一种月尘测量仪太阳能电池探头标定方法
【专利摘要】本发明公开了一种月尘测量仪太阳能电池探头标定方法。使用本发明能够在地面上对太阳能电池探头进行标定，方法简单、可靠，可以为月尘测量仪在轨测试提供的基础。本发明利用太阳能电池片遮光效应原理，通过建立地面标定装置，模拟太阳光照射及太阳能电池片上的月尘沉积，测量太阳能电池探头短路电流与沉积月尘量的关系，测试不同太阳光入射角的影响，对太阳能电池探头进行标定。利用这个标定结果，月尘测量仪可以根据测试时的太阳光入射角以及太阳能电池探头的短路电流，计算出沉积的月尘量。本发明采用的地面标定装置结构简单，测试精度更高。
【专利说明】-种月尘测量仪太阳能电池探头标定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及空间有效载荷标定【技术领域】，具体涉及一种月尘测量仪太阳能电池探 头标定方法。
【背景技术】
[0002] 月尘测量仪是探月二期工程CE-3着陆器上的工程参数测量设备，现已发射到月 球表面，正在在轨工作。月尘测量仪包括两个探头，一个太阳能电池探头，一个是SQCM探 头。SQCM探头主要测量月表长期月尘累积特的月尘量，监测月尘累积质量的变化；太阳能 电池探头主要测量着陆器着陆月表时飞溅的月尘量。利用太阳能电池探头测量陆器着陆月 表时飞溅的月尘量，在国内上尚属首次，国际上，阿波罗登月中使用过，但是没有见到相关 的标定方法的报告，所以在月尘测量仪太阳能电池探头的标定中没有现成方法可以借鉴。
【发明内容】
[0003] 有鉴于此，本发明提供了一种月尘测量仪太阳能电池探头标定方法，能够在地面 上对太阳能电池探头进行标定，方法简单、可靠，从而为月尘测量仪在轨测试提供的基础。
[0004] 本发明的月尘测量仪太阳能电池探头标定方法，包括如下步骤：
[0005] 步骤1，构建地面标定装置；
[0006] 标定装置包括全反射镜面（1)、模拟太阳光源（2)、太阳能电池探头（3)、负载电阻 (4)、电压表（5)、样品台（6)和样品台角度刻度盘（7);其中，样品台（6)和样品台角度刻度 盘（7)安装在支架上，样品台（6)能够转动，样品台（6)与水平线的夹角由样品台角度刻度 盘（7)测量获得；太阳能电池探头（3)安装在样品台（6)上，全反射镜面（1)将模拟太阳光 源⑵的光反射到太阳能电池探头⑶上；太阳能电池探头⑶与负载电阻⑷连接，所述 负载电阻（4)为精密电阻，电压表（5)安装负载电阻（4)上；
[0007] 步骤2,模拟太阳光强度；
[0008] 将1片标准三结砷化镓太阳能电池片平放在样品台上，其中，标准三结砷化镓太 阳能电池片与待测定的太阳能电池探头尺寸规格相同；打开模拟太阳光源预热，预热一段 时间后，调整样品台与水平线的夹角为〇,调整模拟太阳光源、全反射镜面与标准三结砷化 镓太阳能电池片之间的位置，直至在标准三结砷化镓太阳能电池片上得到光强为1个太阳 常数的垂直入射光，用于模拟太阳光入射角Θ =0°时的情况；
[0009] 步骤3,将标准三结砷化镓太阳能电池片更换为待测定的太阳能电池探头；
[0010] 步骤4,测量无模拟月尘质量时的太阳能电池探头短路电流；依次将撒有不同质 量模拟月尘的玻璃盖片覆盖于待测定的太阳能电池探头表面，分别测量不同模拟月尘质量 下的太阳能电池探头短路电流；所述玻璃盖片尺寸与待测定的太阳能电池探头尺寸相同； [0011] 步骤5,根据步骤4中测试的数据，计算太阳能电池探头短路电流相比于模拟月尘 质量为〇时的电流改变量，获得模拟月尘质量与太阳能电池探头短路电流的对应关系；提 取电流改变量的最小值和最大值，其对应的模拟月尘质量即为太阳光入射角Θ =0°时太 阳能电池探头量程的最小值和最大值；量程的最小值即为太阳能电池探头的最小分辨率。
[0012] 进一步地，改变样品台与水平面的角度Θ，重复步骤4,得到不同太阳光入射角Θ 下模拟月尘累积质量与太阳能电池短路电流的对应关系。
[0013] 有益效果：
[0014] (1)本发明的地面标定装置，结构简单，能够有效对月尘测量仪太阳能电池探头进 行标定。
[0015] (2)本发明以测量短路电压的方式间接获得太阳能电池探头的短路电流，相比于 直接采用电流表测量短路电流的方法，由于电流表自身的电阻会影响其测量精度，因此，本 发明方法精度更高。
[0016] (3)考虑到太阳光强度、角度会影响太阳能电池探头的短路电流，而在探测器在实 际工作时，其受到的太阳光光强为1个太阳光常数，因此，在进行标定时，本发明首先采用 标准三结砷化镓太阳能电池片获得光强为1个太阳常数的垂直入射光，避免太阳光强度对 太阳能电池探头短路电流的影响。
[0017] (4)采用太阳能电池探头表面覆盖撒有模拟月尘的玻璃盖片的形式模拟太阳能电 池探头的遮光效应，通过替换玻璃盖片，能够很方便地获得不同月尘量下太阳能电池探头 的短路电流。
[0018] (5)通过调整样品台与水平面的角度，可以很方便地获得不同太阳光入射角下的 月尘量与太阳能电池探头短路电流之间的关系。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1为月尘测量仪太阳能电池探头标定方法中地面模拟月尘累积质量试验设备 图。
[0020] 图2为垂直入射角下月尘沉积量与太阳电池短路电流关系曲线。
[0021] 图3为一定月尘累积量下模拟太阳光入射角度与短路电流关系。
[0022] 其中，1-全反射镜面，2-模拟太阳光源，3-太阳能电池探头，4-负载电阻，5-电压 表，6-样品台，7-样品台角度刻度盘。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0024] 本发明提供了一种月尘测量仪太阳能电池探头标定方法，利用太阳能电池片遮光 效应原理，即太阳能电池片短路电流与入射光之间存在对应关系，当太阳能电池片上存在 灰尘时，会遮挡入射光，影响短路电流，短路电流与太阳能电池片上沉积的灰尘量成正比关 系，故而通过建立地面标定装置，模拟太阳光照射及太阳能电池片上的月尘沉积，测量太阳 能电池探头短路电流与沉积月尘量的关系，测试不同太阳光入射角的影响，对太阳能电池 探头进行标定。利用这个标定结果，月尘测量仪可以根据测试时的太阳光入射角以及太阳 能电池探头的短路电流，计算出沉积的月尘量。
[0025] 本发明采用如图1所示的标定装置实现对太阳能电池探头的标定，标定装置包括 全反射镜面1，模拟太阳光源2,太阳能电池探头3,负载电阻4,电压表5,样品台6、样品台 角度刻度盘7和玻璃盖片，其中，样品台6和样品台角度刻度盘7安装在支架上，样品台6可 进行转动，模拟太阳光入射角度的变化，样品台6与水平线的夹角可由样品台角度刻度盘7 测量获得；太阳能电池探头放置在样品台上，玻璃盖片覆盖在太阳能电池探头3上；太阳能 电池探头3安装在样品台6上，全反射镜面1将模拟太阳光源2的光反射到太阳能电池探 头3上，太阳能电池探头3外接一个负载电阻4,所述负载电阻为精密电阻，20 Ω，通过电压 表5测量负载电阻4的电压，计算获得太阳能电池探头3的短路电流I。
[0026] 具体标定方法如下：
[0027] 步骤1，模拟太阳光强度。
[0028] 将1片标准三结砷化镓太阳能电池片平放在样品台上，其中，标准三结砷化镓太 阳能电池片与待测定的太阳能电池探头尺寸规格相同，打开模拟太阳光源预热1小时后 (使得设备稳定），调整样品台与水平线的夹角为〇,调整模拟太阳光源、全反射镜面与标 准三结砷化镓太阳能电池片之间的位置，直至在太阳能电池探头上得到光强为1个太阳常 数，即光强为135. 3mW/cm2的垂直入射光，即入射角为0。
[0029] 步骤2,将标准三结砷化镓太阳能电池片更换为待测定的太阳能电池探头。
[0030] 步骤3,考虑到直接将模拟月尘落在太阳能电池探头上，不方便更改月尘量，同时， 本发明采用的是遮光效应来确定太阳能电池探头电流变化与太阳能电池片上沉积的灰尘 量之间的关系，因此，可以采用在太阳能电池探头上方放置撒有模拟月尘的玻璃盖片的方 式模拟太阳能电池探头月尘沉积，通过替换玻璃盖片实现不同质量月尘的沉积。取大于或 等于15片的玻璃盖片分别称重，在每片玻璃盖片上撒上不同质量的模拟月尘后再分别称 重，针对每片玻璃盖片，用撒有模拟月尘的质量减去玻璃盖片的净质量，得到每片玻璃盖片 上撒上模拟月尘质量m;其中，所述玻璃盖片与太阳能电池探头上的太阳能电池片尺寸相 同。
[0031] 步骤3. 1，开启太阳能电池探头，测量模拟月尘质量为0时的太阳能电池探头短路 电流。
[0032] 步骤3. 2,取单片覆盖有模拟月尘的玻璃盖片盖于待测定的太阳能电池探头表面， 记录电压表读数，根据负载电阻（精密电阻，20Ω)的电压计算太阳能电池探头短路电流 I ;
[0033] 步骤3. 3,更换玻璃盖片，记录不同月尘质量下太阳能电池探头的短路电流，根据 公式?exp(- α ·πι)以及测量的月尘质量-短路电流数据拟合出垂直入射角（入射角为 〇)下模拟月尘沉积量与太阳能电池探头短路电流关系曲线；其中，m为月尘的质量，α为指 数参数。
[0034] 步骤4,改变样品台与水平面的角度Θ，重复步骤3. 2和3. 3,得到不同太阳光入射 角度Θ下模拟月尘累积质量与太阳能电池短路电流的对应关系；作出一定量沉积月尘在 不同太阳入射角下的短路电流的变化曲线。
[0035] 步骤5,根据步骤3中测试的数据，找出在太阳入射角Θ =〇°时，引起短路电流 改变量的最小值和最大值，其对应的沉积月尘量即为月尘测量仪太阳能电池探头的量程的 最小值和最大值。
[0036] 下面给出一个具体的实例进行说明。
[0037] 采用本发明方法获得的模拟太阳光不同入射角度下、不同灰尘沉积量所对应的太 阳能电池探头短路电流的测试数据如表1所示，标定出垂直入射角下月尘测量仪太阳能电 池探头短路电流月沉积月尘的对应关系如图2所示。一定月尘累积量下模拟太阳光入射角 度与短路电流关系，如图3所示。
[0038] 由表1可知，太阳光入射角为0时，改变月尘质量，短路电流的变化最小值（与月 尘质量为〇时的短路电流相比）为0.0043A，对应的太阳能电池探头单位面积上的模拟月尘 累积量为8. 42X l(T5g/Cm2 ;短路电流的变化最大值（与月尘质量为0时的短路电流相比） 为0. 1366A，对应的太阳能电池探头单位面积上的模拟月尘累积量为5. 72X l(T3g/Cm2,即太 阳能电池探头最小分辨率为8. 42X 10_5g/cm2,量程范围为8. 42X 10_5g/cm2?5. 72X 10_3g/ cm2,能够满足月尘测量仪5X l(T4g/Cm2?4X l(T3g/Cm2的要求。
[0039] 表1试验数据
【权利要求】
1. 一种月尘测量仪太阳能电池探头标定方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1，构建地面标定装置； 标定装置包括全反射镜面（1)、模拟太阳光源（2)、太阳能电池探头（3)、负载电阻（4)、 电压表（5)、样品台（6)和样品台角度刻度盘（7);其中，样品台（6)和样品台角度刻度盘 (7)安装在支架上，样品台（6)能够转动，样品台（6)与水平线的夹角由样品台角度刻度盘 (7)测量获得；太阳能电池探头（3)安装在样品台（6)上，全反射镜面（1)将模拟太阳光源 ⑵的光反射到太阳能电池探头⑶上；太阳能电池探头⑶与负载电阻⑷连接，所述负 载电阻⑷为精密电阻，电压表（5)安装负载电阻⑷上； 步骤2,模拟太阳光强度； 将1片标准三结砷化镓太阳能电池片平放在样品台上，其中，标准三结砷化镓太阳能 电池片与待测定的太阳能电池探头尺寸规格相同；打开模拟太阳光源预热，预热一段时间 后，调整样品台与水平线的夹角为0,调整模拟太阳光源、全反射镜面与标准三结砷化镓太 阳能电池片之间的位置，直至在标准三结砷化镓太阳能电池片上得到光强为1个太阳常数 的垂直入射光，用于模拟太阳光入射角Θ =0°时的情况； 步骤3,将标准三结砷化镓太阳能电池片更换为待测定的太阳能电池探头； 步骤4,测量无模拟月尘质量时的太阳能电池探头短路电流；依次将撒有不同质量模 拟月尘的玻璃盖片覆盖于待测定的太阳能电池探头表面，分别测量不同模拟月尘质量下的 太阳能电池探头短路电流；所述玻璃盖片尺寸与待测定的太阳能电池探头尺寸相同； 步骤5,根据步骤4中测试的数据，计算太阳能电池探头短路电流相比于模拟月尘质量 为〇时的电流改变量，获得模拟月尘质量与太阳能电池探头短路电流的对应关系；提取电 流改变量的最小值和最大值，其对应的模拟月尘质量即为太阳光入射角Θ =0°时太阳能 电池探头量程的最小值和最大值；量程的最小值即为太阳能电池探头的最小分辨率。
2. 如权利要求1所述的月尘测量仪太阳能电池探头标定方法，其特征在于，改变样品 台与水平面的角度Θ，重复步骤4,得到不同太阳光入射角Θ下模拟月尘累积质量与太阳 能电池短路电流的对应关系。
【文档编号】B64G7/00GK104229162SQ201410453264
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2014年9月5日
【发明者】姚日剑, 王鹢, 杨生胜, 庄建宏, 王锡来, 邹昕, 陈丽平, 李存惠 申请人:兰州空间技术物理研究所