一种卫星材料表面光电子发射率的测量装置及其使用方法
【专利摘要】一种光电子发射率的测量装置及使用此装置的方法。该测量装置包括：紫外光源、真空罐、转台、电子检测仪、控制台，其中：紫外光源用于输出测量过程所需要的紫外光束；真空罐为测试提供真空腔体空间；转台安装于真空罐的底部，用来为待测材料样品和电子检测仪及光束提供适当的配合位置；电子检测仪用来测量材料表面光电子的发射强度；控制台用来对紫外光源、电子检测仪进行数据采集，并控制待测材料样品的电位。
【专利说明】
一种卫星材料表面光电子发射率的测量装置及其使用方法
技术领域
[0001]本发明涉及空间辐射防护评估领域，尤其涉及一种利用紫外光进行卫星材料表面光电子发射率的测量装置及其使用方法。【背景技术】
[0002]卫星表面由于空间等离子体的附着作用，会形成类似于地面静电带电的表面充电现象。表面充电会造成卫星与空间环境之间存在电位差，此即卫星表面的悬浮电位。当卫星表面与空间环境之间出现过大的电位差时，在静止轨道卫星上可以造成负2万伏高压， 这会造成卫星表面与空间环境之间或者表面不同部分之间出现放电现象(即如地面的静电放电)，或者造成卫星的仪器测量结果不准。静电放电会释放出来电流脉冲、电磁脉冲及热脉冲，电流脉冲和电磁脉冲都会直接或间接耦合进卫星的电子学系统，干扰甚至伤害卫星安全。
[0003]卫星表面充电的恶劣程度除了与空间环境相关以外，还与卫星的自身息息相关。 由于空间环境中造成表面充电的环境因素包括太阳光的照射，而太阳光通过照射卫星表面而使卫星表面发射光电子，而光电子的发射将可以降低低能粒子中的低能电子导致的碰撞效益，从而改善卫星表面的充电程度。因此选择具有适当的光电子发射率的材料是改善卫星表面充电的手段之一，于是对于金属材料表面的光电子发射率的测量就成为卫星表面充电防护过程的重要环节。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于，为解决现有的卫星表面充电防护的材料表面的光电子发射率的测量问题，提供一种卫星材料表面的光电子发射率的测量装置及其使用方法。
[0005]根据本发明的一个方面的卫星材料表面的光电子发射率的测量装置包括紫外光源、真空罐、转台、电子检测仪、控制台，其中:紫外光源用于输出测量过程所需要的紫外光束；真空罐为测试提供真空腔体空间；转台安装于真空罐的底部，用来为待测材料样品和电子检测仪及光束提供适当的配合位置；电子检测仪用来测量材料表面光电子的发射强度；控制台用来对紫外光源、电子检测仪进行数据采集，并控制待测材料样品的电位。
[0006]根据一个实施例，真空罐由不锈钢材料构成，且为圆筒状。
[0007]优选地，真空罐的内部横截面积不小于10cm2,以便于安装开展测量所需的设备， 且内壁光滑，内表面不平整度小于lcm，以便于降低内壁的粒子散射。
[0008]优选地，真空罐在测量过程中应保持在10 3Pa以上真空度，以降低残留气体对于电子束流的干扰。
[0009]根据一个实施例，紫外光源与真空罐壁通过输运管道连接。
[0010]根据一个实施例，转台为弱磁结构，其转台安装有转台托盘，转台托盘可以安装待测材料样品。
[0011]优选地，转台和转台托盘在垂直方向是可转动的，转动范围不小于90度，转动精度不低于5度，以便于尽可能地降低测量和试验的对准误差。
[0012]优选地，在本发明的测量装置中，光束流至多可以连续照射待测材料样品10分钟，以避免由于长期照射导致待测材料样品的表面电位发生改变。
[0013]优选地，光束流的束流横截面直径不大于1cm，以避免由于面积过大而造成待测材料样品的表面发射的电子被入射光束遮挡无法测量。
[0014]优选地，电子检测仪的横截面面积大于待测材料样品的表面面积，并且电子检测仪与待测材料表面距离不大于lcm，以避免待测材料样品的表面所发射的电子无法被收集。
[0015]优选地，待测材料样品与转台托盘绝缘，其电位由控制台控制。
[0016]优选地，控制台可以为待测材料样品提供0至-2kv范围电位，以避免由于待测材料样品的电位过高而吸附其表面所发射的电子。
[0017]根据本发明的另一方面的卫星材料表面的光电子发射率的测量装置的使用方法， 包括如下步骤:
[0018]步骤101，依据需要测量的光束的波长范围，设置入射光束的波长、强度及待测材料样品与入射光束之间的夹角；
[0019]步骤102,依据步骤101所设定的光束的波长、强度，设置电子检测仪的测量范围， 以便于测量范围与粒子束流相互匹配；
[0020]步骤103,依据步骤101和步骤102中设置的数据，以及紫外光源的光强度Ip、电子检测仪所采集的数据L，求出待测材料样品的光电子发射率y = iyip。
[0021]本发明的卫星材料表面的光电子发射率的测量装置，可以为包括金属材料、绝缘材料等各类材料表面光电子发射的测量提供一种简单、条件可行的测试方法，并且保持真空罐内高真空以利于测试实验的开展。【附图说明】
[0022]图1为根据本发明的卫星材料表面的二次电子发射率的测量装置的结构示意图
[0023]图2为本发明的测量装置中的电子检测仪的外形示意图。
[0024]图3为图2中的电子检测仪沿A-A向的剖面示意图。
[0025]图4为根据本发明的光束与待测材料样品之间的夹角关系示意图。
[0026]图5为根据本发明的测量装置中的待测材料样品、电子检测仪和控制台之间的数据采集过程的电气关系框图
[0027]图6为根据本发明的测量装置的使用方法流程图。
[0028]附图标记
[0029]1、紫外光源2、输运管道3、电子检测仪
[0030]4、待测材料样品5、转台托盘6、转台
[0031]7、真空罐8、收集电极9、电极I
[0032]10、电极II11、屏蔽电极12、粒子束流
[0033]13、控制台【具体实施方式】
[0034]下面结合附图和实施例对本发明的卫星材料表面的二次电子发射率的测量装置及其使用方法进行详细说明。
[0035]图1为根据本发明的卫星材料表面的二次电子发射率的测量装置的结构示意图。 如图所示，该测量装置包括紫外光源1、真空罐7、转台6、电子检测仪3和控制台13。紫外光源1用于输出测量过程中所需要的紫外光束。真空罐7为测量过程提供真空腔体空间。 转台6安装于真空罐7的底部，用来为待测材料样品4和电子检测仪3及光束提供适当配合位置。电子检测仪3用来测量待测材料样品4的表面的光电子的发射强度。控制台13 用来对紫外光源1和电子检测仪3进行数据采集，并控制待测材料样品4的电位。
[0036]优选地，转台6为弱磁结构，且安装有转台托盘5,其上安装待测材料样品4。
[0037]优选地，真空罐7由不锈钢材料构成，且为圆筒状。
[0038]优选地，紫外光源1与真空罐7的壁通过输运管道2连接。
[0039]在优选实例中，紫外光源1在测量过程中每次只对待测材料样品4照射ls，光束流的束流横截面直径不大于lcm，以避免由于面积过大而造成待测材料样品的表面发射的电子被入射光束所在位置遮挡无法测量。根据一个可选实施例，光束的横截面直径不大于 lum〇
[0040]图2和图3分别为电子检测仪3的结构示意图和沿A-A向的剖视图。从图中可见， 电子检测仪3的中间有一开孔，该开孔便于光束束流通过并入射到待测材料样品4的表面。 优选地，电子检测仪3的横截面面积大于待测材料样品4的表面面积，并且电子检测仪3与待测材料样品4的表面距离不大于lcm，以避免待测材料样品4的表面所发射的电子无法被收集。根据一个具体实施例，待测材料样品4至电子检测仪3的表面距离为5_位置。
[0041]在优选实施例中，待测材料样品4与转台托盘5绝缘，其电位由控制台13控制。
[0042]在优选实施例中，控制台13为待测材料样品4提供0至_2kV范围的电位，以避免由于待测材料样品4的电位过高而吸附材料表面发射的电子。
[0043]在优选实施例中，真空罐7的内部横截面积为100cm2,以便于安装开展试验所需的设备，且其内壁光滑，内表面不平整度小于1_，以便于降低内壁的粒子散射。
[0044]在优选实施例中，转台托盘5可以在垂直方向转动，转动范围不小于90度，转动精度不低于5度。
[0045]在优选实施例中，真空罐7在试验时期应保持在10 3Pa以上的真空度，以降低残留气体对于发射的光电子的干扰。
[0046]图4为本发明的光束来流方向与待测材料样品之间形成的夹角的示意图。显然， 通过改变该夹角可以获得相同能量不同角度入射下的二次电子发射的差异。
[0047]图5为本发明的待测材料样品4、电子检测仪3及控制台13之间的电气关系示意框图。控制台13用于控制待测材料样品4、电子检测仪3的电位，并采集电子检测仪3的通量数据。
[0048]图6为本发明所述的测量装置的使用方法的流程图，包括如下步骤:
[0049]步骤101:依据需要测量的光束的波长范围，设置入射光束的波长和强度及待测材料样品4与粒子束流12之间的夹角；
[0050]步骤102:依据步骤101所设定的光束的波长和强度，设置电子检测仪3的测量范围，以便于测量范围与粒子束流12相互匹配；
[0051]步骤103:依据步骤101和步骤102中设置的数据，以及紫外光源1的光强度Ip、电子检测仪3所采集的数据Iy求出待测材料样品4的光电子发射率Y = iyip。
[0052] 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】
1.一种光电子发射率的测量装置，包括:紫外光源、真空罐、转台、电子检测仪、控制 台，其中:紫外光源用于输出测量过程所需要的紫外光束；真空罐为测试提供真空腔体空 间；转台安装于真空罐的底部，用来为待测材料样品和电子检测仪及光束提供适当的配合 位置；电子检测仪用来测量材料表面光电子的发射强度；控制台用来对紫外光源、电子检 测仪进行数据采集，并控制待测材料样品的电位。2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于:真空罐由不锈钢材料构成，且为圆筒 状。3.根据权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于:紫外光源与真空罐壁通过输运 管道连接。4.根据权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于:真空罐的内部横截面积不小于 10cm2,且内壁光滑，内表面不平整度小于lcm。5.根据权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于:真空罐在测量过程中应保持在 10 3Pa以上的真空度。6.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于:转台为弱磁结构，其转台安装有转台 托盘，转台托盘用于安装待测材料样品。7.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于:转台和转台托盘在垂直方向是可转 动的，转动范围不小于90度，转动精度不低于5度。8.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于:光束流至多连续照射待测材料样品 10分钟。9.根据权利要求1或8所述的测量装置，其特征在于:光束流的束流横截面直径不大 于 lcm〇10.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于:电子检测仪的横截面面积大于待测 材料样品的表面面积，并且电子检测仪与待测材料表面距离不大于lcm。11.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于:待测材料样品与转台托盘绝缘，其 电位由控制台控制。12.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于:控制台为待测材料样品提供0 至-2kV范围的电位。13.—种使用如权利要求1-12任一项所述的卫星材料表面的光电子发射率的测量装 置的使用方法，包括如下步骤:步骤101，依据需要测量的光束的波长范围，设置入射光束的波长、强度及待测材料样 品与入射光束之间的夹角；步骤102,依据步骤101所设定的光束的波长、强度，设置电子检测仪的测量范围；步骤103,依据步骤101和步骤102中设置的数据，以及紫外光源的光强度Ip、电子检 测仪所采集的数据L，求出待测材料样品的光电子发射率y = iyip。
【文档编号】G01N21/00GK106033049SQ201510111834
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2015年3月13日
【发明人】杨垂柏, 关燚炳, 孔令高, 张珅毅, 张斌全, 荆涛, 曹光伟, 梁金宝
【申请人】中国科学院空间科学与应用研究中心