一种月尘测量仪粘性石英晶体探头标定方法
【专利摘要】本发明公开了一种月尘测量仪粘性石英晶体探头标定方法。使用本发明能够在地面上对SQCM探头进行标定，获得SQCM探头的质量灵敏度系数、最小频率变化值、最小量程和最大量程，方法简单、可靠，从而为月尘测量仪在轨精确测试提供基础。本发明采用在SQCM探头附近放置铝箔的方式模拟SQCM探头上的模拟月尘负载量，然后利用SQCM频率随SQCM探头质量变化的规律，建立SQCM频率变化与SQCM探头质量变化曲线，从而实现对月尘测量仪粘性石英晶体探头的标定。
【专利说明】一种月尘测量仪粘性石英晶体探头标定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及太空尘埃探测【技术领域】，具体涉及一种月尘测量仪粘性石英晶体 (SQCM)探头标定方法。
【背景技术】
[0002] 月尘测量仪是探月二期工程CE-3着陆器上的工程参数测量设备，现已发射到月 球表面，正在在轨工作。月尘测量仪包括两个探头，一个SQCM探头，一个是太阳能电池探 头。SQCM探头主要测量月表长期月尘累积特的月尘量，监测月尘累积质量的变化；太阳能 电池探头主要测量着陆器着陆月表时飞溅的月尘量。利用SQCM探头测量月表累积月尘量， 是在石英晶体上涂膜变为粘性石英晶体，月尘可以吸附在膜上，然后利用粘性石英晶体的 频率与其质量成正比的关系，通过测量石英晶体的频率就可以得到吸附在膜上的月尘量， 但需要对粘性石英晶体频率-月尘质量曲线进行标定，由于采用SQCM探头测量月尘质量的 方法在国际上尚属首次，所以在月尘测量仪SQCM探头的标定没有现成方法可以借鉴。并 且，由于SQCM探头测量精度高，可以达到KTg/cm 2量级，很难直接用一种标准量具对其进 行直接标定，而且SQCM探头标定需要模拟实际工况，需要在高真空环境下进行，这增加了 标定难度。在进行SQCM探头标定时，探头沉积模拟月尘过程不可逆，为了保证每次试验初 始状态相同，每次重复试验都需要重新进行整个过程，标定任务量大。
【发明内容】
[0003] 有鉴于此，本发明提供了一种月尘测量仪粘性石英晶体探头标定方法，能够在地 面上对SQCM探头进行标定，方法简单、可靠，从而为月尘测量仪在轨精确测试提供基础。
[0004] 本发明的月尘测量仪粘性石英晶体探头标定方法包括以下步骤：
[0005] 步骤1，在粘性石英晶体SQCM探头附近放置3片面积为1cm2的正方形铝箔，铝箔 中心距SQCM晶体中心lcm ;
[0006] 步骤2,将SQCM探头和3片铝箔放置在扬尘装置的正下方，放置在真空仓内抽真 空，SQCM探头开机工作，多次测量SQCM探头的频率值，其中，测量的频率值取平均值作为空 载稳定频率值，SQCM探头频率值与平均值的最大偏差值为空载频率变化最大偏差值；空载 频率变化最大偏差值即为SQCM探头能分辨的最小频率变化值；
[0007] 步骤3,打开SQCM探头的防尘盖，开启扬尘装置，施加模拟月尘负载，实时测量 SQCM探头的频率，待SQCM探头的频率稳定后，测试所得为落尘后稳定频率值；打开真空仓， 取出铝箔，测量铝箔上的月尘质量，计算得到铝箔上的单位面积月尘质量；
[0008] 步骤4,将铝箔和SQCM探头上的模拟月尘负载清洗干净，重复步骤1和2,改变扬 尘装置施加的模拟月尘负载量，重复步骤3,获得SQCM探头的落尘后稳定频率值以及对应 的铝箔上的单位面积月尘质量；根据SQCM探头的落尘后稳定频率值与空载稳定频率值，以 及铝箔上的单位面积月尘质量，采用直线拟合得到单位面积月尘质量与SQCM探头相对于 空载时的频率变化值的对应关系，计算出拟合直线的斜率K，K即为SQCM探头质量灵敏度系 数；
[0009] 步骤5,根据步骤4得到的K值和步骤2得到的SQCM探头最小频率变化值，得到 SQCM探头的单位面积最小分辨质量；
[0010] 步骤6,由步骤5获得的SQCM探头的单位面积的最小分辨质量即为SQCM探头量 程的最小值；步骤4中SQCM探头所述频率变化值的最大值对应的单位面积月尘质量即为 SQCM探头量程的最大值。
[0011] 其中，所述步骤2中SQCM探头的空载频率变化最大偏差值测试方法如下：
[0012] ①空载时，当SQCM探头频率稳定后，连续测试10次SQCM的测量频率，测试每隔3 分钟一次，连续测量半小时，之后断电半小时；
[0013] ②开机，并重复步骤①，共重复2次，即共测试30次；
[0014] ③SQCM探头频率值与30次的平均值的最大偏差值即为空载频率变化最大偏差 值。
[0015] 所述步骤1中，粘性石英晶体SQCM探头由在石英晶体上涂膜制得，在步骤4清洗 SQCM探头时，将石英晶体上的涂膜洗掉。
[0016] 有益效果：
[0017] (1)通过本发明方法能够获得SQCM探头测量参数，包括SQCM探头的质量灵敏度系 数、最小频率变化值、最小量程和最大量程，方法简单、可靠。
[0018] (2)考虑到扬尘装置施加的模拟月尘负载量误差较大，并且试验装置处于真空仓 中，SQCM探头上模拟月尘负载量获得困难，本发明采用在SQCM探头附近放置铝箔的方式模 拟SQCM探头上的模拟月尘负载量，且铝箔上的模拟月尘负载量可采用称重的方式获得，使 用方便。
[0019] (3)为提高测量精度，在清洗SQCM探头时，将石英晶体上的涂膜洗掉，在下一次测 量前重新涂膜，避免由于膜导致的SQCM探头上模拟月尘负载量清洗不干净，从而影响模拟 月尘负载量与SQCM探头频率值之间的关系标定。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1为铝箔与SQCM探头的相对位置示意图。
[0021] 图2为测试月尘质量和频率变量试验的流程图。
[0022] 图3为测试SQCM探头最小分辨率的流程图。
[0023] 图4为SQCM探头空载频率波动图。
[0024] 图5为频率变化与质量变化的拟合曲线。
[0025] 其中，1，2，3-铝箔，4-SQCM探头，5-防尘盖。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0027] 本发明提供了一种月尘测量仪粘性石英晶体探头标定方法，利用SQCM频率随 SQCM探头质量变化的规律，建立SQCM频率变化与SQCM探头质量变化曲线，从而实现对月尘 测量仪粘性石英晶体探头的标定。具体包括如下步骤：
[0028] 步骤1，由于SQCM探头上的月尘的质量不容易直接测量，在SQCM探头附近放置3 片面积为lcm2的正方形铝箔，铝箔中心距SQCM晶体中心大约为lcm，如图1所示。正方形 铝箔面积足够小，可以认为扬灰场在该微小区域内均匀、稳定，可以用铝箔上单位面积的月 尘质量代替SQCM探头上单位面积的月尘质量。试验前利用XP2U超微量电子天平称量铝箔 的本底质量（ηνηνη^);
[0029] 步骤2,将SQCM探头和3片铝箔放置在图1所示的扬尘装置的正下方，将SQCM探头 中的石英晶体涂膜后，将SQCM探头在真空仓内，处于扬尘装置正下方，抽真空至1 X l(T3Pa， 稳定4小时后（SQCM探头稳定后），SQCM探头开机工作，空载时，当SQCM探头频率稳定后， 连续测试10次SQCM的测量频率，测试每隔3分钟一次，连续测量半小时，之后断电半小时， 然后重复2次，共测试30次，30次的平均值为SQCM探头的空载稳定频率值，SQCM探头稳定 工作后频率变化与30次的平均的最大偏差值Δ/_，视为硬件系统自身带来的频率最大扰 动值，即对应的SQCM探头能分辨的最小频率变化值。
[0030] 步骤3,打开SQCM探头的防尘盖，开启扬尘装置，施加模拟月尘负载，实时测量 SQCM探头的频率，当SQCM探头的频率稳定后，测试所得为落灰后稳定频率值，落灰后稳定 频率值与空载稳定频率值之差即为施加模拟月尘负载频率的变化量△ f，开启真空仓，取出 铝箔，称量沉积模拟月尘后的3片铝箔质量邋^2^3)，根据铝箔的本底质量〇11 1，1112，1113)，利 用
【权利要求】
1. 一种月尘测量仪粘性石英晶体探头标定方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1，在粘性石英晶体SQCM探头附近放置3片面积为lcm2的正方形铝箔，铝箔中心 距SQCM晶体中心lcm ; 步骤2,将SQCM探头和3片铝箔放置在扬尘装置的正下方，放置在真空仓内抽真空， SQCM探头开机工作，多次测量SQCM探头的频率值，其中，测量的频率值取平均值作为空载 稳定频率值，SQCM探头频率值与平均值的最大偏差值为空载频率变化最大偏差值；空载频 率变化最大偏差值即为SQCM探头能分辨的最小频率变化值； 步骤3,打开SQCM探头的防尘盖，开启扬尘装置，施加模拟月尘负载，实时测量SQCM探 头的频率，待SQCM探头的频率稳定后，测试所得为落尘后稳定频率值；打开真空仓，取出铝 箔，测量铝箔上的月尘质量，计算得到铝箔上的单位面积月尘质量； 步骤4,将铝箔和SQCM探头上的模拟月尘负载清洗干净，重复步骤1和2,改变扬尘装 置施加的模拟月尘负载量，重复步骤3,获得SQCM探头的落尘后稳定频率值以及对应的铝 箔上的单位面积月尘质量；根据SQCM探头的落尘后稳定频率值与空载稳定频率值，以及铝 箔上的单位面积月尘质量，采用直线拟合得到单位面积月尘质量与SQCM探头相对于空载 时的频率变化值的对应关系，计算出拟合直线的斜率K，K即为SQCM探头质量灵敏度系数； 步骤5,根据步骤4得到的K值和步骤2得到的SQCM探头最小频率变化值，得到SQCM 探头的单位面积最小分辨质量； 步骤6,由步骤5获得的SQCM探头的单位面积的最小分辨质量即为SQCM探头量程的最 小值；步骤4中SQCM探头所述频率变化值的最大值对应的单位面积月尘质量即为SQCM探 头量程的最大值。
2. 如权利要求1所述的月尘测量仪粘性石英晶体探头标定方法，其特征在于，所述步 骤2中，SQCM探头的空载频率变化最大偏差值测试方法如下： ① 空载时，当SQCM探头频率稳定后，连续测试10次SQCM的测量频率，测试每隔3分钟 一次，连续测量半小时，之后断电半小时； ② 开机，并重复步骤①，共重复2次，即共测试30次； ③ SQCM探头频率值与30次的平均值的最大偏差值即为空载频率变化最大偏差值。
3. 如权利要求1所述的月尘测量仪粘性石英晶体探头标定方法，其特征在于，所述步 骤1中，粘性石英晶体SQCM探头由在石英晶体上涂膜制得，步骤4清洗SQCM探头时，将石 英晶体上的涂膜洗掉。
【文档编号】G01N5/02GK104280307SQ201410449831
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2014年9月5日
【发明者】姚日剑, 王鹢, 杨生胜, 庄建宏, 王锡来, 邹昕, 陈丽平, 李存惠 申请人:兰州空间技术物理研究所