一种用于空间环境中等离子体电位的监测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及空间探测技术领域，尤其涉及一种用于空间环境中等离子体电位的监测装置。
【背景技术】
[0002]在太空中运行的航天器身处等离子环境中，周围游离着大量的带电粒子。这些粒子对航天器影响很大，可以产生各种效应，损害航天器的安全。
[0003]国内早期的研宄对于卫星带电效应重视程度并不高，而随着近几年太阳活动剧烈程度提高，空间环境日趋恶劣，带电效应对卫星的损害程度逐渐加重，使得国内多颗卫星相继出现严重故障，据分析都与带电效应相关。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于，为了能够有效监测出在轨运行的航天器受空间高能带电粒子的影响所导致的带电效应状况，提供一种用于空间环境中等离子体电位的监测装置。该监测装置能够有效监测空间环境中的航天器等离子体电位。
[0005]为实现上述目的，本发明提供一种用于空间环境中等离子体电位的监测装置，包括:电位传感器、微处理器、D/A转换器、A/D转换器、高压放大器、前置放大器和隔离放大器；所述的微处理器控制D/A转换器输出扫描电压，所述的高压放大器用于将扫描电压高压放大后，通过前置放大器输入至电位传感器；所述的电位传感器通过扫描电压的驱动以探测空间环境中的等离子体电位，并将生成的电流信号依次输入至前置放大器和隔离放大器进行前置放大和隔离放大；所述的A/D转换器用于将从隔离放大器输出的电流信号进行模数转换，并将生成的数字信号输入至微处理器；所述的微处理器将采集的数字信号进行输出。
[0006]作为上述技术方案的进一步改进，所述的高压放大器放大后的扫描电压为
±200Vo
[0007]作为上述技术方案的进一步改进，所述的监测装置采用分段测量。
[0008]作为上述技术方案的进一步改进，所述的监测装置还包括光耦隔离和模拟开关；所述的光耦隔离用于将切档信号的信号电位悬浮，所述模拟开关用于档位的快速切换。
[0009]通过微处理器控制D/A转换器使其输出±5V的扫描电压，将扫描电压通过高压放大器放大至±200V后输入前置放大器，并将其作为该前置放大器的参考地，由于该前置放大器虚短，因此供给电位传感器的扫描电压即为±200V。前置放大器将电位传感器收集的电流信号进行放大，由于此信号共模电压过大，因此通过隔离放大器进行隔离，使其变为士5V电压输出，供给A/D转换器进行采样，随后将生成的采样信号送给微处理器进行处理，此时微处理器可通过检测采样信号的范围发送切档信号给光耦隔离，随即输出给模拟开关进行采样电阻的切换，从而实现自动切档功能。自动切档功能可以有效提高小收集电流下的采样精度。
[0010]本发明的一种用于空间环境中等离子体电位的监测装置的优点在于:
[0011]本发明的监测装置能够有效监测空间环境中等离子体电位，通过高压放大后具有大范围的扫描电压，能够测量大范围的等粒子密度，且高压驱动电压扫描功耗低，并且对于不同的采样信号实现自动切档功能，以有效提高小收集电流下的探测精度。
【附图说明】
[0012]图1是本发明实施例中的一种用于空间环境中等离子体电位的监测装置结构示意图。
[0013]图2是本发明实施例中的一种等离子体电位监测装置高压扫描驱动模块电路图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图和实施例对本发明所述的一种用于空间环境中等离子体电位的监测装置进行详细说明。
[0015]本发明的一种用于空间环境中等离子体电位的监测装置包括:等离子体电位传感器，电子学箱；其中电子学箱包括:模拟信号处理电路，数字信号处理电路，电压扫描模块；
[0016]其连接关系在于:由于采样信号微弱，所述等离子体电位传感器与电子学箱通过屏蔽电缆连接，屏蔽电缆将等离子体电位传感器探测的信号传输至电子学箱进行模拟信号处理，随后将模拟信号转换为数字信号并传输给微处理器进行存储与发送。
[0017]微处理器通过发送控制信号给DA，使其可输出士 5V的扫描电压，随后通过高压放大模块放大至±200V供给前置放大器的输入端+，并将其作为前置放大器的参考地，由于前置放大器为负反馈回路，虚短，传感器与前置放大器输入端-相连，因此施加在等离子电位传感器上的扫描电压为±200V，S卩电位探针在±200V的扫描电压下工作。由于传感器与空间环境的电位差持续变化，使得探针的收集电流发生变化。通过监测前置放大器输入输出端的跨阻即可得出探针的收集电流，由于扫描电压为±200V，跨阻两端的共模电压过大，利用隔离放大器对跨阻两端的电压进行隔离放大，输出为±5V。由于传感器收集电流的量级跨度较大，仅用一个跨阻难以满足精度要求，采用分段测量可以解决这一问题。通过微处理器给光耦隔离一个控制信号，使其切换模拟开关的开启通道，每一路模拟开关通道都串联不同电阻，并且每一路通道都连接到前置放大的输出端和输入端。隔离放大后的信号输出给AD转换为数字信号，并将数字信号发送至微处理器进行存储，发送至航天器数传系统。通道的开启通过微处理器接收到的AD采样的值进行判定，根据取值的不同范围发送不同的信号给不同的光耦隔离进行自动切档。
[0018]如图2所示，电压扫描模块的驱动电路由运算放大器，NPN三极管以及PNP三极管构成。与一般放大电路相比较，该电路将后级的三极管作为反馈回路的扩展，当运算放大器Ul的6脚为正时，Ql中Vbl (Ql的基极电压)>Vel(Ql的发射极电压)，三极管导通，Vcl (Ql的集电极电压)=100V，在Q3中，Ve3(Q3的发射极电压)>Vb3 (Q3的基极电压)，Q3导通，则输出为200V，突破Ul供电15V的限制。反之当Ul的6脚为负时，Q2中Ve2 (Q2的发射极电压)>Vb2(Q2的基极电压)，Q2导通，Vc2(Q2的集电极电压)=-100V，此时在Q4中，Vb4(Q4的基极电压)>Ve4(Q4的发射极电压)，Q4导通，则输出为-200V。图中C303是对输出信号进行一个滤波作用。分析表明这种放大方式可以将信号放大的更大，突破运算放大器供电电压的限制，同时增加了输出功率。与一般功率放大器相比这种方式功率损耗更低，放大效果，稳定性，噪声等都更好。从工作模式上来说，上述驱动电路的功能就是将DA输出的±5V扫描电压放大至±200V。
[0019]自动切档模块电路由光耦隔离与模拟开关构成。由于跨阻两端共模电压过大，无法直接通过模拟开关，因此需要将模拟开关的地悬浮(即将其参考地定义为扫描电压)，这样通过模拟开关的信号就在模拟开关的供电电压范围内，而模拟开关的控制信号亦需要将悬浮地作为参考地才能满足开关的触发条件，光耦隔离就起了这个作用，将微处理器送达的信号升至扫描电压+12V，满足模拟开关在不同的参考电压下都能正常触发，当微处理器接收到AD采集的实时数据时，通过对数据值的判断进行控制信号的切换，从而实现档位的切换。
[0020]最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种用于空间环境中等离子体电位的监测装置，其特征在于，包括:电位传感器、微处理器、d/a转换器、A/D转换器、高压放大器、前置放大器和隔离放大器；所述的微处理器控制D/A转换器输出扫描电压，所述的高压放大器用于将扫描电压高压放大后，通过前置放大器输入至电位传感器；所述的电位传感器通过扫描电压的驱动以探测空间环境中的等离子体电位，并将生成的电流信号依次输入至前置放大器和隔离放大器进行前置放大和隔离放大；所述的A/D转换器用于将从隔离放大器输出的电流信号进行模数转换，并将生成的数字信号输入至微处理器；所述的微处理器将采集的数字信号进行输出。
2.根据权利要求1所述的用于空间环境中等离子体电位的监测装置，其特征在于，所述的高压放大器放大后的扫描电压为±200V。
3.根据权利要求1所述的用于空间环境等离子体电位的监测装置，其特征在于所述的监测装置采用分段测量。
4.根据权利要求1所述的用于空间环境中等离子体电位的监测装置，其特征在于，所述的监测装置还包括光耦隔离和模拟开关；所述的光耦隔离用于将切档信号的信号电位悬浮，所述模拟开关用于档位的快速切换。
【专利摘要】本发明提供了一种用于空间环境中等离子体电位的监测装置，包括：电位传感器、微处理器、D/A转换器、A/D转换器、高压放大器、前置放大器和隔离放大器；所述的微处理器控制D/A转换器输出扫描电压，所述的高压放大器用于将扫描电压高压放大后，通过前置放大器输入至电位传感器；所述的电位传感器通过扫描电压的驱动以探测空间环境中的等离子体电位，并将生成的电流信号依次输入至前置放大器和隔离放大器进行前置放大和隔离放大，最后经过模数转换后通过微处理器将信号输出。上述监测装置通过高压放大后具有大范围的扫描电压，能够测量大范围的等粒子密度，从而能够有效监测空间环境中等离子体电位。
【IPC分类】G01R19-25
【公开号】CN104793043
【申请号】CN201510188602
【发明人】翁成翰, 周斌
【申请人】中国科学院空间科学与应用研究中心
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月20日