CN102508127A - 一种地面模拟星用材料内放电的监测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种地面模拟星用材料内放电的监测装置和方法，属于空间技术领域。所述装置包括真空室、电子枪、样品底座、真空过壁、电阻、导线、外屏蔽层、绝缘层、抽真空系统和示波器。所述方法通过将样品固定在真空室内，连接放电信号电路；对真空室抽真空后开启电子枪，使电子枪发射高能电子束到样品表面，同时开启示波器；当高能电子在样品内部累积达到饱和时，发生内放电现象，在示波器中显示放电波形。本发明所述监测装置和方法可在地面模拟卫星内带电环境，并监测内放电脉冲，从而评价星用材料的内放电性能。

Description

一种地面模拟星用材料内放电的监测装置和方法

技术领域

本发明涉及一种地面模拟星用材料内放电的监测装置和方法，属于空间技术领域。 

背景技术

卫星内带电一般是由空间中能量在0.1～10MeV的高能电子射入材料内引起的。上述高能电子能够穿透卫星结构(如卫星表面材料、电缆护层等)并沉积电荷于电缆绝缘层、印制电路板、电容器部件、综合电路包或悬浮导体上。如果介质内入射电子的沉积速率超过其泄放速率时，介质内电荷密度将逐渐增大，电场强度也随之增强，当内建电场强度超过介质材料的击穿强度时将发生内放电(也称为电子诱导电磁脉冲ECEMP)。由放电产生的瞬态脉冲耦合到航天器电子系统时，会引起逻辑开关异常，电子系统永久性失效或敏感元件性能下降，以致整个系统的破坏。除产生电子设备的电磁干扰和损坏外，静电放电也导致表面材料的损坏或物理性能衰退。由于放电产生了局部热量并在电弧放电区产生材料损伤，它不但损害航天器的完整性，而且还改变了表面材料的物理特性，从而最终破坏航天器的正常工作。内放电通常接近于电子系统从而对卫星系统的工作的危害更直接。随着卫星电子系统性能的提高和大量新材料的使用，卫星对空间高能电子环境引起的介质材料内带电效应问题也越来越敏感，卫星内带电防护技术成为发展长寿命应用卫星所必须解决的关键技术之一。开展卫星内带电防护技术研究，需要在地面模拟卫星内带电，并监测内放电脉冲，来评价星用材料的内带电防护性能。所以卫星内放电脉冲的监测技术对于卫星内带电防护有着重要的意义。 

发明内容

本发明的目的是提供一种地面模拟星用材料内放电的监测装置和方法，能够在地面模拟卫星内带电，并监测内放电脉冲，来评价星用材料的内带电防护性能。 

为实现上述目的，本发明的技术方案如下： 

一种地面模拟星用材料内放电的监测装置，所述装置包括真空室、电子枪、样品底座、真空过壁、电阻、导线、外屏蔽层、绝缘层、抽真空系统和示波器；其中， 

真空室侧壁开孔连接抽真空系统； 

样品底座在真空室内部底部水平放置且与真空室四围内壁不接触；样品下表面通过导电胶带固定在样品底座上，样品底座为绝缘材料，沿样品底座垂直中心线开有通孔；在所述通孔处对应的真空室下壁面上开孔，真空过壁设置于该孔中； 

在真空室内部上方安装电子枪，电子枪发射端与样品底座垂直中心线在一条直线上；导线的一端通过样品底座上的通孔与样品下表面的导电胶带连接，另一端穿过真空过壁后分为两根，一根连接电阻后接地，另一根连接示波器；导线外部从内向外依次包裹有绝缘层和外屏蔽层，电阻外部包裹外屏蔽层；绝缘层、导线、电阻和外屏蔽层组成放电信号线路。 

其中，所述样品为星用介质材料。 

一种地面模拟星用材料内放电的监测方法，所述方法具体步骤如下： 

步骤一、在样品下表面全部粘贴一层导电胶带，将样品通过导电胶带固定在真空室内样品底座上，连接放电信号电路； 

步骤二、开启抽真空系统，对真空室抽真空，至真空度≤9×10^-3Pa时开启电子枪，使电子枪发射高能电子束到样品表面，同时开启示波器，调节示波器的触发电平≤100mV； 

步骤三、当高能电子在样品内部累积达到饱和时，发生内放电现象，在示波器中显示放电波形，即放电瞬态脉冲信号。 

有益效果： 

本发明所述监测装置和方法可在地面模拟卫星内带电环境，并监测内放电脉冲，从而评价星用材料的内放电性能。 

附图说明

图1为本发明所述地面模拟星用材料内放电的监测装置结构示意图； 

其中，1-真空室；2-电子枪；3-高能电子束；4-样品；5-导电胶带；6-样品底座；7-真空过壁；8-电阻；9-地；10-示波器；11-外屏蔽层；12-导线；13-绝缘层；14-抽真空系统。 

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步说明。 

如图1所示的一种地面模拟星用材料内放电的监测装置，所述装置包括真空室1、电子枪2、样品底座6、真空过壁7、电阻8、导线12、外屏蔽层11、绝缘层13、抽真空系统14和示波器10；其中， 

真空室1侧壁开孔连接抽真空系统14； 

样品底座6在真空室1内部底部水平放置且与真空室1四围内壁不接触；样品4下表面通过导电胶带5固定在样品底座6上，样品底座6为绝缘材料，沿样品底座6垂直中心线开有通孔；在所述通孔处对应的真空室(1)下壁面开孔，真空过壁7设置于该孔中； 

在真空室1内部上方安装电子枪2，电子枪2发射端与样品底座6垂直中心线在一条直线上；导线12的一端通过样品底座6上的通孔与样品4下表面的导电胶带5连接，另一端穿过真空过壁7后分为两根，一根连接电阻8后接地，另一根连接示波器10；导线12外部从内向外依次包裹有绝缘层13和外屏蔽层11，电阻8外部包裹外屏蔽层11；绝缘层13、导线12、电阻8和外屏蔽层11组成放电信号线路。 

外屏蔽层11的作用为防止放电信号线路受外部干扰； 

其中，所述样品4为FR4电路板，样品4上下表面为尺寸40×40mm的正方形，厚1.6mm； 

样品底座6的材料为聚四氟乙烯； 

电阻8为50欧姆； 

示波器10型号为泰克3230B，带宽≥200MHz； 

电子枪2型号为U-6； 

一种地面模拟星用材料内放电的监测方法，所述方法具体步骤如下： 

步骤一、在样品4下表面全部粘贴一层导电胶带，将样品4通过导电胶带固定在真空室1内样品底座6上，连接放电信号电路； 

步骤二、开启抽真空系统14，对真空室1抽真空，至真空度≤9×10^-3Pa时开启电子枪2，使电子枪2发射高能电子束3到样品4表面，高能电子束3能量为1.0MeV，束流密度100Pa/cm²，同时开启示波器10，调节示波器10的触发电平≤100mV； 

步骤三、半小时后，当高能电子在样品4内部累积达到饱和时，样品4发生内放电现象，在示波器10中显示放电波形，即放电瞬态脉冲信号。 

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (2)

1.一种地面模拟星用材料内放电的监测装置，其特征在于：所述装置包括真空室(1)、电子枪(2)、样品底座(6)、真空过壁(7)、电阻(8)、导线(12)、外屏蔽层(11)、绝缘层(13)、抽真空系统(14)和示波器(10)；其中，

真空室(1)侧壁开孔连接抽真空系统(14)；

样品底座(6)在真空室(1)内部底部水平放置且与真空室(1)四围内壁不接触；样品(4)下表面通过导电胶带(5)固定在样品底座(6)上，样品底座(6)为绝缘材料，沿样品底座(6)垂直中心线开有通孔；在所述通孔处对应的真空室(1)下壁面开孔，真空过壁(7)设置于该开孔中；

在真空室(1)内部上方安装电子枪(2)，电子枪(2)发射端与样品底座(6)垂直中心线在一条直线上；

导线(12)的一端通过样品底座(6)上的通孔与样品(4)下表面的导电胶带(5)连接，另一端穿过真空过壁(7)后分为两根，一根连接电阻(8)后接地，另一根连接示波器(10)；导线(12)外部从内向外依次包裹有绝缘层(13)和外屏蔽层(11)，电阻(8)外部包裹外屏蔽层(11)；绝缘层(13)、导线(12)、电阻(8)和外屏蔽层(11)组成放电信号线路。

2.采用权利要求1所述的地面模拟星用材料内放电的监测装置的监测方法，其特征在于：所述方法具体步骤如下：

步骤一、在样品(4)下表面粘贴一层导电胶带，将样品(4)通过导电胶带固定在真空室(1)内样品底座(6)上，连接放电信号电路；

步骤二、开启抽真空系统(14)，对真空室(1)抽真空，至真空度≤9×10^-3Pa时开启电子枪(2)，使电子枪(2)发射高能电子束(3)到样品(4)表面，同时开启示波器(10)，调节示波器(10)的触发电平≤100mV；

步骤三、当高能电子在样品(4)内部累积达到饱和时，样品(4)发生内放电现象，在示波器(10)中显示放电波形。

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