CN105785103A - 一种电容分压式卫星表面电位监测装置 - Google Patents

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汤道坦
李得天
杨生胜
薛玉雄
柳青
史亮
秦晓刚
陈益峰
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Lanzhou Institute of Physics of Chinese Academy of Space Technology
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Abstract

本发明公开一种电容分压式卫星表面电位监测装置，包括样品薄膜、电容分压式感应探头、接地金属垫圈、外壳、固定铝板和绝缘垫；样品薄膜通过导电胶与固定铝板粘接在一起，粘接有样品薄膜的固定铝板、接地金属垫圈和电容分压式感应探头从上到下依次固定于外壳的内部，固定铝板与电容分压式感应探头相对且间距为3mm～5mm，样品薄膜、接地金属垫圈和电容分压式感应探头之间通过绝缘垫隔离，样品薄膜和电容分压式感应探头的外缘通过绝缘垫与外壳隔离；本发明利用非接触式的感应方法，消除了探头装置的泄流电流引起的测量结果漂移现象，将原有探头测量量程从‑2000V左右提高到‑4000V以上。

Description

一种电容分压式卫星表面电位监测装置
技术领域
本发明属于卫星抗辐射加固设计领域，具体涉及一种电容分压式卫星表面电位监测装置。
背景技术
卫星运行于空间时，其表面使用的介质材料等由于空间带电粒子的辐照，产生表面静电荷的积累，从而在表面产生静电电位，当静电电位超过材料的击穿阈值时，产生的放电可以损坏材料、引起卫星敏感电子系统的干扰以及非指令性开关等事件。
测量材料在空间带电粒子辐照下的充电电位，是研究航天器充放电效应的重要手段。目前，文献“低地球轨道(LEO)卫星表面电位探测器方案设计，2004.”已建立了基于电容分压原理的表面电位测量方法。电容分压测量方法相对于其他测量方法具有结构简单，容易实现的特点。但是文献中其仅给出了电容分压测量原理；且直接采用电容分压原理的测量方法具有量程窄(一般不超过±2000V，而实际的LEO中由于极光电子充电作用，可导致卫星表面电位超过-2000V)、在测量较高电位容易出现测量结果的漂移现象。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种电容分压式卫星表面电位监测装置，能够提高测量量程、消除测量过程中的电位漂移现象。
实现本发明的技术方案如下：
一种电容分压式卫星表面电位监测装置，包括样品薄膜、电容分压式感应探头、接地金属垫圈、外壳、固定铝板和绝缘垫；
所述样品薄膜通过导电胶与固定铝板粘接在一起，粘接有样品薄膜的固定铝板、接地金属垫圈和电容分压式感应探头从上到下依次固定于外壳的内部，固定铝板与电容分压式感应探头相对且间距为3mm～5mm，样品薄膜、接地金属垫圈和电容分压式感应探头之间通过绝缘垫隔离，样品薄膜和电容分压式感应探头的外缘通过绝缘垫与外壳隔离。
进一步地，所述电容分压式卫星表面电位监测探头装置还包括固定环盖板；固定环盖板通过绝缘垫与样品薄膜隔离，且通过螺钉与外壳固定连接。
进一步地，所述外壳为圆柱形铝制结构。
有益效果：
(1)本发明将样品薄膜粘接在固定铝板上，消除了样品薄膜变形带来的测量不确定性。
(2)本发明利用非接触式的感应方法，消除了探头装置的泄流电流引起的测量结果漂移现象，将原有探头测量量程从-2000V左右提高到-4000V以上。
(3)本发明采用了接地金属垫圈设计，消除了高压电场对绝缘垫的极化引起的测量结果误差。
(4)本发明装置整体为圆柱形外观结构，消除了尖端效应，提高了测量的电位范围。
附图说明
图1为本发明装置的俯视示意图。
图2为本发明装置的剖面示意图。
图3为本发明探头装置的测量结果和测量仪器trek341B的测量结果对比。
其中，1-螺钉，2-固定环盖板，3-样品薄膜，4-固定铝板，5-电容分压式感应探头，6-绝缘垫I，7-绝缘垫II，8-绝缘垫III，9-接地金属垫圈，10-绝缘垫IV，11-绝缘垫IV，12-绝缘垫V，13-外壳。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如图1所示，本发明提供了一种电容分压式卫星表面电位监测装置，包括样品薄膜3、电容分压式感应探头5、接地金属垫圈9、固定环盖板2、外壳13、固定铝板4、绝缘垫I6、绝缘垫II7、绝缘垫III8、绝缘垫IV10、绝缘垫IV11、绝缘垫V12；
如图2所示，所述样品薄膜3通过导电胶与固定铝板4粘接在一起，外壳13的内壁设置有向内延伸出的安装凸台，在安装凸台上，从下到上依次放置绝缘垫V12、绝缘垫IV11、电容分压式感应探头5、绝缘垫IV10、接地金属垫圈9、绝缘垫III8、绝缘垫II7、样品薄膜3和绝缘垫I6，最后通过固定环盖板2压紧在绝缘垫I6上，通过螺钉1将固定环盖板2固连在外壳13上，其中固定铝板4正对电容分压式感应探头5，样品薄膜3、接地金属垫圈9和电容分压式感应探头5之间通过绝缘垫隔离，样品薄膜3和电容分压式感应探头5的外缘分别通过绝缘垫II7和绝缘垫IV11与外壳13隔离；固定环盖板2通过绝缘垫I6与样品薄膜3隔离。
电容分压式感应探头5与测量电路连接，通过电容分压式感应探头5感应的固定铝板4上的电压信号，并对电压信号信号的校准和标定，实现对固定铝板4上样品薄膜电位的监测。
采用铝为外壳13材料，外壳13尺寸为Ф60mm×170mm，壁厚为3mm；样品薄膜3选用卫星表面用的薄膜材料，例如Kapton，面积为Ф50mm，样品薄膜3薄膜通过导电胶粘接在厚度为0.5mm的相同面积大小的铝板上，样品薄膜3通过绝缘垫II7与探头装置的金属外壳13进行绝缘隔离，绝缘垫I6和绝缘垫III8的厚度一般为2mm，宽度2mm，绝缘垫II7的宽度一般为2mm，厚度根据样品薄膜薄膜的厚度和支撑铝板的厚度决定；在绝缘垫III8下面安装一个比绝缘垫III8稍大的接地金属垫圈9，一般宽度为3mm，厚度为0.5～1mm；在接地金属垫圈9下安装一个绝缘垫IV10，厚度为2mm，宽度为2mm；在绝缘垫IV10下安装连接测量电子线路的电容分压式感应探头5，电容分压式感应探头5通过绝缘垫IV11，绝缘垫V12与金属外壳13绝缘隔离，绝缘垫IV10和绝缘垫V12的宽度一般为2mm，厚度一般为2mm，绝缘垫IV11的宽度为2mm，厚度与探头5的厚度相同，探头5的厚度一般为0.5mm；探头5和探头4之间的感应间隙一般控制在3～5mm范围。具体的测量前，需要对已经设计完成的探头进行测量标定，图3所示为设计的探头的测量结果和测量仪器trek341B的测量结果对比。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种电容分压式卫星表面电位监测装置，其特征在于，包括样品薄膜(3)、电容分压式感应探头(5)、接地金属垫圈(9)、外壳(13)、固定铝板(4)和绝缘垫；
所述样品薄膜(3)通过导电胶与固定铝板(4)粘接在一起，粘接有样品薄膜(3)的固定铝板(4)、接地金属垫圈(9)和电容分压式感应探头(5)从上到下依次固定于外壳(13)的内部，固定铝板(4)与电容分压式感应探头(5)相对且间距为3mm～5mm，样品薄膜(3)、接地金属垫圈(9)和电容分压式感应探头(5)之间通过绝缘垫隔离，样品薄膜(3)和电容分压式感应探头(5)的外缘通过绝缘垫与外壳(13)隔离。
2.如权利要求1所述的一种电容分压式卫星表面电位监测装置，其特征在于，所述电容分压式卫星表面电位监测探头装置还包括固定环盖板(2)；固定环盖板(2)压紧在样品薄膜(3)上且通过绝缘垫与样品薄膜(3)隔离，固定环盖板(2)通过螺钉(1)与外壳(13)固定连接。
3.如权利要求1所述的一种电容分压式卫星表面电位监测装置，其特征在于，所述外壳(13)为圆柱形，材料为铝。
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