CN102540127B - 低轨道航天器空间电位探测器校准平台 - Google Patents

低轨道航天器空间电位探测器校准平台 Download PDF

Info

Publication number
CN102540127B
CN102540127B CN201210001733.8A CN201210001733A CN102540127B CN 102540127 B CN102540127 B CN 102540127B CN 201210001733 A CN201210001733 A CN 201210001733A CN 102540127 B CN102540127 B CN 102540127B
Authority
CN
China
Prior art keywords
probe
circuit
measured
plasma
platform
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201210001733.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102540127A (zh
Inventor
宋瑞海
张书锋
贾军伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
514 Institute of China Academy of Space Technology of CASC
Beijing Dongfang Measurement and Test Institute
Original Assignee
514 Institute of China Academy of Space Technology of CASC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 514 Institute of China Academy of Space Technology of CASC filed Critical 514 Institute of China Academy of Space Technology of CASC
Priority to CN201210001733.8A priority Critical patent/CN102540127B/zh
Publication of CN102540127A publication Critical patent/CN102540127A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102540127B publication Critical patent/CN102540127B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

低轨道航天器空间电位探测器校准平台，从而为空间电位探测器提供准确可靠的数据，保证量值传递的准确，保证探测器在型号上的成功应用，包括低地球轨道空间等离子体环境模拟舱，模拟舱的真空室内设置有三维移动试验平台，三维移动试验平台上设置有标准探针组件和待测探针组件，标准探针组件连接标准探针测量电路，所述待测探针组件连接待测探针测量电路，所述模拟舱的真空室壳体分别连接等离子体源和真空获取系统，所述待测探针测量电路包括相互连接的计算机数据处理装置和数据采集装置，所述数据采集装置分别连接探针电压检测电路、探针电流检测电路和探针扫描电源电路，探针电压检测电路、探针电流检测电路和探针扫描电源电路均连接探针。

Description

低轨道航天器空间电位探测器校准平台
技术领域
本发明涉及低轨道航天器空间电位探测技术，特别是一种低轨道航天器空间电位探测器校准平台。
背景技术
从保证航天器和人员安全的角度，研究可靠的空间电位监测系统和其探测方法是十分必要的，飞船和空间站上都需要装配能探测到这个公共地的监测设备即空间等离子体电位探测器，有效地监测航天器的绝对电位，既能研究航天器的充放电情况，又能为航天器对接前主动电位控制提供依据。绝对电位探测技术的研究始于上世纪六七十年代。目前国际上普遍采用基于Langmuir(朗缪尔)探针技术的航天器空间电位探测器，并应用在国际空间站(ISS)上，监测结果反馈良好。统计表明，在美国宇航局(NASA)的航天器计划中，装有Langmuir探针(空间电位探测器的核心部件)的航天器占12.9％。国际空间站(ISS)已经在2000年12月开始装备了FPP(Floating Potential Probe)，只工作了几个月就失效了，它在2001年曾探测到国际空间站的最大充电电压为-23V。国际空间站2005年8月开始装备了浮地电位探测单元(FPMU)，包括宽带Langmuir探针(WLP)、窄带Langmuir探针(NLP)各一个，以及浮地电位探针(FPP)和等离子体阻抗探针(PIP)。它们可测量等离子体空间电位、密度和电子温度，四个电极提供交叉数据，互为参考，互相验证，最终通过联动计算给出可靠的等离子体空间电位数值。其中宽带Langmuir探针(WLP)的测量范围为-80V～+20V，不确定度为±2V。国内一些研究机构在电推进研究、等离子体研究等中使用自研的Langmuir探针，该装置的测量准确性依据Langmuir探针收集电流的简化计算模型，推导计算等离子体特征参数，需要的边界条件和假设条件比较多，测量的不确定性和误差比较大，亟需通过比对、校准来提高测量结果的可信性。本发明人认为，随着我国航天事业的蓬勃发展，越来越多的航天器上需要装备空间电位探测器，将来会产生空间电位探测器标定、校准的大量需求。开展空间电位探测器校准技术的预先研究，能够解决空间电位测量的溯源问题，为空间电位探测器提供准确可靠的数据，保证量值传递的准确，保证探测器在型号上的成功应用。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种低轨道航天器空间电位探测器校准平台，从而为空间电位探测器提供准确可靠的数据，保证量值传递的准确，保证探测器在型号上的成功应用。
本发明的技术方案如下：
低轨道航天器空间电位探测器校准平台，其特征在于，包括低地球轨道空间等离子体环境模拟舱，所述模拟舱的真空室内设置有三维移动试验平台，所述三维移动试验平台上设置有标准探针组件和待测探针组件，所述标准探针组件连接标准探针测量电路，所述待测探针组件连接待测探针测量电路，所述模拟舱的真空室壳体分别连接等离子体源和真空获取系统，所述待测探针测量电路包括相互连接的计算机数据处理装置和数据采集装置，所述数据采集装置分别连接探针电压检测电路、探针电流检测电路和探针扫描电源电路，所述探针电压检测电路、探针电流检测电路和探针扫描电源电路均连接所述待测探针组件中的探针。
所述探针扫描电源电路采用幅度和频率可调的锯齿波电源，所述锯齿波电源给所述探针加上一个周期变化的电压，利用数据采集装置采集探针上的电压和电流值，送到计算机数据处理装置，得到所述探针的悬浮电位和等离子体的空间电位、电子温度和密度的参数。
所述计算机数据处理装置选用工控机，所述数据采集装置选用PCI多功能数据采集卡，所述等离子体源选用微波电子回旋共振ECR等离子体源，所述三维移动试验平台采用步进电机驱动丝杠结构，利用计算机控制所述步进电机把探针送到预定探测位置。
所述探针电压检测电路、探针电流检测电路和探针扫描电源电路均通过光电隔离电路连接所述PCI多功能数据采集卡，所述光电隔离电路从所述PCI多功能数据采集卡接收控制信号和地址信号，并向所述PCI多功能数据采集卡传输数据信号。
所述待测探针组件中的探针选自以下一种或超过一种的组合：球形探针，柱形探针，宽带朗缪尔探针，窄带朗缪尔探针，浮地电位探针，等离子体阻抗探针。
所述待测探针组件包括固定于所述三维移动试验平台上的探针基座，所述探针基座连接探针撑杆，所述探针撑杆的杆部结合有柱形探针或者所述探针撑杆的顶端连接有柱形探针或球形探针。
所述模拟舱的真空室壳体上连接有两个等离子体源，所述等离子体源选用微波电子回旋共振ECR等离子体源，所述两个等离子体源呈同轴相对或异轴斜对交叉。
所述标准探针组件和待测探针组件在所述三维移动试验平台上呈并列设置。
本发明的技术效果如下：
本发明低轨道航天器空间电位探测器校准平台基本工作过程是：真空获取系统使真空室达到预先设定的真空度，利用微波ECR等离子体源，产生稳定、均匀的等离子体环境，例如，等离子体密度范围为106～108/cm3，等离子体温度为1～10eV，利用计算机控制步进电机把探针送到预定探测位置。用幅度和频率可调的锯齿波电源给球形探针加上一个周期变化的电压，利用数据采集模块采集探针上的电压和电流值，送到计算机进行数据处理，得到探针的悬浮电位和等离子体的空间电位、电子温度和密度的参数。标准探针组件的探针和被测探针组件的探针同时测量并比对，从而对被测探针组件的探针实现校准。标准探针组件的探针选用高精度探针，例如，从国外引进标准探针组件及其标准探针测量电路。
附图说明
图1是实施本发明低轨道航天器空间电位探测器校准平台的结构原理示意图。
图2是待测探针测量电路结构示意图。
附图标记列示如下：10-低地球轨道空间等离子体环境模拟舱；11-真空室；12-扩散等离子体；13-等离子体源；14-三维移动试验平台；15-待测探针组件；16-锯齿波电源；17-探针电压；18-数据采集装置；19-计算机数据处理装置；20-探针电流；21-探针撑杆；101-探针；102-探针扫描电源电路；103-探针电流检测电路；104-探针电压检测电路；105-光电隔离电路；106-控制信号；107-地址信号；108-数据信号；109-PCI多功能数据采集卡；110-工控机。
具体实施方式
下面结合附图(图1-图2)对本发明进行说明。
图1是实施本发明低轨道航天器空间电位探测器校准平台的结构原理示意图。图2是待测探针测量电路结构示意图。如图1和图2所示，低轨道航天器空间电位探测器校准平台，包括低地球轨道空间等离子体环境模拟舱10，所述模拟舱10的真空室11内设置有三维移动试验平台14，所述三维移动试验平台14上设置有标准探针组件和待测探针组件15，所述标准探针组件连接标准探针测量电路，所述待测探针组件15连接待测探针测量电路，所述模拟舱10的真空室壳体分别连接等离子体源13和真空获取系统，所述待测探针测量电路包括相互连接的计算机数据处理装置19和数据采集装置18，所述数据采集装置18分别连接探针电压检测电路104、探针电流检测电路103和探针扫描电源电路102，所述探针电压检测电路104、探针电流检测电路103和探针扫描电源电路102均连接所述待测探针组件15中的探针。所述探针扫描电源电路102采用幅度和频率可调的锯齿波电源16，所述锯齿波电源16给所述探针加上一个周期变化的电压，利用数据采集装置18采集探针上的电压和电流值，送到计算机数据处理装置19，得到所述探针的悬浮电位和等离子体的空间电位、电子温度和密度的参数。所述计算机数据处理装置19选用工控机110，所述数据采集装置选用PCI多功能数据采集卡109，所述等离子体源13选用微波电子回旋共振ECR等离子体源，所述三维移动试验平台14采用步进电机驱动丝杠结构，利用计算机控制所述步进电机把探针送到预定探测位置。所述探针电压检测电路104、探针电流检测电路103和探针扫描电源电路102均通过光电隔离电路105连接所述PCI多功能数据采集卡109，所述光电隔离电路105从所述PCI多功能数据采集卡109接收控制信号106和地址信号107，并向所述PCI多功能数据采集卡109传输数据信号108。所述待测探针组件15中的探针选自以下一种或超过一种的组合：球形探针，柱形探针，宽带朗缪尔探针，窄带朗缪尔探针，浮地电位探针，等离子体阻抗探针。所述待测探针组件15包括固定于所述三维移动试验平台14上的探针基座，所述探针基座连接探针撑杆21，所述探针撑杆21的杆部结合有柱形探针或者所述探针撑杆的顶端连接有柱形探针或球形探针。所述模拟舱10的真空室壳体上连接有两个等离子体源，所述等离子体源选用微波电子回旋共振ECR等离子体源，所述两个等离子体源呈同轴相对或异轴斜对交叉。所述标准探针组件和待测探针组件15在所述三维移动试验平台14上呈并列设置。
低地球轨道(LEO)空间等离子体的温度一般在1eV左右，密度为109～1013/m3，而且在空间尺度上很均匀。为了模拟空间等离子体环境，首选必须选择合适的等离子体源。等离子体源按照放电类型来分类可以分为热阴极、冷阴极、高频和微波源。这里采用微波ECR等离子体源。微波ECR等离子体源其原理是将频率为2.45GHz的微波经石英玻璃窗注入到等离子体谐振腔(等离子体放电腔)内，放电腔内气体中的自由电子在微波电磁场的加速下撞击气体分子，使其电离产生新的电子，这些电子也加入到与气体分子的碰撞电离中，如此循环往复最终发生雪崩放电。当放电腔的电离与复合达到动态平衡后将会在放电腔内产生密度稳定的等离子体，特别是采用微波电子回旋共振技术ECR后，产生的等离子体固有频率与输入的微波频率相等，这时等离子体对微波能的吸收会出现一个峰值等离子体密度及稳定性都会大大提高。等离子体沿着磁力线扩散漂移至真空室中，按照双极扩散的规律充满真空室，形成所需要的等离子体环境。
在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。

Claims (5)

1.低轨道航天器空间电位探测器校准平台，其特征在于，包括低地球轨道空间等离子体环境模拟舱，所述模拟舱的真空室内设置有三维移动试验平台，所述三维移动试验平台上设置有标准探针组件和待测探针组件，所述标准探针组件连接标准探针测量电路，所述待测探针组件连接待测探针测量电路，所述模拟舱的真空室壳体分别连接等离子体源和真空获取系统，所述待测探针测量电路包括相互连接的计算机数据处理装置和数据采集装置，所述数据采集装置分别连接探针电压检测电路、探针电流检测电路和探针扫描电源电路，所述探针电压检测电路、探针电流检测电路和探针扫描电源电路均连接所述待测探针组件中的探针；所述模拟舱的真空室壳体上连接有两个等离子体源，所述两个等离子体源选用微波电子回旋共振ECR等离子体源，所述两个等离子体源呈同轴相对或异轴斜对交叉；所述标准探针组件和待测探针组件在所述三维移动试验平台上呈并列设置；所述计算机数据处理装置选用工控机，所述数据采集装置选用PCI多功能数据采集卡，所述三维移动试验平台采用步进电机驱动丝杠结构，利用计算机控制所述步进电机把探针送到预定探测位置。
2.根据权利要求1所述的低轨道航天器空间电位探测器校准平台，其特征在于，所述探针扫描电源电路采用幅度和频率可调的锯齿波电源，所述锯齿波电源给所述待测探针组件中的探针加上一个周期变化的电压，利用数据采集装置采集探针上的电压和电流值，送到计算机数据处理装置，得到所述待测探针组件中的探针的悬浮电位和等离子体的空间电位、电子温度和密度的参数。
3.根据权利要求1所述的低轨道航天器空间电位探测器校准平台，其特征在于，所述探针电压检测电路、探针电流检测电路和探针扫描电源电路均通过光电隔离电路连接所述PCI多功能数据采集卡，所述光电隔离电路从所述PCI多功能数据采集卡接收控制信号和地址信号，并向所述PCI多功能数据采集卡传输数据信号。
4.根据权利要求1所述的低轨道航天器空间电位探测器校准平台，其特征在于，所述待测探针组件中的探针选自以下一种或超过一种的组合：球形探针，柱形探针，宽带朗缪尔探针，窄带朗缪尔探针，浮地电位探针，等离子体阻抗探针。
5.根据权利要求1所述的低轨道航天器空间电位探测器校准平台，其特征在于，所述待测探针组件包括固定于所述三维移动试验平台上的探针基座，所述探针基座连接探针撑杆，所述探针撑杆的杆部结合有柱形探针或者所述探针撑杆的顶端连接有柱形探针或球形探针。
CN201210001733.8A 2012-01-05 2012-01-05 低轨道航天器空间电位探测器校准平台 Active CN102540127B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210001733.8A CN102540127B (zh) 2012-01-05 2012-01-05 低轨道航天器空间电位探测器校准平台

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210001733.8A CN102540127B (zh) 2012-01-05 2012-01-05 低轨道航天器空间电位探测器校准平台

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102540127A CN102540127A (zh) 2012-07-04
CN102540127B true CN102540127B (zh) 2014-06-18

Family

ID=46347465

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210001733.8A Active CN102540127B (zh) 2012-01-05 2012-01-05 低轨道航天器空间电位探测器校准平台

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102540127B (zh)

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103413747B (zh) * 2013-07-18 2016-07-06 北京东方计量测试研究所 空间等离子体测量装置
CN103770953B (zh) * 2013-12-17 2016-12-07 兰州空间技术物理研究所 航天器结构电位主动控制装置及其控制方法
CN103760887B (zh) * 2013-12-24 2016-07-20 兰州空间技术物理研究所 航天器结构电位主动控制装置的验证试验装置及方法
CN105761588B (zh) * 2014-12-19 2018-08-17 中国科学院空间科学与应用研究中心 一种卫星深层充放电现象的模拟装置
CN104678339B (zh) * 2014-12-30 2017-05-17 北京无线电计量测试研究所 一种用于探针式微波电压测量系统的校准装置、系统及方法
CN104614583A (zh) * 2015-02-11 2015-05-13 中国科学院空间科学与应用研究中心 一种悬浮电位监测系统
CN106697338B (zh) * 2015-07-15 2018-10-19 北京卫星环境工程研究所 基于中性气体释放的航天器电位主动控制方法
CN105068031B (zh) * 2015-08-11 2018-07-17 工业和信息化部电子工业标准化研究院 一种微波探针校准用标准样片
CN106604512A (zh) * 2016-12-07 2017-04-26 兰州空间技术物理研究所 离子推力器等离子体参数诊断静电探针定位系统及定位方法
CN108106670B (zh) * 2017-12-15 2021-01-01 北京卫星环境工程研究所 低地球轨道空间环境与效应集成化探测系统
CN109104805A (zh) * 2018-07-25 2018-12-28 北京航空航天大学 朗缪尔探针、朗缪尔探针诊断系统及其诊断方法
CN109525193B (zh) * 2018-09-30 2020-09-11 兰州空间技术物理研究所 一种低轨道高压太阳电池阵电流收集测试系统及方法
CN111315106A (zh) * 2020-03-20 2020-06-19 北京东方计量测试研究所 一种等离子体发生器校准系统
CN111654966A (zh) * 2020-06-05 2020-09-11 北京东方计量测试研究所 一种等离子体测量装置
CN111665709B (zh) * 2020-06-29 2021-10-15 北京东方计量测试研究所 广域空间内统一时间的方法和空间守时系统
CN112530229B (zh) * 2020-12-30 2022-05-31 哈尔滨工业大学 基于四自由度运动机构的空间等离子体参数诊断装置
CN113189409B (zh) * 2021-04-14 2023-04-11 中国科学院国家空间科学中心 一种用于测量空间站在轨充电电位的装置
CN114245553A (zh) * 2021-12-03 2022-03-25 北京东方计量测试研究所 等离子体参数校准方法
CN114236450A (zh) * 2021-12-03 2022-03-25 北京东方计量测试研究所 一种等离子体静电探针校准用模拟负载
CN114245554A (zh) * 2021-12-03 2022-03-25 北京东方计量测试研究所 一种等离子体推力器羽流参数多点测量装置及测量方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1993007683A1 (fr) * 1991-10-02 1993-04-15 Alcatel Espace Systeme de communications par satellites en orbite basse a destination de terminaux
JP2002205697A (ja) * 2001-01-11 2002-07-23 Mitsubishi Electric Corp 人工衛星の統合制御システム
CN2793696Y (zh) * 2005-04-28 2006-07-05 上海理工大学 探测器表面响应特性测试仪
CN201184911Y (zh) * 2008-01-22 2009-01-21 湖北省电力试验研究院 数字化变电站中电子式互感器现场误差校准装置
CN101354406A (zh) * 2008-09-12 2009-01-28 大连理工大学 射频等离子体探针装置
CN101361176A (zh) * 2005-11-04 2009-02-04 韩国标准科学研究院 等离子体诊断设备及方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1993007683A1 (fr) * 1991-10-02 1993-04-15 Alcatel Espace Systeme de communications par satellites en orbite basse a destination de terminaux
JP2002205697A (ja) * 2001-01-11 2002-07-23 Mitsubishi Electric Corp 人工衛星の統合制御システム
CN2793696Y (zh) * 2005-04-28 2006-07-05 上海理工大学 探测器表面响应特性测试仪
CN101361176A (zh) * 2005-11-04 2009-02-04 韩国标准科学研究院 等离子体诊断设备及方法
CN201184911Y (zh) * 2008-01-22 2009-01-21 湖北省电力试验研究院 数字化变电站中电子式互感器现场误差校准装置
CN101354406A (zh) * 2008-09-12 2009-01-28 大连理工大学 射频等离子体探针装置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
庞龙江，徐跃民.地面实验室模拟空间等离子体环境的初步测试.《空间科学学报》.2001,259-265. *
微波ECR等离子体探针检测的研究与设计;王倩;《中国优秀硕士学位论文全文数据库》;20090925;论文3.1、3.2、4.1、6.1、附图3-1、附图4-1、附图6-1 *
王倩.微波ECR等离子体探针检测的研究与设计.《中国优秀硕士学位论文全文数据库》.2009,C042-572.

Also Published As

Publication number Publication date
CN102540127A (zh) 2012-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102540127B (zh) 低轨道航天器空间电位探测器校准平台
CN103969674B (zh) 辐射监测器以及通过辐射监测器的静电计测量电流的方法
CN103770953B (zh) 航天器结构电位主动控制装置及其控制方法
CN108333492A (zh) 绝缘检测电路及方法、电池管理系统
CN204462312U (zh) 一种冲击电压下gis局部放电sf6分解组分分析模拟试验装置
CN102183779A (zh) 一种多方向高能粒子探测器
CN101251585A (zh) 高压电能计量装置整体误差校验方法及装置
CN105651649A (zh) 一种适用于原子磁强计的原子密度实时在线测量方法
CN101437602B (zh) 离子平衡监视器
CN107843776A (zh) 一种空间电场探测仪地面等离子体模拟环境实验测试系统
CN103954888A (zh) 一种悬浮放电试验模型悬浮放电检测定位装置及方法
CN202794435U (zh) 无线高精度同步相位基准装置
CN103018518A (zh) 一种监测航天器表面电位振动电容式传感器的布置与优化方法
CN108286988A (zh) 一种高精度机械陀螺仪伺服综合测试系统及方法
CN108986611A (zh) 一种空间磁场重联现象模拟装置
CN115119375A (zh) 一种多模式朗缪尔探针三合一探测系统及探测方法
CN104391259B (zh) 磁矩实时测试系统及测试方法
CN103954789B (zh) 离子速度分布函数瞬时测量装置及方法
Zou et al. Measurement method of ionic mobilities in direct current corona discharge in air
CN102891063A (zh) 空间用四极滤质器及同时获得大气密度和大气成分的方法
CN103605147B (zh) 基于边缘积分的多维电子束能量密度的测定方法及系统
CN102944721A (zh) 一种卫星尾区离子电流收集测试装置及方法
CN105510838A (zh) 充电电池在线检测装置及基于该装置检测内阻的方法
Li et al. Improving the accuracy of insulation resistance measurements of a single arm unbalanced bridge using a parameter matching design and filtering algorithm for battery packs used in electric ships
Kirkham On the measurement of stationary electric fields in air

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant