一种用于航天器表面电位在轨监测的传感器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种用于航天器表面电位在轨监测的传感器，该传感器包括高压样品、感应电极、接地铝环及铝壳；其中，所述高压样品位于接地铝环的上方，感应电极位于接地铝环的下方，所述铝壳将高压样品、感应电极和接地铝环压紧于铝壳内；铝壳上端留有开口，接地铝环与铝壳内壁接触，且接触电阻小于0.5欧姆；所述高压样品包括样品压环、样品托环和薄膜样品材料，其中所述薄膜样品材料与航天器表面的材料相同；所述感应电极包括感应电极压环、感应电极托环和感应极板；感应极板由感应电极压环压紧于感应电极托环上。本发明传感器能够消除其薄膜样品材料漏电流问题，提高测量的准确性。
【专利说明】—种用于航天器表面电位在轨监测的传感器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于航天器表面电位在轨监测的传感器，属于航天器材料空间环境效应测试【技术领域】。
【背景技术】
[0002]星用材料的低电导率使它们在轨暴露于空间等离子体和带电粒子环境中时，在介质表面和内部积累电荷。航天器表面充电和放电对航天器的运行造成很大危害，因此，对航天器的表面电位进行在轨监测，并利用监测数据对航天器的防静电设计进行指导非常必要。
[0003]航天器的表面电位一般包括结构电位和差异电位两种；其中，不同位置的差异电位与航天器静电放电有着更密切的关系。差异电位的监测只能靠对安装在航天器表面的样品材料电位进行测量来获得。目前有两类测量差异电位的装置用于在轨飞行。一类是采用振动音叉来测量介质表面的电场强度进行表面电位监测，另一类是采用极板感应介质表面的电荷进行电位监测。其中后者采用极板感应电荷，并通过电容分压对介质表面电位进行测量，结构简单，稳定性高，空间搭载的环境适应性强；但由于介质样品在高电压下的漏电流会带来测量偏差，目前采用该方法实现在轨飞行的表面电位监测装置，所能测量的电压范围较低，都在IkV以下，要实现长时间、大量程的测量，需要解决表面电位监测装置传感器的介质漏电流的等问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提出了一种用于航天器表面电位在轨监测的传感器，该传感器能够消除其薄膜样品材料漏电流问题，提高测量的准确性。
[0005]实现本发明的技术方案如下:
[0006]一种用于航天器表面电位在轨监测的传感器，该传感器包括高压样品、感应电极、接地铝环及铝壳；其中，所述高压样品位于接地铝环的上方，感应电极位于接地铝环的下方，所述铝壳将高压样品、感应电极和接地铝环压紧于铝壳内；铝壳上端留有开口，接地铝环与铝壳内壁接触，且接触电阻小于0.5欧姆；
[0007]所述高压样品包括样品压环、样品托环和薄膜样品材料，其中所述薄膜样品材料与航天器表面的材料相同；薄膜样品材料的下表面通过环氧胶固连在与其直径相同的样品托环上，样品压环压紧薄膜样品材料，并使薄膜样品材料的上表面通过环氧胶固连于样品压环的凹槽内；
[0008]所述感应电极包括感应电极压环、感应电极托环和感应极板；感应极板由感应电极压环压紧于感应电极托环上。
[0009]进一步地，本发明所述样品压环和样品托环的材料为聚酰亚胺，所述感应电极压环和感应电极托环为聚酰亚胺。
[0010]有益效果
[0011]第一、本发明将高压样品与感应电极分开，使其通过非接触式静电感应来测量表示航天器上电位的高压样品电位，同时将薄膜样品材料的漏电通过接地铝环导向铝壳，因此可以防止薄膜样品材料漏电至感应电极的问题；该传感器结构简单，稳定性高，进行空间搭载的环境适应性强。
[0012]第二、本发明薄膜样品材料与所需测量航天器表面的材料相同，因此在需要对不同类型的航天器表面电位进行测量时，只需更换与被测航天器表面材料相同的样品薄膜材料，因此其具有很强的适用性。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1一本发明用于航天器表面电位在轨监测的传感器结构示意图。
[0014]1-样品压环，2-样品托环，3-样品材料，4-接地铝环，5-感应极板6_感应电极压环，7-感应电极托环，8-铝壳。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图对本发明作进一步描述。
[0016]如图1所示，本发明用于航天器表面电位在轨监测的传感器，该传感器包括高压样品、感应电极、接地铝环4及铝壳8 ;其中，所述高压样品位于接地铝环4的上方，感应电极位于接地铝环4的下方，所述铝壳8将高压样品、感应电极和接地铝环4压紧于铝壳8内；铝壳8上端留有开口，接地铝环4与铝壳8内壁接触，且接触电阻小于0.5欧姆。
[0017]高压样品包括样品压环1、样品托环2和薄膜样品材料3，其中所述薄膜样品材料3与航天器表面的材料相同；薄膜样品材料3的下表面通过环氧胶固连在与其直径相同的样品托环2上，样品压环I压紧薄膜样品材料3，并使薄膜样品材料3的上表面通过环氧胶固连于样品压环I的凹槽内。感应电极包括感应电极压环6、感应电极托环7和感应极板5 ；感应极板5由感应电极压环压6紧于感应电极托环7上，感应极板5上连接用于与外部连同的导线，感应极板5上的电位通过该导线传输出去。
[0018]本发明传感器执行在轨测量时，由于铝壳8上端设有开口，因此高压样品直接暴露于空间等离子体和带电粒子的环境中，与航天器表面一同经历充电；感应电极与外部绝缘，并呈电中性，利用感应极板5与薄膜样品材料3之间的非接触式的静电感应，正负电荷分离，与薄膜样品材料3所带电荷成正比的感应极板5上的电荷最后被传输至外部的分压电容和静电电压测量电路。高压样品和感应电极两部分结构通过上下压紧共同构成传感器的主体部分，接地铝环除了支撑传感器主体部分的结构外，由于其与铝壳接触，且接触电阻小于0.5欧姆，因此接地铝环还可进行漏电流消除。
[0019]本发明样品压环I和样品托环2由具有高电阻率的聚酰亚胺构成，两者通过胶粘将薄膜样品材料3固定在它们中间，由于样品压环I和样品托环2的高电阻率，因此可以防止薄膜样品材料3漏电的情况。同时，由于样品压环I为周向凸起的结构，该结构相较于简单的等直径压叠结构，既保证了薄膜样品材料3与铝壳8之间的绝缘性，又使样品压环I与样品托环2的配合稳定。
[0020]本法明为了使接地铝环4与铝壳8之间的接触电阻小于0.5欧姆，在安装时采用热胀冷缩的热套配合的方式。
[0021]下面具体给出本发明提出的探头的原理。
[0022]样品压环I和样品托环2通过胶粘将薄膜样品材料固定在它们中间；当薄膜样品材料3(主要是星用聚合物薄膜)表面有电荷累积时，呈电中性的感应极板5，通过非接触式的静电感应，正负电荷分离；从而感应极板5上与样品所带电荷成正比的电荷将被导线传输至传感器外部的分压电容形成电压，并采用静电电压测量电路进行测量。感应极板5通过由聚酰亚胺构成的压环6和托环7与周围实现电气隔离，防止电荷泄漏。接地铝环4的作用除了支撑传感器主体的结构外，还可以消除漏电流，薄膜样品材料3在充电电位很高的情况下，产生的漏电流通过该接地铝环4流向地，而不会流向电位较低的感应极板5，这样就解决了介质的漏电流问题。
【权利要求】
1.一种用于航天器表面电位在轨监测的传感器，其特征在于，该传感器包括高压样品、感应电极、接地铝环及铝壳；其中，所述高压样品位于接地铝环的上方，感应电极位于接地铝环的下方，所述铝壳将高压样品、感应电极和接地铝环压紧于铝壳内；铝壳上端留有开口，接地铝环与铝壳内壁接触，且接触电阻小于0.5欧姆； 所述高压样品包括样品压环、样品托环和薄膜样品材料，其中所述薄膜样品材料与航天器表面的材料相同；薄膜样品材料的下表面通过环氧胶固连在与其直径相同的样品托环上，样品压环压紧薄膜样品材料，并使薄膜样品材料的上表面通过环氧胶固连于样品压环的凹槽内； 所述感应电极包括感应电极压环、感应电极托环和感应极板；感应极板由感应电极压环压紧于感应电极托环上。
2.根据权利要求1所述用于航天器表面电位在轨监测的传感器，其特征在于，所述样品压环和样品托环的材料为聚酰亚胺，所述感应电极压环和感应电极托环为聚酰亚胺。
【文档编号】G01N27/00GK104267064SQ201410448280
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月4日 优先权日:2014年9月4日
【发明者】周朝阳, 王鹢, 杨生胜, 田恺, 薛玉雄, 苗育君, 李存惠 申请人:兰州空间技术物理研究所