[發明專利]一種衛星材料表面充電在軌監測的裝置及方法

有效

• 申請號: 201110321511.X
• 申請日: 2011-10-20
• 公開（公告）號: CN102507717A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 湯道坦;秦曉剛;薛玉雄;柳青;陳益峰;李存惠
• 申請（專利權）人: 中國航天科技集團公司第五研究院第五一〇研究所
• 主分類號: G01N27/60
• 分類號: G01N27/60
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 楊志兵;李愛英

1.一種衛星材料表面充電在軌監測的方法，其特征在于：所述方法如下：

在真空條件下對衛星材料樣品發射電子，測量衛星材料樣品表面充電電位V_surface和測量泄漏電流I，衛星材料樣品的體電阻ρ已知，根據公式V_surface∝KρI得到比例關系系數K；在實際在軌監測中，通過在軌測量衛星材料的泄漏電流I，然后通過已求的比例常數系數K和已知的衛星材料的體電阻ρ，根據公式V_surface∝KρI計算衛星材料的表面電位V_surface。

2.一種衛星材料表面充電在軌監測的測試裝置，其特征在于：所述裝置包括電子槍(1)、非接觸式電位計探頭(2)、三維傳動機構(3)、非接觸式表面電位計(4)、電子束流密度測量系統(5)、監測電極(6)、支撐結構(7)，第一電磁閥(8)，第二電磁閥(9)，擴散泵(10)，第三電磁閥(11)，機械泵(12)，真空箱(13)，真空過壁(14)，測量電路接口(15)和測量電路(16)；

其中，在真空箱(13)內部上方安裝電子槍(1)，電子槍(1)發射端與監測電極(6)中心正對；監測電極(6)位于真空箱(13)內部且與真空箱(13)四圍內壁不接觸；樣品放在監測電極(6)表面；

非接觸式電位計探頭(2)位于真空箱(13)內部，三維傳動機構(3)安裝于真空箱(13)內部側壁；

非接觸式電位計探頭(2)與三維傳動機構(3)連接；非接觸式表面電位計(4)位于真空箱(13)外部，非接觸式表面電位計(4)通過導線穿入真空箱(13)內與非接觸式電位計探頭(2)連接；

電子束流密度測量系統(5)包括一個位于真空箱(13)內部的法拉第杯和一個位于真空箱外部的微電流計；法拉第杯位于電子槍(1)輻射范圍內但不在電子槍(1)的正下方，法拉第杯的底部與樣品表面不接觸；微電流計通過導線穿入真空箱(13)內與法拉第杯連接；

真空箱(13)下底面開孔，真空過壁(14)設置于該孔中；

監測電極(6)下部安裝支撐結構(7)；監測電極(6)下端連接導線，導線依次穿過支撐結構(7)和真空過壁(14)后到真空箱(13)外分為兩根，一根接地，另一根通過測量電路輸入端接口(15)與測量電路(16)連接；

機械泵(12)、擴散泵(10)和第二電磁閥(9)通過管路依次串聯后通過第一電磁閥(8)與真空箱(13)連接，第三電磁閥(11)并聯于擴散泵(10)和第二電磁閥(9)的兩端，且第三電磁閥(11)一端與第一電磁閥(8)連接，另一端與機械泵(12)連接；

其中，監測電極(6)材料為鋁或銅；支撐結構(7)為絕緣材料；測量電路(16)為G歐姆量級輸入阻抗的放大電路。

3.如權利要求2所述的一種衛星材料表面充電在軌監測裝置，其特征在于：電子槍(1)發射端到樣品表面的距離為20～50cm。

4.如權利要求2所述的一種衛星材料表面充電在軌監測裝置，其特征在于：非接觸式電位計探頭(2)到樣品表面的距離為1～2cm。

5.一種衛星材料表面充電在軌監測的方法，使用如權利要求2所述的一種衛星材料表面充電在軌監測的裝置，其特征在于：所述方法具體步驟如下：

步驟一、將樣品固定在監測電極(6)表面；

步驟二、打開機械泵(12)，然后打開第一電磁閥(8)和第三電磁閥(11)抽真空，當真空箱(13)內真空度≤10^-1Pa時打開擴散泵(10)，關閉第三電磁閥(11)并打開第二電磁閥(9)，抽真空至真空箱(13)內真空度≤10^-3Pa；

步驟三、打開電子槍(1)發射電子束，電子束的束流密度為0.2～5.0nA/cm²，能量為5～30KeV；

步驟四、通過三維傳動機構(3)運動，調節非接觸式電位計探頭(2)的位置，當對樣品表面電位進行測量時使非接觸式電位計探頭(2)位于樣品和監測電極(6)的正上方，當非接觸式表面電位計(4)顯示讀數時，將探頭(2)移出電子槍(1)的輻射范圍；待非接觸式表面電位計(4)顯示樣品表面電位穩定后，樣品表面充電達到平衡，記錄樣品表面充電電位V_surface，并通過測量電路(16)測量監測電極(6)的泄漏電流I，最后通過已知的樣品的體電阻，根據公式V_surface∝KρI代入數值，得到樣品表面電位和泄漏電流的比例關系系數K；其中，V_surface為樣品的表面電位，K為比例常數系數，ρ為樣品的體電阻，I為泄露電流；

步驟五、改變電子槍(1)的束流密度和電子能量，重復步驟四，得到多次K值后求平均值，得到準確的比例常數系數K；

步驟六、在實際在軌監測中，通過在軌測量衛星材料的泄漏電流I，然后通過已求的比例常數系數K和已知的衛星材料的體電阻ρ，計算衛星材料的表面電位V_surface；

其中，所述樣品為衛星表面用典型材料。