CN104535482A - 空间紫外辐照试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空间紫外辐照试验装置，包括机械结构单元，所述机械结构单元包括相互连接的真空室、管路、机械泵、罗茨泵、分子泵、真空泵、制冷机、水冷机、恒温水冷机，还包括辐照单元，所述辐照单元包括氙灯、氙灯电源、氘灯、氘灯电源、石英玻璃；所述真空室一侧设有氘灯法兰盘和氙灯法兰盘，所述氙灯通过氙灯法兰安装于氙灯法兰盘上，所述氙灯与氙灯电源电连接；所述氙灯法兰上安装有石英玻璃；所述氙灯通过氙灯法兰将紫外光垂直射入真空室内，所述氘灯通过氘灯法兰安装于氘灯法兰盘上，所述氘灯与氘灯电源连接；所述氘灯通过氘灯法兰将紫外光射入所述真空室内，所述氘灯法兰上连接真空泵。

Description

空间紫外辐照试验装置

技术领域

本发明涉及空间环境试验技术领域，特别是指一种空间紫外辐照试验装置。

背景技术

空间环境下，由太阳产生的真空紫外可引起相关涂层材料光学性能、力学性能和化学性能的退化。紫外辐射的波长为115-400nm。空间紫外辐照试验就是在地面模拟真空环境下的空间紫外辐照。试验的紫外辐照强度一般为太阳真空紫外辐照强度的5-10倍，并要求在试验过程中保持恒定。空间紫外辐照试验一般会持续进行2-3个月，根据试验对象和试验要求的不同试验时间略微有变化。

美国NASA、欧洲ESA均已经建立了用来进行航天器材料空间紫外辐照试验的设备，得到了多种材料空间紫外辐照条件下的性能退化曲线，为航天器热控设计和结构设计起到了重要支撑作用。国内相关研究机构在紫外辐照领域也进行了一些探索性研究，但没有形成成熟稳定的试验设备和系统，主要缺陷如下：1)不具备110-400nm波长范围内的紫外辐照试验能力，只能进行200nm以上的近紫外辐照试验；2)使用汞灯光源，紫外辐照强度不可控；3)一般采用太阳能电池片作为辐照强度探测装置，未采用高精度辐照强度传感器，试验精度低；4)一般不具备低温热沉系统，空间环境模拟不充分。

发明内容

本发明提供一种空间紫外辐照试验装置，解决当前空间紫外辐照试验不可控、精度低，只能提供200nm波长以上紫外辐照问题，从而提高试验精度。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种空间紫外辐照试验装置，包括机械结构单元，所述机械结构单元包括相互连接的真空室、管路、机械泵、罗茨泵、分子泵、真空泵、制冷机、水冷机、恒温水冷机，还包括辐照单元，所述辐照单元包括氙灯、氙灯电源、氘灯、氘灯电源、石英玻璃；所述真空室一侧设有氘灯法兰盘和氙灯法兰盘，所述氙灯通过氙灯法兰安装于氙灯法兰盘上，所述氙灯与氙灯电源电连接；所述氙灯法兰上安装有石英玻璃；所述氙灯通过氙灯法兰将紫外光垂直射入真空室内，所述氘灯通过氘灯法兰安装于氘灯法兰盘上，所述氘灯与氘灯电源连接；所述氘灯通过氘灯法兰将紫外光射入所述真空室内，所述氘灯法兰上连接真空泵。其中，石英玻璃厚度应大于10mm，对200-400nm波长的紫外光透过率不小于90％。

作为优选，所述真空室内设有移动导轨、样品台和热沉管路，所述样品台可水平、垂直移动安装于移动导轨上，以调节样品台与氙灯、氘灯的位置关系，所述热沉管路通过管路与制冷机相连通组成真空低温热沉，最低温度可达-70℃，表面发射率大于0.92。所述真空室内还可增设有真空计，真空计可测量真空室的真空度，从而控制真空室的真空度可达1.3×10^-3Pa以下。真空室内部应尽量使用金属材料，以避免紫外光对非金属材料辐照产生的挥发物污染试验样品。

作为优选，所述氘灯和氙灯将紫外线照射至样品台上，氙灯发光光谱可从190nm波长开始，电功率应大于1000W，光功率大于100W；氙灯配有匀光装置，在100mm×100mm的辐照区域内，其辐照强度不均匀性小于15％，氘灯发光光谱可从110nm开始至200nm截止，其电功率应不小于200W。

作为优选，所述样品台为紫铜板，所述样品台下表面绕接有铜管，所述铜管与恒温水冷机相连接。

作为优选，还包括控制柜，所述控制柜内安装有控制与数据采集单元，所述控制与采集数据单元包括固定于样品台上的测温单元、紫外传感器A、紫外传感器B以及用于控制氘灯的氘灯控制器、用于控制氙灯的氙灯控制器、用于采集测温单元、紫外传感器A、紫外传感器B检测到的数据的数据采集器、通过接收数据采集器采集的数据发出控制指令的控制计算机，所述氘灯电源通过所述氘灯控制器与所述控制计算机连接，所述氙灯电源通过所述氙灯控制器与所述控制计算机连接。可实时监测样品台温度；通过控制与采集数据单元可将样品台温度控制在20±6℃，温控精度为1℃。其中紫外传感器A可探测200-400nm波长范围内的紫外强度；紫外传感器B可探测110-200nm波长范围内的紫外强度；紫外传感器A、紫外传感器B均与控制计算机连接。氘灯电源通过氘灯控制器与控制计算机连接，氙灯电源通过氙灯控制器与控制计算机连接；氙灯控制器利用闭环反馈控制原理，通过紫外传感器A和氙灯电源控制、调节氙灯射出的200-400nm波段范围内紫外辐照强度，可使辐照强度值恒定，误差不大于5％。控制与数据采集单元能实现装置的自动化管理，包括试验数据自动记录、保存、查询，自动报警和无人值守的功能。

作为优选，所述真空室一侧还设有氮气入口阀和备用的接插件接口法兰盘。

作为优选，所述氘灯法兰盘上有氘灯法兰A和氘灯法兰B，其中一个垂直安装，另一个水平倾斜30±1°安装；所述氘灯法兰盘可一次安装两个所述氘灯。

作为优选，所述真空泵通过真空泵法兰安装于真空室一侧。

作为优选，所述氘灯法兰盘与氘灯法兰间安装有插板阀B，在氙灯使用寿命结束时，可在不破坏真空室内真空度的情况下更换氘灯，所述管路上设有挡板阀和插板阀A。

作为优选，所述样品台被辐照面开有若干M3螺纹孔和M2螺纹孔，所述M3螺纹孔和M2螺纹孔围绕样品台中心，呈同心圆周均布，以便固定样品。

本发明具有的有益效果如下：

1)具备110-400nm波长范围内的紫外辐照试验能力；

2)使用氙灯光源，在提高试验光谱与太阳光谱等效性的同时，提高了紫外辐照强度；

3)采用高精度紫外传感器，提高试验精度；

4)具备真空低温热沉和恒温样平台，更加真实的模拟了空间环境；

5)智能化试验能力，试验过程中可无人值守；

6)可在不破坏真空室内真空度的条件下进行换灯操作。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明中一种空间紫外辐照试验装置实施例的结构示意图；

图2为图1中真空室内部结构示意图；

图3为图1俯视图；

图4为图1中样平台主视图；

图5为图1中氘灯法兰结构图。

图中：1为真空室，2为控制柜，3为插板阀B，4为氘灯法兰盘，5为氙灯法兰盘，6为氙灯，7为接插件接口法兰盘，8为挡板阀，9为插板阀A，10为管路，11为分子泵，12为机械泵，13为罗茨泵，14为制冷机，15为水冷机，16为空气泵，17为恒温水冷机，18为移动导轨，19为样平台，20为热沉管路，21为氘灯，22为氙灯法兰，23为石英玻璃，24为真空泵，25为氘灯法兰，26为紫外传感器B，27为紫外传感器A，28为M2螺纹孔，29为M3螺纹孔，30为测温单元，31为氘灯法兰A，32为氘灯法兰B，33为氮气入口阀，34为氘灯法兰盘，35为真空泵法兰。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

一种空间紫外辐照试验装置，如图1、图3和图5所示，包括机械结构单元，所述机械结构单元包括相互连接的真空室1、管路10、机械泵12、罗茨泵13、分子泵11、真空泵24、制冷机14、水冷机15、恒温水冷机17，还包括辐照单元，所述辐照单元包括氙灯6、氙灯电源、氘灯21、氘灯电源、石英玻璃23；所述真空室1一侧设有氘灯法兰盘4和氙灯法兰盘5，所述氙灯6通过氙灯法兰22安装于氙灯法兰盘5上，所述氙灯6与氙灯电源电连接；所述氙灯法兰22上安装有石英玻璃23；所述氙灯6通过氙灯法兰22将紫外光垂直射入真空室1内，所述氘灯21通过氘灯法兰31安装于氘灯法兰盘4上，所述氘灯21与氘灯电源连接；所述氘灯21通过氘灯法兰31将紫外光射入所述真空室1内，所述氘灯法兰31上连接真空泵24。其中，石英玻璃23厚度应大于10mm，对200-400nm波长的紫外光透过率不小于90％。

如图2所示，所述真空室内设有移动导轨18、样品台19和热沉管路20，所述样品台19可水平、垂直移动安装于移动导轨18上，用以调节样品台19与氙灯6、氘灯21的位置关系，所述热沉管路20通过管路10与制冷机14相连通组成真空低温热沉，最低温度可达-70℃，表面发射率大于0.92。所述真空室1内还可增设有真空计，真空计可测量真空室1的真空度，从而控制真空室1的真空度可达1.3×10^-3Pa以下。真空室1内部应尽量使用金属材料，以避免紫外光对非金属材料辐照产生的挥发物污染试验样品。所述氘灯21和氙灯6将紫外线照射至样品台19上，氙灯6发光光谱可从190nm波长开始，电功率应大于1000W，光功率大于100W；氙灯6配有匀光装置，在100mm×100mm的辐照区域内，其辐照强度不均匀性小于15％，氘灯21发光光谱可从110nm开始至200nm截止，其电功率应不小于200W。所述样品台19为紫铜板，所述样品台19下表面绕接有铜管，所述铜管与恒温水冷机17相连接。

如图1所示，还包括控制柜2，所述控制柜2内安装有控制与数据采集单元，所述控制与采集数据单元包括固定于样品台19上的测温单元30、紫外传感器A27、紫外传感器B26以及用于控制氘灯21的氘灯控制器、用于控制氙灯6的氙灯控制器、用于采集测温单元30、紫外传感器A27、紫外传感器B26检测到的数据的数据采集器、通过接收数据采集器采集的数据发出控制指令的控制计算机，所述氘灯电源通过所述氘灯控制器与所述控制计算机连接，所述氙灯电源通过所述氙灯控制器与所述控制计算机连接。可实时监测样品台温度；通过控制与采集数据单元可将样品台19温度控制在20±6℃，温控精度为1℃。其中紫外传感器A27可探测200-400nm波长范围内的紫外强度；紫外传感器B26可探测110-200nm波长范围内的紫外强度；紫外传感器A27、紫外传感器B26均与控制计算机连接。氘灯电源通过氘灯控制器与控制计算机连接，氙灯电源通过氙灯控制器与控制计算机连接；氙灯控制器利用闭环反馈控制原理，通过紫外传感器A27和氙灯电源控制、调节氙灯6射出的200-400nm波段范围内紫外辐照强度，可使辐照强度值恒定，误差不大于5％。控制与数据采集单元能实现装置的自动化管理，包括试验数据自动记录、保存、查询，自动报警和无人值守的功能。

如图1和图5所示，所述真空室1一侧还设有氮气入口阀33和备用的接插件接口法兰盘7。

如图5所示，所述氘灯法兰盘4上有氘灯法兰A31和氘灯法兰B32，其中一个垂直安装，另一个水平倾斜30±1°安装；所述氘灯法兰盘4可一次安装两个所述氘灯。

如图5所示，所述真空泵24通过真空泵法兰35安装于真空室一侧。

如图1所示，所述氘灯法兰盘34与氘灯法兰25间安装有插板阀B3，在氙灯6使用寿命结束时，可在不破坏真空室1内真空度的情况下更换氘灯，所述管路10上设有挡板阀8和插板阀A3。

如图4所示，所述样品台19被辐照面开有若干M3螺纹孔29和M2螺纹孔28，所述M3螺纹孔29和M2螺纹孔28围绕样品台19中心，呈同心圆周均布，以便固定样品。

本装置进行空间紫外辐照试验的步骤如下：

1)将试验样品固定至样平台，送入真空室内，通过导轨调节样平台位置后，关闭真空舱室大门；

2)抽真空，真空室内真空度达到1.3×10^-3Pa后，开热沉，开恒温冷水机；

3)设定试验所需辐照强度，打开氙灯、氘灯进行试验，实验数据(辐照强度、辐照时间等)自动记录；

4)完成是要要求的辐照时间后，氙灯、氘灯关闭，热沉、恒温冷水机关闭，抽真空系统关闭；

5)将真空室恢复至常压状态，取出式样样品。

6)特别的，当氘灯到达额定寿命时，系统会自动提示换灯。操作如下：关闭氘灯；将插板阀B关闭，然后在氘灯法兰与氘灯之间的密闭小空间内充入足够氮气，待其恢复至常压后更换氘灯；换灯后真空泵开机，对氘灯法兰与氘灯之间的密闭小空间进行抽真空操作，待其真空度低于1Pa后，打开插板阀B，试验继续。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种空间紫外辐照试验装置，包括机械结构单元，所述机械结构单元包括相互连接的真空室、管路、机械泵、罗茨泵、分子泵、真空泵、制冷机、水冷机、恒温水冷机，其特征在于，还包括辐照单元，所述辐照单元包括氙灯、氙灯电源、氘灯、氘灯电源、石英玻璃；所述真空室一侧设有氘灯法兰盘和氙灯法兰盘，所述氙灯通过氙灯法兰安装于氙灯法兰盘上，所述氙灯与氙灯电源电连接；所述氙灯法兰上安装有石英玻璃；所述氙灯通过氙灯法兰将紫外光垂直射入真空室内，所述氘灯通过氘灯法兰安装于氘灯法兰盘上，所述氘灯与氘灯电源连接；所述氘灯通过氘灯法兰将紫外光射入所述真空室内，所述氘灯法兰上连接真空泵。

2.根据权利要求1所述的一种空间紫外辐照试验装置，其特征在于，所述真空室内设有移动导轨、样品台和热沉管路，所述样品台可水平、垂直移动安装于移动导轨上，所述热沉管路通过管路与制冷机相连通组成真空低温热沉。

3.根据权利要求2所述的一种空间紫外辐照试验装置，其特征在于，所述氘灯和氙灯将紫外线照射至样品台上。

4.根据权利要求2或3所述的一种空间紫外辐照试验装置，其特征在于，所述样品台为紫铜板，所述样品台下表面绕接有铜管，所述铜管与恒温水冷机相连接。

5.根据权利要求4所述的一种空间紫外辐照试验装置，其特征在于，还包括控制柜，所述控制柜内安装有控制与数据采集单元，所述控制与采集数据单元包括固定于样品台上的测温单元、紫外传感器A、紫外传感器B以及用于控制氘灯的氘灯控制器、用于控制氙灯的氙灯控制器、用于采集测温单元、紫外传感器A、紫外传感器B检测到的数据的数据采集器、通过接收数据采集器采集的数据发出控制指令的控制计算机，所述氘灯电源通过所述氘灯控制器与所述控制计算机连接，所述氙灯电源通过所述氙灯控制器与所述控制计算机连接。

6.根据权利要求5所述的一种空间紫外辐照试验装置，其特征在于，所述真空室一侧还设有氮气入口阀和备用的接插件接口法兰盘。

7.根据权利要求1所述的一种空间紫外辐照试验装置，其特征在于，所述氘灯法兰盘上有氘灯法兰A和氘灯法兰B，其中一个垂直安装，另一个水平倾斜30±1°安装；所述氘灯法兰盘可一次安装两个所述氘灯。

8.根据权利要求2所述的一种空间紫外辐照试验装置，其特征在于，所述真空泵通过真空泵法兰安装于真空室一侧。

9.根据权利要求4至6任意项所述的一种空间紫外辐照试验装置，其特征在于，所述氘灯法兰盘与氘灯法兰间安装有插板阀B，所述管路上设有挡板阀和插板阀A。

10.根据权利要求9所述的一种空间紫外辐照试验装置，其特征在于，所述样品台被辐照面开有若干M3螺纹孔和M2螺纹孔，所述M3螺纹孔和M2螺纹孔围绕样品台中心，呈同心圆周均布。