CN105319426B - 一种卫星深层充电电位的探测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种卫星深层充电电位探测装置，包括：遮挡金属板(1)、测试介质板(2)、金属压条(3)、上电极(4)、下电极(5)、旋转金属板(6)、电机(7)及探测装置外壳(8)，其中遮挡金属板(1)安装在探测装置外壳(8)上；测试介质板(2)采用绝缘材料制成，安装在探测装置外壳(8)上，用于收集穿透遮挡金属板(1)的空间带电粒子；金属压条(3)嵌入在测试介质板(2)内，且通过导线与上电极(4)相连；旋转金属板(6)安装在上电极(4)和下电极(5)中间，且其周边设置有规则的空隙，并且其与电机(7)相连以便在电机(7)的带动下旋转。
Description
技术领域
本发明涉及卫星防护领域，尤其涉及一种用于中高轨道卫星的卫星深层充电电位的探测装置。
背景技术
卫星内部的介质或不接地导体由于高能粒子的作用，会形成类似于地面上的静电带电的卫星深层充电，也即空间带电粒子在卫星的内部介质中累积，这会造成卫星的内部介质中发生电荷积累而形成介质内部不均匀电场或者与周围的大电位差。当介质内部电场集中区域的电场强度超过介质所能忍受强度或者与周围空间电场强度超过空间忍受电场强度，便会造成卫星内部介质不同部分之间出现放电，即如地面的静电放电。静电放电会释放出来电流脉冲、电磁脉冲及热脉冲，电流脉冲和电磁脉冲都会直接或间接耦合进卫星电子学系统，干扰甚至伤害卫星的安全。因此，需要在卫星上安装深层充电电位的探测装置，用来探测卫星深层充电的危险程度，以便为卫星在轨管理和故障诊断及后续卫星设计提供依据。
目前，对于卫星深层充电进行探测的方法可以采取空间粒子能谱分析方法，即利用半导体等传感器将空间粒子的能谱进行精确测量，而后根据深层充电的判据进行分析。这类方法，由于不是直接测量卫星内部介质的电位，存在着测量结果不够直观的问题。
发明内容
因此，为了克服上述问题，本发明提供一种卫星深层充电电位的探测装置，该装置的工作原理在于：利用遮挡金属板来类似于卫星蒙皮的功能，用于阻挡低能量的空间粒子；并利用测试介质板对穿透遮挡金属板的空间带电粒子进行电荷收集；此外，利用嵌入在测试介质板内的金属眼跳引出所需要测试处的电位并与上电极相连；在电机的带动下，旋转金属板旋转，使得上电极和下电极之间不断地交替地经过旋转金属板板面和空隙。于是，当上电极带有电位的情况下，下电极将不断感应出电荷并形成电流，对此电流进行检测并通过反演计算就可以得出测试引线处的电位，也即卫星深层的充电电位，也就可以表征卫星深层充电的危险程度。
根据本发明的卫星深层充电电位探测装置，包括：遮挡金属板、测试介质板、金属压条、上电极、下电极、旋转金属板、电机及探测装置外壳，其中遮挡金属板安装在探测装置外壳上；测试介质板采用绝缘材料制成，安装在探测装置外壳上，用于收集穿透遮挡金属板的空间带电粒子；金属压条嵌入在测试介质板内，且通过导线与上电极相连；旋转金属板安装在上电极和下电极中间，且其周边设置有规则的空隙，并且其与电机相连以便在电机的带动下旋转。
根据本发明的一个优选实施例的卫星深层充电电位探测装置，其中的遮挡金属板的厚度为0.5mm，厚度误差范围小于0.1mm。
根据本发明的一个优选实施例的卫星深层充电电位探测装置，其中的遮挡金属板和测试介质板均为片形结构。
根据本发明的一个优选实施例的卫星深层充电电位探测装置，其中的测试介质板采用的绝缘材料的种类可以根据卫星内的应用材料进行选择，并且可以根据需要选择双面覆铜接地或者单面覆铜接地。
根据本发明的一个优选实施例的卫星深层充电电位探测装置，其中金属压条在测试介质板上的位置依据测量需要来确定。
根据本发明的一个优选实施例的卫星深层充电电位探测装置，其中上电极和下电极的表面尺寸不小于1mm2，且其尺寸误差小于10％。
根据本发明的一个优选实施例的卫星深层充电电位探测装置，其中下电极的表面尺寸与旋转金属板的空隙尺寸的误差小于10％。
根据本发明的一个优选实施例的卫星深层充电电位探测装置，其中所述旋转金属板(6)为厚度不大于5mm，表面平整度小于1mm。
根据本发明的一个优选实施例的卫星深层充电电位探测装置，其中下电极与前置放大器相连，其后连接峰值保持和放大线路。
根据本发明的一个优选实施例的卫星深层充电电位探测装置，其中探测装置还包含卫星接口电路，用于与卫星总线进行数据通信。
附图说明
图1为本发明的卫星深层充电电位探测装置在卫星上的安装位置的示意图。
图2为本发明的卫星深层充电电位探测装置的一个实施例的结构示意图。
图3为根据本发明的一个实施例的旋转金属板的示意图。
图4为根据本发明的一个实施例的卫星深层充电电位探测装置的电气实现原理框图。
附图标记
1、遮挡金属板 2、测试介质板 3、金属压条
4、上电极 5、下电极 6、旋转金属板
7、电机 8、探测装置外壳
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明所述的卫星深层充电电位探测装置及探测方法进行详细说明。
图1为本发明的卫星深层充电电位探测装置在卫星上的安装位置的示意图，从图中可见，本发明的探测装置嵌入式安装在卫星的蒙皮上。图2为本发明的卫星深层充电电位探测装置的一个实施例的结构示意图。如图2所示，根据本发明的一个实施例的卫星深层充电电位探测装置包括：遮挡金属板(1)、测试介质板(2)、金属压条(3)、上电极(4)、下电极(5)、旋转金属板(6)、电机(7)及探测装置外壳(8)，其中遮挡金属板(1)安装在探测装置外壳(8)上；测试介质板(2)采用绝缘材料制成，安装在探测装置外壳(8)上，用于收集穿透遮挡金属板(1)的空间带电粒子；金属压条(3)嵌入在测试介质板(2)内；金属压条(3)通过导线与上电极(4)相连；旋转金属板(6)安装在上电极(4)和下电极(5)中间，且其上沿着周边设置有规则的空隙；旋转金属板(6)与电机(7)相连，以便在电机(7)运行时，旋转金属板(6)旋转。
优选地，所述遮挡金属板(1)和测试介质板(2)均为片形结构。测试介质板(2)采用的绝缘材料的种类可以根据卫星内的应用材料进行选择，并且可以根据需要选择双面覆铜接地或者单面覆铜接地。金属压条(3)的位置可以根据测试需要来确定。
在此实施例中，本发明的探测装置嵌入式安装在卫星表面，且所述探测装置朝向太空的方向没有遮挡。
在优选实施例中，遮挡金属板(1)的厚度为0.5mm，采用铝合金材料，用于吸收能量小于350keV电子和能量小于8.7MeV的质子；并且厚度误差范围小于0.1mm，避免由于厚度误差大而造成分析结果误差过大。
在优选实施例中，上电极(4)和下电极(5)的表面尺寸大于1mm2，且其尺寸误差小于10％，从而避免由于电极过小使得电流信号过低，而测量误差过大。
在优选实施例中，旋转金属板(6)为厚度不大于5mm，以避免其由于质量过大从而导致运行不稳；其表面平整度小于1mm，以避免由于表面平整度过大导致测量误差增大。
可选地，下电极(5)与电流前置放大器相连，其后连接峰值保持和放大电路。
可选地，本探测装置还可连接卫星接口电路，用于与卫星总线进行数据通信。
图3所示为根据本发明的一个实施例的旋转金属板(6)的俯视图，可以看到，其上沿着周边设置有空隙，空隙的尺寸与上电极(4)和下电极(5)的表面尺寸的误差小于10％。
图4所示为根据本发明的一个实施例的探测装置的电气实现原理框图，其中虚线中的各个部件构成该探测装置。具体来说，遮挡金属板(1)的作用类似于卫星蒙皮，用以阻挡低能量的空间粒子，而其它的空间带电粒子则可以穿过该遮挡金属板(1)。测试介质板(2)对穿透遮挡金属板(1)的空间带电粒子进行收集，模拟卫星内介质在遭受带电粒子照射下电荷累积并进而充电的过程。测试介质板(2)内的金属压条(3)用以引出需要测试位置处的电位并与上电极(4)相连。当控制电路驱动电机(7)进行旋转时，旋转金属板(6)在电机(7)的带动下旋转，从而使得上电极(4)和下电极(5)之间不断地交替通过旋转金属板(6)上的空隙或者旋转金属板(6)板面，进而在上电极(4)带有电位的情况下，下电极(5)将不断地有规律地感应出电荷从而形成电流。利用前置放大电路、成形电路、主放大电路对电流信号进行放大和整形，最后再利用峰保电路获取电流变化峰值，并将获取的电流变化峰值送给数据及控制电路，后者再通过卫星接口电路将该数据传送给卫星电子系统。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种卫星深层充电电位探测装置，其特征在于，包括：遮挡金属板(1)、测试介质板(2)、金属压条(3)、上电极(4)、下电极(5)、旋转金属板(6)、电机(7)及探测装置外壳(8)，其中遮挡金属板(1)安装在探测装置外壳(8)上；测试介质板(2)采用绝缘材料制成，安装在探测装置外壳(8)上，用于收集穿透遮挡金属板(1)的空间带电粒子；金属压条(3)嵌入在测试介质板(2)内，且通过导线与上电极(4)相连；旋转金属板(6)安装在上电极(4)和下电极(5)中间，且旋转金属板(6)周边设置有规则的空隙，并且旋转金属板(6)与电机(7)相连以便在电机(7)的带动下旋转。
2.根据权利要求1所述的卫星深层充电电位探测装置，其特征在于，所述遮挡金属板(1)的厚度为0.5mm，厚度误差范围小于0.1mm。
3.根据权利要求1所述的卫星深层充电电位探测装置，其特征在于，所述遮挡金属板(1)和测试介质板(2)均为片形结构。
4.根据权利要求1所述的卫星深层充电电位探测装置，其特征在于，所述测试介质板(2)采用的绝缘材料的种类根据卫星内的应用材料进行选择，并且根据需要选择双面覆铜接地或者单面覆铜接地。
5.根据权利要求1所述的卫星深层充电电位探测装置，其特征在于，所述金属压条(3)在测试介质板(2)上的位置依据测量需要来确定。
6.根据权利要求1所述的卫星深层充电电位探测装置，其特征在于，所述上电极(4)和下电极(5)的表面尺寸不小于1mm2，且其尺寸误差小于10％。
7.根据权利要求1所述的卫星深层充电电位探测装置，其特征在于，所述下电极(5)的表面尺寸与旋转金属板(6)的空隙尺寸的误差小于10％。
8.根据权利要求1所述的卫星深层充电电位探测装置，其特征在于，所述旋转金属板(6)为厚度不大于5mm，表面平整度小于1mm。
9.根据权利要求1所述的卫星深层充电电位探测装置，其特征在于，所述下电极(2)与前置放大器相连，其后连接峰值保持和放大线路。
10.根据权利要求1所述的卫星深层充电电位探测装置，其特征在于，所述探测装置还包含卫星接口电路，用于与卫星总线进行数据通信。
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