CN104535868A - 电磁脉冲辐射环境下静电放电试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电磁脉冲辐射环境下静电放电试验装置，涉及静电放电试验装置领域；包括电磁辐射发生装置、电磁屏蔽装置、真空装置和放电检测装置；电磁辐射发生装置包括电磁辐射模拟器、放电枪和耦合板，放电枪与电磁辐射模拟器连接，耦合板接地；真空装置包括真空泵和真空管；放电检测装置包括放电针、接地平板、电源S1、示波器、限流电阻R1、取样电阻R0和电容C1；接地平板和放电针位于真空管内，示波器用于对接地平板和放电针间的电信号进行检测，放电枪和耦合板位于电磁屏蔽装置内的一侧，真空管位于电磁屏蔽装置内的另一侧，与放电枪和耦合板有一定的距离。本发明能够进行电磁脉冲辐射环境下静电放电特性研究，具有较好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及静电放电试验装置技术领域。
背景技术
在航天领域，航天器（如人造卫星，空间站等）长期暴露在空间环境中，等离子体环境与航天器表面材料相互作用，使航天器表面积累电荷。由于航天器表面材料的介电性能、几何形状等存在差异，引起航天器表面之间、表面与深层之间以及表面与航天器接地之间存在电势差。当电势差达到击穿阈值时，将会发生电晕、弧光等静电放电，放电会对航天器表面材料造成氧化、腐蚀等损伤，此外，静电放电电磁脉冲可通过航天器线缆、结构等耦合进入电路，导致电子设备出现故障，威胁航天器的安全运行。
静电放电是指带电体周围的场强超过周围介质的绝缘击穿场强时，因介质产生电离而使带电体的静电电荷部分或完全消失的现象。影响静电放电特性的因素有很多，如电极结构、材料特性、周围环境等。由于材料特性、表面几何结构、侵蚀程度、光照强度及局部等离子体通量的差异，材料表面充电电位不同，电位差低则几十伏，高可达几十千伏。低电位敏感区域未达到击穿阈值，此时极间电场较弱，电子能量较低，碰撞使分子、原子处于亚稳态，碰撞电离概率较低，未引发放电。充电电位较高区域发生静电放电，产生的强电磁脉冲作用到低电位敏感区域，产生场强叠加效应，且电磁脉冲激发亚稳态的分子、原子电离，产生稠密等离子体，建立电离通道，诱发真空击穿。该诱发因素很可能发生在太阳电池阵等面积较大、结构复杂、材料种类多的裸露表面，导致航天器表面链式放电。
因此，开展电磁脉冲辐射对静电放电特性的影响研究，可为研究航天器静电放电特性提供参考，对于确保航天器的安全运行具有重要意义，在民用和国防领域均具有较好的应用前景。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电磁脉冲辐射环境下静电放电试验装置，能够进行电磁脉冲辐射环境下静电放电特性研究；为航天器电磁辐射环境下静电放电防护工程应用和建立航天器静电防护体系提供支撑，在民用和国防领域均具有较好的应用前景。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种电磁脉冲辐射环境下静电放电试验装置，包括电磁辐射发生装置、电磁屏蔽装置、真空装置和放电检测装置；
所述电磁辐射发生装置包括电磁辐射模拟器、放电枪和耦合板，所述放电枪与电磁辐射模拟器连接，所述耦合板接地；
所述真空装置包括真空泵和与真空泵连接的真空管；
所述放电检测装置包括放电针、接地平板、电源S1、示波器、限流电阻R1、取样电阻R0和电容C1；所述限流电阻R1与放电针连接，放电针与电源S1一端连接，所述电源S1的另一端接地；所述接地平板与取样电阻R0一端连接，所述取样电阻R0的另一端接地；所述的电容C1与电源S1并联；所述放电针和接地平板位于真空管内；所述示波器的高压探头连接在限流电阻R1与放电针之间，示波器的电流探头连接在取样电阻R0和接地平板之间；
所述放电枪和耦合板位于电磁屏蔽装置内的一侧；所述真空管位于电磁屏蔽装置内的另一侧，与放电枪和耦合板有一定的距离。
进一步的技术方案，所述电磁辐射模拟器为静电放电模拟器，所述放电枪为静电放电枪。
进一步的技术方案，所述电磁屏蔽装置为内壁是吸波材料的中空壳体。
进一步的技术方案，所述的吸波材料为泡沫角锥截吸波材料。
进一步的技术方案，所述真空泵与真空管间设有真空计。
进一步的技术方案，所述电源S1为直流高压电源。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明能够进行电磁脉冲辐射环境下静电放电特性研究，为研究航天器静电放电特性提供参考，对于确保航天器的安全运行具有重要意义，在民用和国防领域均具有较好的应用前景。研究空间电磁脉冲辐射环境对航天器表面静电放电特性的影响，为航天器电磁脉冲辐射环境下静电放电防护工程应用和建立航天器静电防护体系提供支撑。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
在附图中：1、电磁辐射模拟器，2、耐高压电缆，3、放电枪，4、电磁屏蔽装置，5、真空管，6、放电针，7、示波器，8、高压探头，9、耦合板，10、耐高压接头，11、接地电缆，12、规管，13、电流探头，14、接地平板，15、真空计，16、规管导线，17、进出气阀门，18、抽气管，19、真空泵。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，电磁脉冲辐射环境下静电放电试验装置，包括电磁辐射发生装置、电磁屏蔽装置4、真空装置和放电检测装置。电磁辐射发生装置包括电磁辐射模拟器1、放电枪3和耦合板9，放电枪3与电磁辐射模拟器1连接，耦合板9接地。电磁辐射模拟器1为静电放电模拟器，放电枪3为静电放电枪。放电枪3通过耐高压电缆2及位于电磁屏蔽装置4上的耐高压接头10与电磁辐射模拟器1连接，耦合板9通过耐高压接头10及接地电缆11接地。电磁辐射模拟器1能够模拟人体模型、人体金属模型、机器模型和带电器件模型等静电放电模型，在-30kV～30kV内连续可调。耐高压电缆2为铜芯聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆，耐压范围为1kV～35kV。放电枪3能够产生满足标准IEC 61000-4-2规定的ESD标准电流，即上升时间在0.7ns～1ns，耐高压接头10耐压范围为-50kV～50kV。
真空装置包括真空泵19和真空管5，真空泵19通过抽气管18和进出气阀门17与真空管5连接。真空泵19与真空管5间设有真空计15，真空计15通过规管导线16、规管12与进出气阀门17紧密相连，规管12位于进出气阀门17上。真空管5内径0.22m，高0.4m，由两台抽速为30L/min(立升/分钟)的机械泵、一台抽速150L/min的罗茨泵、两台抽速为1200L/min的分子泵和两台抽速为1200L/min的溅射离子泵实现真空的获得，依次启动各级中控泵后，真空管5空载压强可以达到10-5Pa。
放电检测装置包括放电针6、接地平板14、电源S1、示波器7、限流电阻R1、取样电阻R0和电容C1；限流电阻R1与放电针6连接，放电针6与电源S1一端连接，电源S1的另一端接地,电源S1为直流高压电源。接地平板14与取样电阻R0一端连接，取样电阻R0的另一端接地；的电容C1与电源S1并联；放电针6和接地平板14位于真空管5内；示波器7的高压探头8连接在限流电阻R1与放电针6之间，示波器7的电流探头13连接在取样电阻R0和接地平板14之间。由于电源S1为直流高压电源，放电检测装置个元件的连接线为耐高压电缆2，其中，取样电阻R0和限流电阻R1分别通过固定在电磁屏蔽装置4上的耐高压接头10与接地平板14和放电针6连接。真空管5内放入放电针6、接地平板14后压强可以达到10-4Pa。真空计15选择复合真空计，测量范围105Pa~10-6Pa，配备电阻规及电离规两中规管12，控制点负载能力AC220V/3A无感负载，控制精度±1%，响应时间小于1s。示波器7带宽为8GHz，采样率可以达到20GS/s。高压探头8带宽200MHz，测试电压范围-20kV～20kV；限流电阻阻值22.4MΩ；稳压电容0.8nF，耐压值可以达到10kV。电流探头13带宽25kHz～1GHz，最大电流12A；耦合板9长40cm，宽40 cm，厚2 cm。电源S1输出电压范围-30kV～30kV，最小步长0.01kV。取样电阻12为无感电阻，阻值50Ω。
放电枪3和耦合板9位于电磁屏蔽装置4内的一侧；真空管5位于电磁屏蔽装置4内的另一侧，与放电枪3和耦合板9有一定的距离。耐高压接头10固定在电磁屏蔽装置4的壳体上。电磁屏蔽装置4对频率范围2GHz～18GHz的电磁波能够吸收30dB。电磁屏蔽装置4为内壁是吸波材料的中空壳体，用于防止外界电磁干扰。吸波材料为泡沫角锥截吸波材料，型号为STP-220。
本发明在工作时，利用真空泵19将真空管5内气压抽至10Pa～4Pa，电源S1通过耐高压电缆2、限流电阻9、耐高压接头10将电压施加到放电针6，该电压低于该条件下的阈值电压；电磁辐射模拟器1通过耐高压电缆2、耐高压接头10将电压加载到放电枪3，产生静电放电，放电电磁脉冲作用到真空管5内的气体产生稠密等离子体，诱发放电针5和接地平板14之间发生放电；示波器7通过高压探头8检测限流电阻9上的电压突变，示波器7通过电流探头13检测取样电阻12上的放电电流，以此验证放电枪3和耦合板9之间的静电放电电磁脉冲诱发真空管5内放电针6和接地板14之间产生真空击穿。
Claims (6)
1. 一种电磁脉冲辐射环境下静电放电试验装置，其特征在于包括电磁辐射发生装置、电磁屏蔽装置（4）、真空装置和放电检测装置；
所述电磁辐射发生装置包括电磁辐射模拟器（1）、放电枪（3）和耦合板（9），所述放电枪（3）与电磁辐射模拟器（1）连接，所述耦合板（9）接地；
所述真空装置包括真空泵（19）和与真空泵（19）连接的真空管（5）；
所述放电检测装置包括放电针（6）、接地平板（14）、电源S1、示波器（7）、限流电阻R1、取样电阻R0和电容C1；所述限流电阻R1与放电针（6）连接，放电针（6）与电源S1一端连接，所述电源S1的另一端接地；所述接地平板（14）与取样电阻R0一端连接，所述取样电阻R0的另一端接地；所述的电容C1与电源S1并联；所述放电针（6）和接地平板（14）位于真空管（5）内；所述示波器（7）的高压探头（8）连接在限流电阻R1与放电针（6）之间，示波器（7）的电流探头（13）连接在取样电阻R0和接地平板（14）之间；
所述放电枪（3）和耦合板（9）位于电磁屏蔽装置（4）内的一侧；所述真空管（5）位于电磁屏蔽装置（4）内的另一侧，与放电枪（3）和耦合板（9）有一定的距离。
2. 根据权利要求1所述的电磁脉冲辐射环境下静电放电试验装置，其特征在于所述电磁辐射模拟器（1）为静电放电模拟器，所述放电枪（3）为静电放电枪。
3. 根据权利要求1所述的电磁脉冲辐射环境下静电放电试验装置，其特征在于所述电磁屏蔽装置（4）为内壁是吸波材料的中空壳体。
4. 根据权利要求3所述的电磁脉冲辐射环境下静电放电试验装置，其特征在于所述的吸波材料为泡沫角锥截吸波材料。
5. 根据权利要求1所述的电磁脉冲辐射环境下静电放电试验装置，其特征在于所述真空泵（19）与真空管（5）间设有真空计（15）。
6. 根据权利要求1所述的电磁脉冲辐射环境下静电放电试验装置，其特征在于所述电源S1为直流高压电源。
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