样品托环和薄膜样品材料， 其中所述 薄膜样品材料与航天器表面的材料相同 ； 所述感 应电极包括感应电极压环、 感应电极托环和感应 极板 ； 感应极板由感应电极压环压紧于感应电极 托环上。本发明传感器能够消除其薄膜样品材料 漏电流问题， 提高测量的准确性。 (51)Int.Cl。
3、. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (10)申请公布号 CN 104267064 A CN 104267064 A 1/1 页 2 1. 一种用于航天器表面电位在轨监测的传感器， 其特征在于， 该传感器包括高压样品、 感应电极、 接地铝环及铝壳 ； 其中， 所述高压样品位于接地铝环的上方， 感应电极位于接地 铝环的下方， 所述铝壳将高压样品、 感应电极和接地铝环压紧于铝壳内 ； 铝壳上端留有开 口， 接地铝环与铝壳内壁接触， 且接触电阻小于 0.5 欧姆 ； 所述高压样品包括样品。
4、压环、 样品托环和薄膜样品材料， 其中所述薄膜样品材料与航 天器表面的材料相同 ； 薄膜样品材料的下表面通过环氧胶固连在与其直径相同的样品托环 上， 样品压环压紧薄膜样品材料， 并使薄膜样品材料的上表面通过环氧胶固连于样品压环 的凹槽内 ； 所述感应电极包括感应电极压环、 感应电极托环和感应极板 ； 感应极板由感应电极压 环压紧于感应电极托环上。 2. 根据权利要求 1 所述用于航天器表面电位在轨监测的传感器， 其特征在于， 所述样 品压环和样品托环的材料为聚酰亚胺， 所述感应电极压环和感应电极托环为聚酰亚胺。 权 利 要 求 书 CN 104267064 A 2 1/3 页 3 一种用于航天。
5、器表面电位在轨监测的传感器 技术领域 0001 本发明涉及一种用于航天器表面电位在轨监测的传感器， 属于航天器材料空间环 境效应测试技术领域。 背景技术 0002 星用材料的低电导率使它们在轨暴露于空间等离子体和带电粒子环境中时， 在介 质表面和内部积累电荷。航天器表面充电和放电对航天器的运行造成很大危害， 因此， 对 航天器的表面电位进行在轨监测， 并利用监测数据对航天器的防静电设计进行指导非常必 要。 0003 航天器的表面电位一般包括结构电位和差异电位两种 ； 其中， 不同位置的差异电 位与航天器静电放电有着更密切的关系。 差异电位的监测只能靠对安装在航天器表面的样 品材料电位进行测量来。
6、获得。目前有两类测量差异电位的装置用于在轨飞行。一类是采用 振动音叉来测量介质表面的电场强度进行表面电位监测， 另一类是采用极板感应介质表面 的电荷进行电位监测。其中后者采用极板感应电荷， 并通过电容分压对介质表面电位进行 测量， 结构简单， 稳定性高， 空间搭载的环境适应性强 ； 但由于介质样品在高电压下的漏电 流会带来测量偏差， 目前采用该方法实现在轨飞行的表面电位监测装置， 所能测量的电压 范围较低， 都在 1kV 以下， 要实现长时间、 大量程的测量， 需要解决表面电位监测装置传感 器的介质漏电流的等问题。 发明内容 0004 本发明的目的是提出了一种用于航天器表面电位在轨监测的传感器。
7、， 该传感器能 够消除其薄膜样品材料漏电流问题， 提高测量的准确性。 0005 实现本发明的技术方案如下 ： 0006 一种用于航天器表面电位在轨监测的传感器， 该传感器包括高压样品、 感应电极、 接地铝环及铝壳 ； 其中， 所述高压样品位于接地铝环的上方， 感应电极位于接地铝环的下 方， 所述铝壳将高压样品、 感应电极和接地铝环压紧于铝壳内 ； 铝壳上端留有开口， 接地铝 环与铝壳内壁接触， 且接触电阻小于 0.5 欧姆 ； 0007 所述高压样品包括样品压环、 样品托环和薄膜样品材料， 其中所述薄膜样品材料 与航天器表面的材料相同 ； 薄膜样品材料的下表面通过环氧胶固连在与其直径相同的样品。
8、 托环上， 样品压环压紧薄膜样品材料， 并使薄膜样品材料的上表面通过环氧胶固连于样品 压环的凹槽内 ； 0008 所述感应电极包括感应电极压环、 感应电极托环和感应极板 ； 感应极板由感应电 极压环压紧于感应电极托环上。 0009 进一步地， 本发明所述样品压环和样品托环的材料为聚酰亚胺， 所述感应电极压 环和感应电极托环为聚酰亚胺。 0010 有益效果 说 明 书 CN 104267064 A 3 2/3 页 4 0011 第一、 本发明将高压样品与感应电极分开， 使其通过非接触式静电感应来测量表 示航天器上电位的高压样品电位， 同时将薄膜样品材料的漏电通过接地铝环导向铝壳， 因 此可以防止。
9、薄膜样品材料漏电至感应电极的问题 ； 该传感器结构简单， 稳定性高， 进行空间 搭载的环境适应性强。 0012 第二、 本发明薄膜样品材料与所需测量航天器表面的材料相同， 因此在需要对不 同类型的航天器表面电位进行测量时， 只需更换与被测航天器表面材料相同的样品薄膜材 料， 因此其具有很强的适用性。 附图说明 0013 图 1本发明用于航天器表面电位在轨监测的传感器结构示意图。 0014 1- 样品压环， 2- 样品托环， 3- 样品材料， 4- 接地铝环， 5- 感应极板 6- 感应电极压 环， 7- 感应电极托环， 8- 铝壳。 具体实施方式 0015 下面结合附图对本发明作进一步描述。 。
10、0016 如图 1 所示， 本发明用于航天器表面电位在轨监测的传感器， 该传感器包括高压 样品、 感应电极、 接地铝环 4 及铝壳 8 ； 其中， 所述高压样品位于接地铝环 4 的上方， 感应电 极位于接地铝环4的下方， 所述铝壳8将高压样品、 感应电极和接地铝环4压紧于铝壳8内 ； 铝壳 8 上端留有开口， 接地铝环 4 与铝壳 8 内壁接触， 且接触电阻小于 0.5 欧姆。 0017 高压样品包括样品压环1、 样品托环2和薄膜样品材料3， 其中所述薄膜样品材料3 与航天器表面的材料相同 ； 薄膜样品材料 3 的下表面通过环氧胶固连在与其直径相同的样 品托环 2 上， 样品压环 1 压紧薄膜。
11、样品材料 3， 并使薄膜样品材料 3 的上表面通过环氧胶固 连于样品压环 1 的凹槽内。感应电极包括感应电极压环 6、 感应电极托环 7 和感应极板 5 ； 感应极板 5 由感应电极压环压 6 紧于感应电极托环 7 上， 感应极板 5 上连接用于与外部连 同的导线， 感应极板 5 上的电位通过该导线传输出去。 0018 本发明传感器执行在轨测量时， 由于铝壳 8 上端设有开口， 因此高压样品直接暴 露于空间等离子体和带电粒子的环境中， 与航天器表面一同经历充电 ； 感应电极与外部绝 缘， 并呈电中性， 利用感应极板 5 与薄膜样品材料 3 之间的非接触式的静电感应， 正负电荷 分离， 与薄膜样。
12、品材料 3 所带电荷成正比的感应极板 5 上的电荷最后被传输至外部的分压 电容和静电电压测量电路。 高压样品和感应电极两部分结构通过上下压紧共同构成传感器 的主体部分， 接地铝环除了支撑传感器主体部分的结构外， 由于其与铝壳接触， 且接触电阻 小于 0.5 欧姆， 因此接地铝环还可进行漏电流消除。 0019 本发明样品压环 1 和样品托环 2 由具有高电阻率的聚酰亚胺构成， 两者通过胶粘 将薄膜样品材料 3 固定在它们中间， 由于样品压环 1 和样品托环 2 的高电阻率， 因此可以防 止薄膜样品材料 3 漏电的情况。同时， 由于样品压环 1 为周向凸起的结构， 该结构相较于简 单的等直径压叠结。
13、构， 既保证了薄膜样品材料 3 与铝壳 8 之间的绝缘性， 又使样品压环 1 与 样品托环 2 的配合稳定。 0020 本法明为了使接地铝环 4 与铝壳 8 之间的接触电阻小于 0.5 欧姆， 在安装时采用 热胀冷缩的热套配合的方式。 说 明 书 CN 104267064 A 4 3/3 页 5 0021 下面具体给出本发明提出的探头的原理。 0022 样品压环 1 和样品托环 2 通过胶粘将薄膜样品材料固定在它们中间 ； 当薄膜样品 材料3(主要是星用聚合物薄膜)表面有电荷累积时， 呈电中性的感应极板5， 通过非接触式 的静电感应， 正负电荷分离 ； 从而感应极板 5 上与样品所带电荷成正比的电荷将被导线传 输至传感器外部的分压电容形成电压， 并采用静电电压测量电路进行测量。感应极板 5 通 过由聚酰亚胺构成的压环 6 和托环 7 与周围实现电气隔离， 防止电荷泄漏。接地铝环 4 的 作用除了支撑传感器主体的结构外， 还可以消除漏电流， 薄膜样品材料 3 在充电电位很高 的情况下， 产生的漏电流通过该接地铝环 4 流向地， 而不会流向电位较低的感应极板 5， 这 样就解决了介质的漏电流问题。 说 明 书 CN 104267064 A 5 1/1 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 104267064 A 6 。