RU2695111C1 - Miniature measuring instrument of parameters of electric power supply of spacecrafts with microsystem vibration electric field modulator - Google Patents
Miniature measuring instrument of parameters of electric power supply of spacecrafts with microsystem vibration electric field modulator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2695111C1 RU2695111C1 RU2018107594A RU2018107594A RU2695111C1 RU 2695111 C1 RU2695111 C1 RU 2695111C1 RU 2018107594 A RU2018107594 A RU 2018107594A RU 2018107594 A RU2018107594 A RU 2018107594A RU 2695111 C1 RU2695111 C1 RU 2695111C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- parameters
- electrode
- electrification
- spacecraft
- young
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
- G01R29/12—Measuring electrostatic fields or voltage-potential
Abstract
Description
Изобретение относится к области микросистемной техники и может быть использовано при создании и изготовлении микромеханических датчиков, обеспечивающих детектирование напряженности электрического поля на поверхности конструкции космического аппарата.The invention relates to the field of microsystem technology and can be used to create and manufacture micromechanical sensors that detect the electric field strength on the surface of a spacecraft structure.
Из уровня техники известны различные ротационные измерители напряженности электрического поля [1-6], действие которых основано на детектировании электрического поля при вращении двигателем измерительного электрода, при этом экранирующий электрод неподвижен.From the prior art there are known various rotary meters for the electric field strength [1-6], the action of which is based on the detection of the electric field when the motor rotates the measuring electrode, while the shielding electrode is stationary.
Из уровня техники также известны флюксметры [7-13], в устройстве которых двигатель производит вращение экранирующий электрод, при котором измерительный электрод неподвижен, а также вибрационные датчики, в которых измерительный или экранирующий электроды совершают колебательное, возвратно-поступательное движение.Fluxmeters [7-13] are also known in the prior art, in which the engine rotates a shielding electrode in which the measuring electrode is stationary, as well as vibration sensors in which the measuring or shielding electrodes perform an oscillating reciprocating motion.
Недостатками известных конструкций является невозможность длительной работы в условиях вакуума при воздействии значительных перепадов температуры, вибрации, ударов из-за нестабильности скорости вращения двигателя, приводящей к ошибкам измерений. Кроме того, двигатель создает значительные помехи в измерительной системе. Другими недостатками известных технических решений, являются невозможность длительных непрерывных измерений, довольно низкая их чувствительность и крупногабаритность конструкции.The disadvantages of the known structures is the impossibility of long-term operation under vacuum conditions when exposed to significant temperature drops, vibrations, shocks due to the instability of the rotation speed of the engine, leading to measurement errors. In addition, the motor creates significant disturbances in the measuring system. Other disadvantages of the known technical solutions are the impossibility of long-term continuous measurements, their rather low sensitivity and large size of the structure.
Измерители параметров электризации космических аппаратов на основе датчиков вибрационного типа [14-21], в которых измерительный или экранирующий электрод колеблются в области неоднородного поля под действием электромагнитного возбудителя, свободны от большинства недостатков приборов первых двух классов.Measuring instruments for electrifying spacecraft based on vibration-type sensors [14-21], in which a measuring or screening electrode oscillates in the field of a non-uniform field under the influence of an electromagnetic pathogen, are free from most of the shortcomings of the instruments of the first two classes.
Однако они имеют недостаточную чувствительность вследствие того, что размеры и амплитуда перемещения электродов в них меньше чем в флюксметрах и ротационных датчиках.However, they have insufficient sensitivity due to the fact that the size and amplitude of movement of the electrodes in them is less than in fluxmeters and rotary sensors.
Ближайшим аналогом предлагаемого технического решения является является датчик электростатического поля, описанный в авторском свидетельстве СССР №881628. В данном техническом решении датчик содержит чувствительный электрод, подключенный к блоку регистрации и две катушки индуктивности, расположенные соосно и подключенные к генератору переменного напряжения, при этом чувствительный электрод расположен под углом 3-10° к оси катушек индуктивности.The closest analogue of the proposed technical solution is the electrostatic field sensor, described in the author's certificate of the USSR No. 881628. In this technical solution, the sensor contains a sensitive electrode connected to the registration unit and two inductors coaxially and connected to an alternating voltage generator, while the sensitive electrode is located at an angle of 3-10 ° to the axis of the inductors.
Его недостатком являются существенные массогабаритные параметры.Its disadvantage is significant weight and size parameters.
Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является снижение массогабаритных характеристик измерителей параметров электризации космических аппаратов.The technical result, the achievement of which the invention is directed, is to reduce the weight and size characteristics of the measuring instruments for the electrification of spacecraft.
Миниатюрный измеритель параметров электризации космических аппаратов содержит микросистемный вибрационный модулятор электрического поля, усилитель тока и аналого-цифровой преобразователь.The miniature meter for the parameters of the electrification of spacecraft contains a microsystem vibration modulator of the electric field, a current amplifier and an analog-to-digital converter.
Конструкция предлагаемого микросистемного вибрационного модулятора электрических полей представлена на фиг. 1 а, б.The design of the proposed microsystem vibration modulator of electric fields is shown in FIG. 1 a, b.
На фиг. 1 а, б обозначено ссылочными позициями следующее:FIG. 1 a, b are indicated by reference numerals the following:
1 - катушки индуктивности;1 - inductors;
2 - чувствительный электрод;2 - sensitive electrode;
3 - подвижный экранирующий электрод;3 - mobile shielding electrode;
4 - печатные платы;4 - printed circuit boards;
5 - металлический каркас;5 - metal frame;
К металлическому каркасу (5) прикреплены печатные платы (4) и подвижный экранирующий электрод (3). К печатным платам (4) приклеены катушки индуктивности (1). На нижнюю печатную плату (4) припаян чувствительный электрод (2). Подвижный экранирующий электрод (3) с помощью катушек индуктивности (1), располагающимися под и над ним, приводится магнитными силами в колебательное движение на частоте механического резонанса. На нижней печатной плате (4) в центре отверстия подвижного экранирующего электрода (3) располагается закрепленный чувствительный электрод (2).Printed circuit boards (4) and a movable shielding electrode (3) are attached to the metal frame (5). The inductor coils (1) are glued to the printed circuit boards (4). A sensitive electrode (2) is soldered to the bottom printed circuit board (4). The movable screening electrode (3) with the help of inductors (1) located below and above it is driven by magnetic forces into an oscillatory motion at the frequency of mechanical resonance. On the bottom printed circuit board (4), in the center of the hole of the movable shielding electrode (3), there is a fixed sensitive electrode (2).
Катушки выполнены по технологии SMD (элемент, монтируемый на поверхность) и содержат ферритовые Н-образные сердечники и расположены симметрично относительно экранирующего электрода.The coils are made using SMD technology (an element mounted on the surface) and contain ferrite H-shaped cores and are arranged symmetrically with respect to the shielding electrode.
Подвижный экранирующий электрод выполнен из твердого материала, обладающего свойствами ферромагнетика с высокой магнитной проницаемостью, и расположен так, что ось симметрии чувствительного электрода равноудалена от внутреннего края отверстия подвижного экранирующего электрода.The movable shielding electrode is made of a solid material with the properties of a ferromagnet with high magnetic permeability, and is located so that the axis of symmetry of the sensing electrode is equidistant from the inner edge of the hole of the movable shielding electrode.
Чувствительный электрод, сформирован на нижней печатной плате, содержит подвижный экранирующий электрод, выполненный в виде плоской одноконсольной балки с толщиной, в виде тонкой пластинки с большим прогибом, определяемой выражением h=(0,01-0,02)*b, где b - ширина балки, при этом диаметр чувствительного электрода меньше диаметра отверстия подвижного экранирующего электрода поз. 2 на фиг. 1 а, б; материал подвижного экранирующего электрода выбирают из соотношения Е=E0k, где Е - модуль Юнга, Е0 - модуль Юнга в н.у., к - коэффициент характеризующий изменение модуля Юнга используемого материала в диапазоне температур от -150°С до +150°С, при этом значение коэффициента находится в пределах 1,0≤к≤1,1.The sensitive electrode, formed on the lower printed circuit board, contains a mobile shielding electrode, made in the form of a flat single-console beam with a thickness, in the form of a thin plate with a large deflection, defined by the expression h = (0.01-0.02) * b, where b - beam width, while the diameter of the sensing electrode is less than the diameter of the hole of the movable shielding electrode pos. 2 in FIG. 1 a, b; the material of the mobile shielding electrode is chosen from the relation E = E 0 k, where E is the Young's modulus, E 0 is the Young's modulus in NU, and k is a coefficient characterizing the change in the Young's modulus of the material used in the temperature range from -150 ° C to +150 ° C, while the value of the coefficient is within 1.0≤k≤1.1.
На фиг. 2 представлена структурная схема миниатюрного датчика параметров элекризации космического аппарата в составе микромеханического вибрационного модулятора и схемы преобразования, состоящей из усилителя тока (6) и аналого-цифрового преобразователя (7).FIG. 2 shows a block diagram of a miniature sensor for the parameters of the electrolysis of a spacecraft as part of a micromechanical vibration modulator and a conversion circuit consisting of a current amplifier (6) and an analog-to-digital converter (7).
Датчик параметров электризации космического аппарата работает следующим образом. При колебаниях подвижного экранирующего электрода (3) чувствительный электрод (2) углубляется внутрь отверстия подвижного экранирующего электрода (3) или выдвигается из отверстия. При наличии внешнего электрического поля это приводит к изменению потенциала чувствительного электрода (2). Сигнал с выхода микромеханического вибрационного модулятора усиливается усилителем тока и преобразуется аналого-цифровым преобразователем в сигнал, пропорциональный напряженности электрического поля, который затем поступает на передающее устройство.Sensor parameters electrification of the spacecraft operates as follows. When the movable shielding electrode (3) oscillates, the sensitive electrode (2) goes deeper into the orifice of the movable shielding electrode (3) or extends from the orifice. In the presence of an external electric field, this leads to a change in the potential of the sensing electrode (2). The signal from the output of the micromechanical vibration modulator is amplified by a current amplifier and converted by an analog-digital converter into a signal proportional to the electric field, which is then fed to a transmitting device.
Заявленное изобретение обеспечивает создание миниатюрных измерителей параметров электрических полей космических аппаратов, образовавшихся в результате накопления поверхностью космических аппаратов электростатических зарядов. Данный вид устройств может изготовляться для различных пороговых значений электрических полей в широком диапазоне значений детектируемых электрических полей.The claimed invention provides for the creation of miniature measuring instruments for the parameters of the electric fields of spacecraft, resulting from the accumulation of electrostatic charges by the surface of spacecraft. This type of device can be manufactured for different threshold values of electric fields in a wide range of detected electric fields.
Кроме снижения массогабаритных характеристик миниатюрных измерителей параметров электрических полей космических аппаратов, разработанная конструкция позволяет уменьшить мощность потребления устройства (не менее 10%), повысить работоспособность в условиях открытого космоса, а также устойчивость к жестким климатическим условиям эксплуатации.In addition to reducing the weight and size characteristics of miniature measuring instruments for the parameters of the electric fields of spacecraft, the developed design makes it possible to reduce the power consumption of the device (at least 10%), improve performance in open space, as well as resistance to harsh climatic conditions of operation.
Источники информации, принятые во вниманиеSources of information taken into account
1. Авторское свидетельство 580525 от 15.11.77 «Датчик электростатического поля».1. Copyright certificate 580525 from 11/15/77 "Sensor of an electrostatic field".
2. Авторское свидетельство 593165 от 15.02.78 «Датчик для регистрации плотности статистического электричества».2. Copyright certificate 593165 from 02.15.78 "Sensor for recording the density of statistical electricity."
3. Патент RU 2199761 от 27.02.2003 «Устройство для измерения напряженности статического и квазистатического электрического поля».3. Patent RU 2199761 of February 27, 2003, “A device for measuring static and quasistatic electric field strengths”.
4. Патент США на изобретение US 6483223 "Method to prevent charging effects in electrostatic devices". Victor Donald Samper, Uppili Sridhar, Olaf Knueppel, Feng Han Hua, Hui Wing, Cheong. Institute of Microelectronics. 19.11.2002.4. US patent for the invention of US 6483223 "Method to prevent charging effects in electrostatic devices". Victor Donald Samper, Uppili Sridhar, Olaf Knueppel, Feng Han Hua, Hui Wing, Cheong. Institute of Microelectronics. 11.19.2002.
5. Авторское свидетельство 653583 от 11.05.77 «Датчик электростатического поля».5. Copyright certificate 653583 from 11.05.77 "Electrostatic field sensor".
6. Авторское свидетельство 769455 от 26.12.78 «Датчик электростатического поля».6. Copyright certificate 769455 from 12.26.78 "Electrostatic field sensor".
7. Авторское свидетельство 629513 от 28.08.78 «Датчик электростатического поля».7. Copyright certificate 629513 from 08.28.78 "Electrostatic field sensor".
8. Авторское свидетельство 718809 от 28.02.80 «Измеритель напряженности электростатического поля».8. Copyright certificate 718809 from 02.28.80 "Measuring the strength of the electrostatic field."
9. Авторское свидетельство 1116399 от 21.04.83 «Устройство для измерения напряженности электрического поля».9. Copyright certificate 1116399 of 04/21/83 "A device for measuring the electric field intensity".
10. Авторское свидетельство 1201784 от 16.12.83 «Устройство для измерения напряженности электрического поля СВЧ».10. Copyright certificate 1201784 from 16.12.83 "Device for measuring the electric field strength of the microwave".
11. Патент RU 2020497 от 30.09.1994 «Датчик электростатического поля»11. Patent RU 2020497 of 09/30/1994 “Electrostatic Field Sensor”
12. Патент RU 2028636 от 09.02.1995 «Устройство для измерения напряженности электростатического поля».12. Patent RU 2028636 of 02/09/1995 "A device for measuring the strength of an electrostatic field".
13. Патент RU 2442183 от 10.02.2012 «Датчик измерителя напряженности электростатического поля».13. Patent RU 2442183 of February 10, 2012, “Sensor for measuring the strength of an electrostatic field”.
14. Авторское свидетельство 845119 от 20.03.78 «Датчик электростатического поля».14. Copyright certificate 845119 from 03.20.78 "Electrostatic field sensor".
15. Авторское свидетельство 881628 от 05.10.79 Датчик электростатического поля».15. Copyright certificate 881628 from 05.10.79 Electrostatic field sensor ".
16. Авторское свидетельство 1709246 от 07.04.88 «Датчик электростатического поля».16. Copyright certificate 1709246 from 07.04.88 "Electrostatic field sensor".
17. Патент RU 2212678 от 20.09.2003 «Устройство для измерения напряженности электростатического поля».17. Patent RU 2212678 of September 20, 2003, “A device for measuring the strength of an electrostatic field”.
18. Патент RU 2414717 от 20.03.2011 «Датчик электростатического поля и способ измерения электростатического поля».18. Patent RU 2414717 dated 03/20/2011 "Sensor of an electrostatic field and a method of measuring an electrostatic field".
19. Патент RU 2445639 от 20.03.2012 «Способ измерения напряженности электрического поля».19. Patent RU 2445639 of 03/20/2012 "Method for measuring the electric field intensity".
20. Заявка США на изобретение US 2009/0273337 «Electric field sensor with electrode interleaving vibration». Shanhong XIA, Chao YE, Chao GONG, Xianxiang CHEN, Qiang BAI, Shaofeng CHEN, 5.11.2009.20. US application for the invention US 2009/0273337 "Electric field sensor with electrode interleaving vibration". Shanhong XIA, Chao YE, Chao GONG, Xianxiang CHEN, Qiang BAI, Shaofeng CHEN, November 5, 2009.
21. Патент WO 2014045406 от 27.03.2014 «Potential measuring device»21. Patent WO 2014045406 of 03/27/2014 "Potential measuring device"
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018107594A RU2695111C1 (en) | 2018-03-01 | 2018-03-01 | Miniature measuring instrument of parameters of electric power supply of spacecrafts with microsystem vibration electric field modulator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018107594A RU2695111C1 (en) | 2018-03-01 | 2018-03-01 | Miniature measuring instrument of parameters of electric power supply of spacecrafts with microsystem vibration electric field modulator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2695111C1 true RU2695111C1 (en) | 2019-07-19 |
Family
ID=67309512
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018107594A RU2695111C1 (en) | 2018-03-01 | 2018-03-01 | Miniature measuring instrument of parameters of electric power supply of spacecrafts with microsystem vibration electric field modulator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2695111C1 (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3852667A (en) * | 1973-05-10 | 1974-12-03 | Trek Inc | Probe for electrostatic voltmeter |
RU2020497C1 (en) * | 1992-07-06 | 1994-09-30 | Валерий Николаевич Таисов | Transducer of electrostatic field |
US6014028A (en) * | 1995-03-31 | 2000-01-11 | Ricoh Company, Ltd. | Surface potential sensing device |
RU2414717C1 (en) * | 2010-01-18 | 2011-03-20 | Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новосибирский государственный университет (НГУ) | Electrostatic field sensor and measuring method of electrostatic field |
RU2442183C1 (en) * | 2010-10-07 | 2012-02-10 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Sensor for measuring of the electrostatic field |
CN202177668U (en) * | 2011-06-30 | 2012-03-28 | 上海谷昊电子科技有限公司 | Experiment instrument for directly measuring electrostatic field |
RU2623690C1 (en) * | 2016-08-03 | 2017-06-28 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | Electrostatic field sensor |
-
2018
- 2018-03-01 RU RU2018107594A patent/RU2695111C1/en active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3852667A (en) * | 1973-05-10 | 1974-12-03 | Trek Inc | Probe for electrostatic voltmeter |
RU2020497C1 (en) * | 1992-07-06 | 1994-09-30 | Валерий Николаевич Таисов | Transducer of electrostatic field |
US6014028A (en) * | 1995-03-31 | 2000-01-11 | Ricoh Company, Ltd. | Surface potential sensing device |
RU2414717C1 (en) * | 2010-01-18 | 2011-03-20 | Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новосибирский государственный университет (НГУ) | Electrostatic field sensor and measuring method of electrostatic field |
RU2442183C1 (en) * | 2010-10-07 | 2012-02-10 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Sensor for measuring of the electrostatic field |
CN202177668U (en) * | 2011-06-30 | 2012-03-28 | 上海谷昊电子科技有限公司 | Experiment instrument for directly measuring electrostatic field |
RU2623690C1 (en) * | 2016-08-03 | 2017-06-28 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | Electrostatic field sensor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101154832B1 (en) | A magnetic field sensor device and a compass | |
US9222805B2 (en) | Circuit system and method for evaluating a sensor | |
CN105444872B (en) | A kind of vibrating sensor based on nano particle dot array Quantum Transport Properties | |
RU2676059C1 (en) | Microsystem indicator of electric fields of space apparatus | |
JP2015072277A (en) | Mems gyroscope with lowered magnetism sensitivity | |
RU2414717C1 (en) | Electrostatic field sensor and measuring method of electrostatic field | |
JP6617788B2 (en) | Permeability detection method | |
Zhang et al. | A horseshoe micromachined resonant magnetic field sensor with high quality factor | |
RU2695111C1 (en) | Miniature measuring instrument of parameters of electric power supply of spacecrafts with microsystem vibration electric field modulator | |
KR100919478B1 (en) | Load measuring transducer using induced voltage for overcoming eccentric error and load measurement system using the same | |
RU2643701C1 (en) | Electrostatic field intensity meter | |
RU2477501C1 (en) | Seismometer | |
CN109342799B (en) | Quartz resonance type current sensor | |
KR100934217B1 (en) | Microsensor for vibration measurement | |
Bulsara et al. | Exploiting nonlinear dynamics in a coupled-core fluxgate magnetometer | |
JP6645171B2 (en) | Magnetic permeability sensor and magnetic permeability detection method | |
RU2473929C1 (en) | Seismometer | |
JP6613599B2 (en) | Permeability / dielectric constant sensor and permeability / dielectric constant detection method | |
Umapathy et al. | Piezoelectric based resonance displacement sensor | |
Chistyakov | Portable seismic sensor | |
JP2018119830A (en) | Eddy current metal sensor and method for detecting eddy current | |
RU2623690C1 (en) | Electrostatic field sensor | |
US3522531A (en) | Electric field intensity indicator employing a vibratory conductor sensor | |
Sujan et al. | Thickness sensor for ferromagnetic sheets | |
JPH09281167A (en) | Apparatus for measuring surface potential |