介质材料低气压环境表面带电测试系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种介质材料低气压环境表面带电测试系统，涉及测量电变量的装置或系统【技术领域】。所述测试系统包括高压静电发生器，其电压输出端通过导线及真空引线接头与真空罐系统保持电气连接；非接触静电电压测试仪通过导线及真空引线接头与真空罐系统保持电气连接；步进电机控制器通过导线及真空引线接头与真空罐系统保持电气连接；真空罐系统通过真空管与真空泵保持密闭连接；真空计通过导线、真空引线接头与真空罐系统保持连接。所述测试系统用于研究太阳能电池阵列不同表面材料静电电位的变化规律，分析静电耦合通道，为理论研究二次放电能量及其对太阳能电源系统的影响，确定太阳能电池阵静电放电失效机理提供实验数据。
【专利说明】介质材料低气压环境表面带电测试系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及测量介质材料表面电量的装置或系统【技术领域】，尤其涉及一种介质材料低气压环境表面带电测试系统。
【背景技术】
[0002]对介质表面电荷的深入研宄，人们可以进一步认识影响介质表面充放电的本质因素，还可以通过对材料表面电荷分布的研宄，分析介质内部及介质交界面处的微观介电现象，为研宄低气压环境下不同介质材料的充放电特性，探索低气压环境下介质表面带电的机理，寻找新型的耐电强度高的介质材料，提高低气压下真空中介质材料的耐压性提供依据。因此研宄低气压环境下介质材料表面电荷充放电对于航天器材料的发展具有十分重要的意义。
[0003]介质表面在低气压环境下会呈现远不同于地表环境的表面绝缘电阻率，电荷在介质表面聚集是造成表面放电的原因，放电产生的脉冲会影响航天器电子系统的工作异常；弧光放电则会造成介质表面烧毁，都会影响到航天器可靠性。一般处理方法是对介质表面进行低绝缘电阻率处理，如采用半导电膜等。进一步的研宄是采用表面喷涂或表面处理解决表面带电问题。低气压环境下介质材料表面的带电程度与空间带电强度的关系是评价介质材料可靠性的关键试验项目。
[0004]在真实空间环境下的介质带电与放电过程极为复杂，不仅与介质物理、化学结构有关，而且受空间复杂多变环境的影响。比如太阳风、沉降粒子、极光环境以及低通量高能宇宙射线对介质的累积效应等，需要进行长久不懈的试验研宄。
[0005]理想的介质带电与放电试验应是综合真空，高、低温，电子束(或等离子体)，紫外线，X射线效应等因素于一体的大型仿真试验，条件成熟时就应考虑设计太空真实环境试验；如真空紫外辐射环境下介质材料的冷热循环寿命试验；真空紫外、X光辐射环境下介质材料的冷热循环寿命试验；真空紫外辐射条件下原子氧对介质材料的腐蚀寿命试验以及三因子或多因子综合效应老化试验等。有条件时建立包含所有主要因素的综合老化和加速老化试验系统。
[0006]在地面环境下如何保持模拟航天器太阳能电池阵表面带有较高的静电电位，并模拟太空低气压带电环境，测试模拟的航天器介质材料表面的静电电压，是当前迫切需要解决的研宄课题。
实用新型内容
[0007]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种介质材料低气压环境表面带电测试系统，能够对介质材料低气压环境表面给电并进行电量测试，用于研宄太阳能电池阵列不同表面材料静电电位的变化规律，分析静电耦合通道，为理论研宄二次放电能量及其对太阳能电源系统的影响，确定太阳能电池阵静电放电失效机理提供实验数据，同时对航天器表面材料及敏感部件进行静电起电、放电等效实验，为选取合适的抗静电材料提供技术支撑。
[0008]为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是:一种介质材料低气压环境表面带电测试系统，其特征在于:所述测试系统包括真空罐系统和位于真空罐系统外侧的非接触静电电压测试仪、高压静电发生器、步进电机控制器、真空泵和真空计，所述步进电机控制器通过导线、位于真空罐上的第一真空引线接头与真空罐系统内的步进电机的控制端连接，所述步进电机的动力输出端通过绝缘连轴杆与第一绝缘垂直支架连接，所述第一绝缘垂直支架上设有第一旋转绝缘支架和第二旋转绝缘支架，所述第一旋转绝缘支架的自由端设有喷电刷，所述第二旋转绝缘支架的自由端设有非接触静电传感器，当所述第一旋转绝缘支架和第二旋转绝缘支架在步进电机的带动下旋转时，喷电刷和非接触静电传感器依次与绝缘载物台相对，所述绝缘载物台上设有被测介质材料，所述被测介质材料通过接地引线与真空罐的屏蔽罩连接，所述非接触静电传感器通过导线、位于真空罐上的第二真空引线接头与非接触静电电压测试仪连接，所述喷电刷通过导线与位于第一绝缘垂直支架内弹簧的一端连接，弹簧的另一端设有金属球，所述第一绝缘垂直支架的正下方设有与其相对的第二绝缘垂直支架，第二绝缘垂直支架上设有与金属球相适配的金属槽，所述金属槽通过导线、位于真空罐上的第三真空引线接头与高压静电发生器连接，真空罐系统通过真空管与真空泵保持密闭连接，真空计通过导线、位于真空罐上的第四真空引线接头与真空罐系统保持连接。
[0009]进一步优选的技术方案在于:所述第二绝缘垂直支架通过第三绝缘垂直支架与真空罐固定连接。
[0010]进一步优选的技术方案在于:所述第一旋转绝缘支架和第二旋转绝缘支架之间的夹角为90° O
[0011]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:通过所述测试系统能够进行低气压环境下太阳电池阵等介质材料表面电位影响实验，从而建立不同气压环境下太阳能电池阵列等介质材料表面电位关系表达式；可以进行低气压环境下不同材料、不同区间高压放电影响实验，从而建立低气压环境下不同材料、不同区间的高压放电关系表达式。通过所述测试系统能够较为全面的掌握低气压环境下介质材料表面电位影响规律。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细的说明。
[0013]图1是本实用新型的整体结构示意图；
[0014]图2是本实用新型真空罐系统的结构示意图；
[0015]其中:1、真空罐系统2、非接触静电电压测试仪3、高压静电发生器4、步进电机控制器5、真空泵6、真空计7、导线8、真空罐9、第一真空引线接头10、步进电机11、绝缘连轴杆12、第一绝缘垂直支架13、第一旋转绝缘支架14、第二旋转绝缘支架15、喷电刷16、非接触静电传感器17、绝缘载物台18、被测介质材料19、接地引线20、屏蔽罩21、第二真空引线接头22、弹簧23、金属球24、第二绝缘垂直支架25、金属槽26、第三真空引线接头27、真空管28、第四真空引线接头29、第三绝缘垂直支架。
【具体实施方式】
[0016]下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0017]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
[0018]如图1-2所示，本实用新型公开了一种介质材料低气压环境表面带电测试系统，所述测试系统包括真空罐系统I和位于真空罐系统I外侧的非接触静电电压测试仪2、高压静电发生器3、步进电机控制器4、真空泵5和真空计6。所述步进电机控制器4通过导线
7、位于真空罐8上的第一真空引线接头9与真空罐系统I内的步进电机10的控制端连接，所述步进电机10的动力输出端通过绝缘连轴杆11与第一绝缘垂直支架12连接，操作步进电机10能够使第一绝缘垂直支架12转动。
[0019]所述第一绝缘垂直支架12上设有第一旋转绝缘支架13和第二旋转绝缘支架14，所述第一旋转绝缘支架13和第二旋转绝缘支架14之间的夹角为90°。所述第一旋转绝缘支架13的自由端设有喷电刷15，所述第二旋转绝缘支架14的自由端设有非接触静电传感器16。当所述第一旋转绝缘支架13和第二旋转绝缘支架14在步进电机10的带动下旋转时，喷电刷15和非接触静电传感器16依次与绝缘载物台17相对。所述绝缘载物台17上设有被测介质材料18，所述被测介质材料18通过接地引线19与真空罐8的屏蔽罩20连接。
[0020]所述非接触静电传感器16通过第一旋转绝缘支架13内的导线7、位于真空罐上的第二真空引线接头21与非接触静电电压测试仪2连接，所述喷电刷15通过第二旋转绝缘支架14内的导线7与位于第一绝缘垂直支架12内弹簧22的一端连接。弹簧22的另一端设有金属球23，所述第一绝缘垂直支架12的正下方设有与其相对的第二绝缘垂直支架24，所述第二绝缘垂直支架24通过第三绝缘垂直支架29与真空罐8固定连接。第二绝缘垂直支架24上设有与金属球23相适配的金属槽25。所述金属槽25通过导线7、位于真空罐上的第三真空引线接头26与高压静电发生器3连接。当所述步进电机10带动一绝缘垂直支架12转动时，弹簧22端部的金属球23可以进入第二绝缘垂直支架24上的金属槽25内，金属球23接触金属槽25与高压静电发生器3实现电连接。
[0021]真空罐系统I通过真空管27与真空泵5保持密闭连接，真空泵5用于将真空罐8抽成真空状态；真空计6通过导线7、位于真空罐上的第四真空引线接头28与真空罐系统保持连接，真空计6用于测量真空罐8内的真空程度。
[0022]在真空泵5的作用下，真空罐内达到KT4Pa的大气压。手动操作步进电机控制器4使得步进电机10通过绝缘连轴杆11、第一垂直绝缘支架12连带导线、第一旋转绝缘支架13、喷电刷15、第二旋转绝缘支架14、非接触电压传感器16旋转，直到金属球与金属槽25接触导通，这时喷电刷15旋转至被测介质材料18正上方，高压静电发生器3产生的高电压通过导线、第三真空引线插头26、导线、金属槽25、金属球23、弹簧22输送到喷电刷15 ;喷电刷15在高电压作用下发生电晕放电使得正下方的被测介质材料18表面带电；
[0023]手动操作步进电机控制器4使得步进电机10通过绝缘连轴杆11、第一垂直绝缘支架12连带第一旋转绝缘支架13、喷电刷15、第二旋转绝缘支架14、非接触电压传感器16旋转90度，这时金属球23脱离金属槽25，非接触静电传感器16旋转至被测介质材料18正上方；被测介质材料18所带表面电压通过非接触电压传感器16、导线、第二真空引线接头21传送至非接触静电电压测试仪2上测得其表面电压值。
[0024]所述测试系统用于研宄太阳能电池阵列不同表面材料静电电位的变化规律，分析静电耦合通道，为理论研宄二次放电能量及其对太阳能电源系统的影响，确定太阳能电池阵静电放电失效机理提供实验数据，同时对航天器表面材料及敏感部件进行静电起电、放电等效实验，为选取合适的抗静电材料提供技术支撑。
【权利要求】
1.一种介质材料低气压环境表面带电测试系统，其特征在于:所述测试系统包括真空罐系统(I)和位于真空罐系统(I)外侧的非接触静电电压测试仪(2)、高压静电发生器(3)、步进电机控制器(4)、真空泵(5)和真空计(6)，所述步进电机控制器(4)通过导线(7)、位于真空罐(8)上的第一真空引线接头(9)与真空罐系统(I)内的步进电机(10)的控制端连接，所述步进电机(10)的动力输出端通过绝缘连轴杆(11)与第一绝缘垂直支架(12)连接，所述第一绝缘垂直支架(12)上设有第一旋转绝缘支架(13)和第二旋转绝缘支架(14)，所述第一旋转绝缘支架(13)的自由端设有喷电刷(15)，所述第二旋转绝缘支架(14)的自由端设有非接触静电传感器(16)，当所述第一旋转绝缘支架(13)和第二旋转绝缘支架(14)在步进电机(10)的带动下旋转时，喷电刷(15)和非接触静电传感器(16)依次与绝缘载物台(17)相对，所述绝缘载物台(17)上设有被测介质材料(18)，所述被测介质材料(18)通过接地引线(19)与真空罐(8)的屏蔽罩(20)连接，所述非接触静电传感器(16)通过导线(7)、位于真空罐上的第二真空引线接头(21)与非接触静电电压测试仪(2)连接，所述喷电刷(15)通过导线(7)与位于第一绝缘垂直支架(12)内弹簧(22)的一端连接，弹簧(22)的另一端设有金属球(23)，所述第一绝缘垂直支架(12)的正下方设有与其相对的第二绝缘垂直支架(24 )，第二绝缘垂直支架(24 )上设有与金属球(23 )相适配的金属槽(25 )，所述金属槽(25)通过导线(7)、位于真空罐上的第三真空引线接头(26)与高压静电发生器(3)连接，真空罐系统(I)通过真空管(27)与真空泵(5)保持密闭连接，真空计(6)通过导线(7)、位于真空罐上的第四真空引线接头(28)与真空罐系统保持连接。
2.根据权利要求1所述的介质材料低气压环境表面带电测试系统，其特征在于:所述第二绝缘垂直支架(24)通过第三绝缘垂直支架(29)与真空罐(8)固定连接。
3.根据权利要求1所述的介质材料低气压环境表面带电测试系统，其特征在于:所述第一旋转绝缘支架(13)和第二旋转绝缘支架(14)之间的夹角为90°。
【文档编号】G01R29/24GK204203368SQ201420696121
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】孙永卫, 苏银涛, 刘存礼, 曹鹤飞, 杨洁, 张希军, 原青云, 刘浩, 蒙志成, 熊久良 申请人:中国人民解放军军械工程学院