[發明專利]一種用于空間電場探測的傳感器

在審

• 申請號: 201410446705.6
• 申請日: 2014-09-04
• 公開（公告）號: CN104237653A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 馬勉軍;雷軍剛;崔陽;李誠;劉澤;王佐磊;宗朝;李世勛
• 申請（專利權）人: 蘭州空間技術物理研究所
• 主分類號: G01R29/12
• 分類號: G01R29/12
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 仇蕾安;李愛英

技術領域

本發明涉及一種用于空間電場探測的傳感器，屬于空間環境探測技術領域。

背景技術

空間電場探測具有重要的意義，可為地震監測、電波傳播、雷暴監測等應用領域提供準確的基礎數據和背景，提高對重大自然災害的監測預警與評估能力。目前空間電場探測多采用在衛星上或探空火箭上搭載探測儀的方式進行，電場探測傳感器又可分為針式、柱式或球式。國際上，法國DEMETER衛星搭載的ICE電場探測儀較為著名，但尚沒有文獻具體介紹該傳感器的具體設計。國內尚沒有成功搭載于衛星平臺的空間電場探測儀。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于空間電場探測的傳感器，該傳感器能夠準確地感應空間電勢，并且滿足空間環境使用的要求。

實現本發明的技術方案如下：

一種用于空間電場探測的傳感器，包括球殼、內置殼體、內置電路板、左短桿及右短桿；其中所述內置電路板上設有前端電壓檢測電路、恒流源電路及自增益電路；

球殼外表面涂覆環氧摻碳涂層，所述涂層的太陽吸收系數與總半球發射系數比值為0.95～1.2，且涂層厚度不小于15μm；左短桿和右短桿對稱的設置在球殼的外表面上，內置殼體和內置電路板設置于球殼的內部；所述恒流源電路連接球殼外表面，用于向球殼表面施加范圍在(-300nA，300nA)的偏置電流；所述自增益電路分別連接球殼與內置殼體，用于將內置殼體電勢置于球殼的電勢上；所述前端電壓檢測電路連接球殼的外表面，用于采集球殼表面所感應的空間電勢并輸出。

有益效果：

第一、本發明在傳感器表面涂覆環氧摻碳涂層，通過涂層的設計，增強了傳感器的原子氧侵蝕和抗紫外輻照的能力，從而很好提升了傳感器在軌工作的壽命。

第二，本發明設置恒流源電路向球殼表面施加偏置電流，有效減小傳感器周圍等離子鞘層阻抗；

第三、本發明利用自增益電路將內置殼體的電勢置于傳感器電勢上，從而減小傳感器的寄生電容。

附圖說明

圖1為用于空間電場探測的傳感器的示意圖。

其中，1-球殼，2-涂層，3-內置殼體，4-左短桿，5-右短桿。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步描述。

如圖1所示，本發明一種用于空間電場探測的傳感器，包括球殼、內置殼體、內置電路板、左短桿及右短桿；其中所述內置電路板上設有前端電壓檢測電路、恒流源電路及自增益電路。

本發明采用球形殼體，且較佳令球殼的半徑大于35mm；球形探針相對于針形和柱形探針而言，對稱性好，且在空間收集電子流、離子流的面積大，傳感器靈敏度高。

本發明在球殼表面涂覆太數陽吸收系與總半球發射系數比值為0.95～1.2的環氧摻碳涂層，且涂層厚度不小于15μm；涂層的作用為：滿足空間環境抗原子氧侵蝕和抗紫外輻照應用要求，滿足特定的熱輻射特性；同時使傳感器的表面功函數具有均勻一致性。

本發明左短桿和右短桿對稱的設置于球殼外表面上，左短桿和右短桿為完全相同的柱狀中空短桿，且短桿一端到球心的距離大于2倍的球殼半徑，短桿外徑大于0.25倍球殼半徑，小于0.33倍球殼半徑。該參數設計既保證了不同方位球殼的輻射面積一致，又保證球殼在空中暴露的面積足夠大。一對對稱短桿能使處于空間不同位置的球形傳感器太陽輻射面積相同，即保證傳感器表面光電流發射的一致性。

本發明內置殼體和內置電路板設置于球殼的內部。

恒流源電路連接球殼外表面，用于向球殼表面施加范圍在(-300nA，300nA)的偏置電流；恒流源電路的作用為：用于減小傳感器周圍等離子鞘層阻抗，提高電場測量精度。相較于國際上已有的空間電場探測傳感器所采用的適用于F2電離層的(-300nA，100nA)的偏置電流，本發明所設計的傳感器擴大了偏置電流的范圍，適用于F2電離層直至磁層，提高了傳感器的環境適應性。本發明恒流源電路設計偏置電流響應頻率不低于10kHz，以提高傳感器在響應高頻電場時偏置電流的穩定性，從而提高電場測量精度。

自增益電路分別連接球殼與內置殼體，用于將內置殼體的電勢置于傳感器電勢上(用于使球殼的電勢與內置殼體的電勢相同)，從而減小傳感器的寄生電容，提高傳感器偏置電流響應頻率等。

前端電壓檢測電路連接球殼的外表面，用于采集球殼表面所感應的空間電勢，然后通過導線輸出。

通過以上設計，傳感器能達到在空間等離子環境中的電場測量功能，并具有響應快、精度高、穩定性好的特點。