CN103792178A - 星用材料在轨暴露试验透过率变化测试探头及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种星用材料在轨暴露试验透过率变化测试探头及其使用方法，该测试探头包括支架，支架上设有两个以上的光电传感器，每个光电传感器上方对应设置有透明光学材料，透明光学材料上设有盖板，盖板上设有两个以上的通孔，每个通孔下方对应设有透明光学材料，盖板固定连接支架。该使用方法包括：测试探头搭载于航天器外部，在轨运行期间，在相同的光照条件下，测量每个光电传感器的电流；将测试的电流回传至地面，并将试验样品的电流与对比样品的电流进行对比，得到对比电流变化情况，即得到作为试验样品的透明光学材料在空间环境中透过率变化的情况。本发明结构简单、可靠，能够对在轨暴露的星用材料光学透过率变化进行在线测试。
Description
技术领域
本发明属于航天器材料空间环境效应测试领域，具体涉及一种星用材料在轨暴露试验透过率变化测试探头及其使用方法。
背景技术
星用材料在轨暴露试验对验证卫星外部材料性能，验证地面模拟试验数据和校准地面模拟试验方法等方面具有不可替代的作用，对航天技术的发展具有重要意义。国内外已经开展了大量材料在轨暴露试验，这些试验大致可分为两类，一类是被动暴露试验，即在空间对材料样品进行暴露，回收后在地面进行性能表征测试等，以获取材料性能变化的数据；一类是主动暴露试验，即在空间对材料样品进行暴露的同时，通过在线测试技术对样品的性能进行原位测试，以获取材料性能随暴露时间变化的趋势。
星用材料在轨暴露过程中，有些材料的光学透过率变化并非线性变化，此外，在回收过程中暴露试验样品容易受到其它因素影响，造成光学透过率测试结果产生较大偏差，因此无法回收后再进行测试。在地面针对材料光学透过率进行直接表征测试一般都需要使用专门设备，如分光光度计等，此类设备体积和重量大、技术含量和精密程度高，无法满足在轨测试的要求。
发明内容
在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
本发明实施例的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种结构简单、可靠，能够对在轨暴露的星用材料光学透过率变化进行在线测试的探头。
本发明还提供星用材料在轨暴露试验透过率变化测试探头的使用方法。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种星用材料在轨暴露试验透过率变化测试探头，包括支架，所述支架上设有两个以上的光电传感器，每个所述光电传感器上方对应设置有透明光学材料，所述透明光学材料上设有盖板，所述盖板上设有两个以上的通孔，每个所述通孔下方对应设有透明光学材料，所述盖板固定连接所述支架；其中一个透明光学材料作为星用材料在轨暴露试验的对比样品，其他透明光学材料作为星用材料在轨暴露试验的试验样品。
本发明提供一种星用材料在轨暴露试验透过率变化测试探头的使用方法，包括以下步骤：
测试探头搭载于航天器外部，在轨运行期间，在相同的光照条件下，测量每个光电传感器的电流；
将每个光电传感器的电流回传至地面，并将放置作为试验样品的透明光学材料的光电传感器的电流与其中一个放置作为对比样品的透明光学材料的光电传感器的电流进行对比，得到对比电流变化情况，即得到作为试验样品的透明光学材料在空间环境中透过率变化的情况。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、结构简单、可靠、易实现；
2、可以对在轨暴露的星用材料光学透过率变化进行在线测试；
3、可随样品数量延长或缩短探头长度，实现多个样品的同时试验。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的星用材料在轨暴露试验透过率变化测试探头的分解示意图。
附图标记：
1-支架，10-第一凹槽，11-凸台；
2-光电传感器，21-第一光电传感器，22-第二光电传感器；
3-透明光学材料，31-第一透明光学材料，32-第二透明光学材料；
4-盖板；
5-通孔，51-第一通孔，52-第二通孔；
6-开孔。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，一种星用材料在轨暴露试验透过率变化测试探头，包括支架1，支架1上设有两个以上的光电传感器2，每个光电传感器2上方对应设置有透明光学材料3，透明光学材料3上设有盖板4，盖板4上设有两个以上的通孔5，每个通孔5下方对应设有透明光学材料3，盖板4固定连接支架1；其中一个透明光学材料3作为星用材料在轨暴露试验的对比样品，其他透明光学材料3作为星用材料在轨暴露试验的试验样品。
本发明通过盖板和支架固定光电传感器和透明光学材料，通过监测和记录光电传感器感应电流的变化，可以反映出试验样品透明光学材料的透过率变化情况，实现星用材料在轨暴露试验透过率变化的在线测试功能，具有结构简单、可靠、易实现的优点。
本实施例中，支架1上设有两个以上的第一凹槽10，每个光电传感器2相应放置在第一凹槽10中。
通过设置凹槽来固定光电传感器，结构简单、可靠。
本实施例中，第一凹槽10的内部设有凸台11，光电传感器2放置在凸台11上。可以将光电传感器的四周放置在凸台上。
本实施例中，至少一个透明光学材料3为JGS1石英玻璃。
本发明选用JGS1石英玻璃为对比样品，JGS1是目前常用的透明星用光学材料中空间环境适应性最好的材料之一，在地面试验中经过相当于在轨暴露10年以上的环境考核试验后，透过率仍能保持在90%以上。因此，JGS1石英玻璃是理想的对比样品。
本实施例中，盖板4上设有第二凹槽，透明光学材料3设置在相应的所述第二凹槽中。通过第二凹槽固定透明光学材料，简单易行。
优选的，支架1上并排设有两个第一凹槽10，一个第一凹槽10内设有第一光电传感器21，另一个第一凹槽10内设有第二光电传感器22，第一光电传感器21上设有第一透明光学材料31，第二光电传感器22上设有第二透明光学材料32，第一、二透明光学材料31,32上设有盖板4，第一透明光学材料31上对应设有第一通孔51，第二透明光学材料31上对应设有第二通孔52。
本发明的上述实施例中可以用于检测一个样品，还可以根据样品数量延长或缩短探头长度，即增加支架上第一凹槽、光电传感器、透明光学材料及通孔的数量，用于放置多个样品，实现多个样品的同时试验。
本实施例中，第一通孔51的形状与其对应的第一光电传感器21的外形相同，第二通孔52的形状与其对应的第二光电传感器22的外形相同。
外形相同，保证了第一、二光电传感器的最大透光率。
优选的，第一通孔51和第二通孔52均为方形通孔。相应的第一、二光电传感器外形为方形。
本实施例中，盖板4与支架1的四个角分别设有开孔6，开孔6穿设有螺栓。盖板与支架通过螺栓固定连接，从而将光电传感器与透明光学材料之间的样品固定。
本发明还提供一种星用材料在轨暴露试验透过率变化测试探头的使用方法，包括以下步骤：
测试探头搭载于航天器外部，在轨运行期间，在相同的光照条件下，测量每个光电传感器的电流；
将每个光电传感器的电流回传至地面，并将放置作为试验样品的透明光学材料的光电传感器的电流与其中一个放置作为对比样品的透明光学材料的光电传感器的电流进行对比，得到对比电流变化情况，即得到作为的试验样品的透明光学材料在空间环境中透过率变化的情况。
本发明利用光电传感器电流变化间接反映材料光学透过率来设计一种探头，试验样品的透过率变化会造成光电传感器感应电流的变化。因此，通过监测和记录光电传感器感应电流的变化，可以反映出试验样品的透过率变化情况，实现星用材料在轨暴露试验透过率变化的在线测试功能。本发明提出的测试探头结构简单、可靠、易实现，还可随样品数量延长或缩短探头的支架宽度，在支架上放置多个光电传感器，实现多个样品的同时试验。
本发明的透明光学材料可以选用透明石英玻璃或透明光学薄膜，其他多种光学材料也可以作为探测对象。例如表1中所列举的测试样品。
下面以星用光学玻璃在轨暴露试验为例，说明本发明的测试原理：
光学玻璃是航天器光学部件镜头常用的材料，常置于航天器外部，需经受空间辐射环境的影响。在轨运行一段时间后，由于辐射环境对光学玻璃损伤的累积形成总剂量效应，会在光学玻璃内部形成色心等缺陷，影响光学玻璃的透过率。在第一光电传感器的位置安装暴露试验材料，暴露试验材料相当于第一透明光学材料，在第二光电传感器的位置安装JGS1石英玻璃，第二透明光学材料相当于JGS1石英玻璃，在相同的光照条件下，通过测量对比第一光电传感器和第二光电传感器的电流变化情况，可以得到暴露试验材料在空间辐射环境中光学性能变化的情况。表1所示为部分光学玻璃材料在经过1×107rad(Si)总剂量辐照后的试验数据，可以看到本测试方法得到的结果与通过专业透过率测试设备测量的结果误差小于6%。
表1部分光学材料总剂量效应测试结果（1×107rad(Si)）
| 样品 | 传感器2电流 | 传感器1电流 | 比率 | 实测透过率 | 误差 |
| LaF3 | 3.53 | 2.61 | 73.93% | 77.53% | -4.64% |
| K9 | 3.47 | 3.02 | 87.03% | 88.55% | -1.72% |
| ZF | 3.38 | 2.51 | 74.26% | 78.16% | -4.99% |
| BaK3 | 3.16 | 2.78 | 87.97% | 87.26% | 0.81% |
| LaK5 | 3.16 | 2.69 | 85.13% | 82.82% | 2.79% |
| F9 | 3.31 | 2.64 | 79.76% | 75.77% | 5.27% |
| QF | 3.16 | 2.53 | 80.06% | 78.53% | 1.95% |
在本发明上述各实施例中，实施例的序号仅仅便于描述，不代表实施例的优劣。对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本发明的装置和方法等实施例中，显然，各部件或各步骤是可以分解、组合和/或分解后重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。同时，在上面对本发明具体实施例的描述中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。
最后应说明的是：虽然以上已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。
Claims (10)
1.一种星用材料在轨暴露试验透过率变化测试探头，其特征在于，包括支架，所述支架上设有两个以上的光电传感器，每个所述光电传感器上方对应设置有透明光学材料，所述透明光学材料上设有盖板，所述盖板上设有两个以上的通孔，每个所述通孔下方对应设有透明光学材料，所述盖板固定连接所述支架；其中一个透明光学材料作为星用材料在轨暴露试验的对比样品，其他透明光学材料作为星用材料在轨暴露试验的试验样品。
2.根据权利要求1所述的星用材料在轨暴露试验透过率变化测试探头，其特征在于，所述支架上设有两个以上的第一凹槽，每个所述光电传感器相应放置在所述第一凹槽中。
3.根据权利要求2所述的星用材料在轨暴露试验透过率变化测试探头，其特征在于，所述第一凹槽的内部设有凸台，所述光电传感器放置在所述凸台上。
4.根据权利要求1所述的星用材料在轨暴露试验透过率变化测试探头，其特征在于，至少一个所述透明光学材料为JGS1石英玻璃。
5.根据权利要求1-4任一项所述的星用材料在轨暴露试验透过率变化测试探头，其特征在于，所述盖板上设有第二凹槽，所述透明光学材料设置在相应的所述第二凹槽中。
6.根据权利要求1所述的星用材料在轨暴露试验透过率变化测试探头，其特征在于，所述支架上并排设有两个第一凹槽，一个第一凹槽内设有第一光电传感器，另一个第一凹槽内设有第二光电传感，所述第一光电传感器上设有第一透明光学材料，所述第二光电传感器上设有第二透明光学材料，所述第一、二透明光学材料上设有盖板，所述第一透明光学材料上对应设有第一通孔，所述第二透明光学材料上对应设有第二通孔。
7.根据权利要求6所述的星用材料在轨暴露试验透过率变化测试探头，其特征在于，所述第一通孔的形状与其对应的第一光电传感器的外形相同，所述第二通孔的形状与其对应的第二光电传感器的外形相同。
8.根据权利要求6所述的星用材料在轨暴露试验透过率变化测试探头，其特征在于，所述第一通孔和第二通孔均为方形通孔。
9.根据权利要求6或7所述的星用材料在轨暴露试验透过率变化测试探头，其特征在于，所述盖板与所述支架的四个角分别设有开孔，所述开孔穿设有螺栓。
10.根据权利要求1-9任一项所述星用材料在轨暴露试验透过率变化测试探头的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
测试探头搭载于航天器外部，在轨运行期间，在相同的光照条件下，测量每个光电传感器的电流；
将每个光电传感器的电流回传至地面，并将放置作为试验样品的透明光学材料的光电传感器的电流与其中一个放置作为对比样品的透明光学材料的光电传感器的电流进行对比，得到对比电流变化情况，即得到作为试验样品的透明光学材料在空间环境中透过率变化的情况。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant |