一种用于空间电场探测的传感器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种用于空间电场探测的传感器，包括球壳、内置壳体、内置电路板、左短杆及右短杆；其中所述内置电路板上设有前端电压检测电路、恒流源电路及自增益电路；球壳外表面涂覆环氧掺碳涂层，所述涂层的太阳吸收系数与总半球发射系数比值为0.95～1.2，且涂层厚度不小于15μm；左短杆和右短杆对称的设置在球壳的外表面上，内置壳体和内置电路板设置于球壳的内部；所述恒流源电路连接球壳外表面，用于向球壳表面施加范围在(-300nA，300nA)的偏置电流；所述自增益电路分别连接球壳与内置壳体，用于将内置壳体电势置于球壳的电势上；所述前端电压检测电路连接球壳的外表面，用于采集球壳表面所感应的空间电势并输出。
【专利说明】一种用于空间电场探测的传感器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于空间电场探测的传感器，属于空间环境探测【技术领域】。
【背景技术】
[0002]空间电场探测具有重要的意义，可为地震监测、电波传播、雷暴监测等应用领域提供准确的基础数据和背景，提高对重大自然灾害的监测预警与评估能力。目前空间电场探测多采用在卫星上或探空火箭上搭载探测仪的方式进行，电场探测传感器又可分为针式、柱式或球式。国际上，法国DEMETER卫星搭载的ICE电场探测仪较为著名，但尚没有文献具体介绍该传感器的具体设计。国内尚没有成功搭载于卫星平台的空间电场探测仪。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种用于空间电场探测的传感器，该传感器能够准确地感应空间电势，并且满足空间环境使用的要求。
[0004]实现本发明的技术方案如下:
[0005]—种用于空间电场探测的传感器,包括球壳、内置壳体、内置电路板、左短杆及右短杆；其中所述内置电路板上设有前端电压检测电路、恒流源电路及自增益电路；
[0006]球壳外表面涂覆环氧掺碳涂层，所述涂层的太阳吸收系数与总半球发射系数比值为0.95?1.2,且涂层厚度不小于15 μ m ;左短杆和右短杆对称的设置在球壳的外表面上，内置壳体和内置电路板设置于球壳的内部；所述恒流源电路连接球壳外表面，用于向球壳表面施加范围在(_300nA，300nA)的偏置电流；所述自增益电路分别连接球壳与内置壳体，用于将内置壳体电势置于球壳的电势上；所述前端电压检测电路连接球壳的外表面，用于采集球壳表面所感应的空间电势并输出。
[0007]有益效果:
[0008]第一、本发明在传感器表面涂覆环氧掺碳涂层，通过涂层的设计，增强了传感器的原子氧侵蚀和抗紫外辐照的能力，从而很好提升了传感器在轨工作的寿命。
[0009]第二，本发明设置恒流源电路向球壳表面施加偏置电流，有效减小传感器周围等离子鞘层阻抗；
[0010]第三、本发明利用自增益电路将内置壳体的电势置于传感器电势上，从而减小传感器的寄生电容。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为用于空间电场探测的传感器的示意图。
[0012]其中，1-球壳，2-涂层，3-内置壳体，4-左短杆，5-右短杆。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图对本发明作进一步描述。
[0014]如图1所示，本发明一种用于空间电场探测的传感器，包括球壳、内置壳体、内置电路板、左短杆及右短杆；其中所述内置电路板上设有前端电压检测电路、恒流源电路及自增益电路。
[0015]本发明采用球形壳体，且较佳令球壳的半径大于35mm ;球形探针相对于针形和柱形探针而言，对称性好，且在空间收集电子流、离子流的面积大，传感器灵敏度高。
[0016]本发明在球壳表面涂覆太数阳吸收系与总半球发射系数比值为0.95?1.2的环氧掺碳涂层，且涂层厚度不小于15 μ m ;涂层的作用为:满足空间环境抗原子氧侵蚀和抗紫外辐照应用要求，满足特定的热辐射特性；同时使传感器的表面功函数具有均匀一致性。
[0017]本发明左短杆和右短杆对称的设置于球壳外表面上，左短杆和右短杆为完全相同的柱状中空短杆，且短杆一端到球心的距离大于2倍的球壳半径，短杆外径大于0.25倍球壳半径，小于0.33倍球壳半径。该参数设计既保证了不同方位球壳的辐射面积一致，又保证球壳在空中暴露的面积足够大。一对对称短杆能使处于空间不同位置的球形传感器太阳辐射面积相同，即保证传感器表面光电流发射的一致性。
[0018]本发明内置壳体和内置电路板设置于球壳的内部。
[0019]恒流源电路连接球壳外表面，用于向球壳表面施加范围在(_300nA，300nA)的偏置电流；恒流源电路的作用为:用于减小传感器周围等离子鞘层阻抗，提高电场测量精度。相较于国际上已有的空间电场探测传感器所采用的适用于F2电离层的(_300nA，10nA)的偏置电流，本发明所设计的传感器扩大了偏置电流的范围，适用于F2电离层直至磁层，提高了传感器的环境适应性。本发明恒流源电路设计偏置电流响应频率不低于10kHz，以提高传感器在响应高频电场时偏置电流的稳定性，从而提高电场测量精度。
[0020]自增益电路分别连接球壳与内置壳体，用于将内置壳体的电势置于传感器电势上(用于使球壳的电势与内置壳体的电势相同)，从而减小传感器的寄生电容，提高传感器偏置电流响应频率等。
[0021]前端电压检测电路连接球壳的外表面，用于采集球壳表面所感应的空间电势，然后通过导线输出。
[0022]通过以上设计，传感器能达到在空间等离子环境中的电场测量功能，并具有响应快、精度高、稳定性好的特点。
【权利要求】
1.一种用于空间电场探测的传感器，其特征在于，包括球壳、内置壳体、内置电路板、左短杆及右短杆；其中所述内置电路板上设有前端电压检测电路、恒流源电路及自增益电路； 球壳外表面涂覆环氧掺碳涂层，所述涂层的太阳吸收系数与总半球发射系数比值为0.95?1.2,且涂层厚度不小于15 μ m ;左短杆和右短杆对称的设置在球壳的外表面上，内置壳体和内置电路板设置于球壳的内部；所述恒流源电路连接球壳外表面，用于向球壳表面施加范围在(_300nA，300nA)的偏置电流；所述自增益电路分别连接球壳与内置壳体，用于将内置壳体电势置于球壳的电势上；所述前端电压检测电路连接球壳的外表面，用于采集球壳表面所感应的空间电势并输出。
2.根据权利要求1所述用于空间电场探测的传感器，其特征在于，所述左短杆和右短杆相同，短杆一端到球心的距离大于2倍的球壳半径,短杆外径大于0.25倍球壳半径,小于0.33倍球壳半径。
3.根据权利要求1所述用于空间电场探测的传感器，其特征在于，所述球壳的半径大于 35mm。
【文档编号】G01R29/12GK104237653SQ201410446705
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月4日 优先权日:2014年9月4日
【发明者】马勉军, 雷军刚, 崔阳, 李 诚, 刘泽, 王佐磊, 宗朝, 李世勋 申请人:兰州空间技术物理研究所