[發(fā)明專利]一種衛(wèi)星差異電位的測量裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410727353.1
• 申請日: 2014-12-03
• 公開（公告）號: CN105717377B
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊垂柏;孔令高;張珅毅;張斌全;荊濤;王文靜;曹光偉;梁金寶;孫越強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心
• 主分類號: G01R29/12
• 分類號: G01R29/12
• 代理公司: 北京方安思達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11472
• 代理人: 王宇楊;楊青

一種衛(wèi)星差異電位測量裝置，包括：準(zhǔn)直器、加速柵網(wǎng)、傳感器、電子學(xué)部分及機(jī)殼，其中：加速柵網(wǎng)包括兩層，這兩層加速柵網(wǎng)分別被加載不同的高壓從而在二層加速柵網(wǎng)所構(gòu)成的空腔內(nèi)形成強(qiáng)電場，空間電子進(jìn)入加速柵網(wǎng)后被加速；傳感器包括至少一片半導(dǎo)體傳感器，當(dāng)空間電子進(jìn)入該半導(dǎo)體傳感器時由于損失能量而在其兩側(cè)電極激起電信號脈沖；電子學(xué)部分用于對傳感器提供的電信號進(jìn)行處理，以提供反映空間電子在傳感器內(nèi)沉積能量的信號，并分析得到空間電子的能量，測量進(jìn)入本發(fā)明測量裝置的空間電子的能譜，并依據(jù)測量到的空間電子的能譜的峰值所在的能量點，得到衛(wèi)星差異電位值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及衛(wèi)星防護(hù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于中高軌道衛(wèi)星的衛(wèi)星差異電位的測量裝置。

背景技術(shù)

衛(wèi)星表面由于空間等離子體的附著作用，會形成類似地面靜電帶電的表面充電，表面充電會造成衛(wèi)星與空間環(huán)境之間存在電位差，此即衛(wèi)星表面懸浮電位。當(dāng)衛(wèi)星表面與空間環(huán)境之間出現(xiàn)過大的電位差，例如，在靜止軌道衛(wèi)星可以造成負(fù)2萬伏高壓，這樣就會造成衛(wèi)星表面與空間環(huán)境之間或者表面不同部分之間由于電位差別過大而出現(xiàn)放電現(xiàn)象(即如地面的靜電放電)，或者造成衛(wèi)星的儀器測量不準(zhǔn)。靜電放電會釋放出來電流脈沖、電磁脈沖及熱脈沖，電流脈沖和電磁脈沖都會直接或間接耦合進(jìn)衛(wèi)星電子學(xué)系統(tǒng)，干擾甚至傷害衛(wèi)星安全。因此，需要測量衛(wèi)星表面充電，從而為衛(wèi)星的防護(hù)設(shè)計和運(yùn)管提供技術(shù)建議。

衛(wèi)星表面充電后的衛(wèi)星結(jié)構(gòu)地與空間等離子體之間的電位稱之為衛(wèi)星結(jié)構(gòu)電位，衛(wèi)星表面充電后的不同表面處與衛(wèi)星結(jié)構(gòu)地之間的電位稱之為衛(wèi)星差異電位，對于衛(wèi)星充電放電探測而言，對于衛(wèi)星差異電位的測量是重要內(nèi)容之一。

目前，衛(wèi)星表面充電的電位測量可以采用由朗繆爾探針法、電容分壓法、靜電分析器法等方法和途徑來實現(xiàn)。相對來說，朗繆爾探針法測量精度高，但可以測量的電位范圍窄；電容分壓法測量原理簡單、結(jié)構(gòu)簡潔，但電容分壓法測量的是樣本而非衛(wèi)星蒙皮表面；靜電分析器法測量原理清楚、技術(shù)成熟，但相對結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

因此，為了克服上述問題，本發(fā)明提供一種衛(wèi)星差異電位測量裝置，包括：準(zhǔn)直器、加速柵網(wǎng)、傳感器、電子學(xué)部分及機(jī)殼，其中：加速柵網(wǎng)包括兩層，這兩層加速柵網(wǎng)分別被加載不同的高壓從而在二層加速柵網(wǎng)所構(gòu)成的空腔內(nèi)形成強(qiáng)電場，空間電子進(jìn)入加速柵網(wǎng)后被加速；傳感器包括至少一片半導(dǎo)體傳感器，當(dāng)空間電子進(jìn)入該半導(dǎo)體傳感器時由于損失能量而在其兩側(cè)電極激起電信號脈沖；電子學(xué)部分用于對傳感器提供的電信號進(jìn)行處理，以提供反映空間電子在傳感器內(nèi)沉積能量的信號，并分析得到空間電子的能量，測量進(jìn)入本發(fā)明測量裝置的空間電子的能譜，并依據(jù)測量到的空間電子的能譜的峰值所在的能量點，得到衛(wèi)星差異電位值。

根據(jù)本發(fā)明的測量裝置的一個實施例，電子學(xué)部分包括：主放大器，用于將一路成形電路輸出的信號進(jìn)行放大；峰保電路，用于對主放大器放大后的信號進(jìn)行脈沖峰值保持；A/D采集電路，用于對峰值保持后的信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；FPGA電路，用于將所有的A/D采集電路得到的數(shù)字信號進(jìn)行幅度分析和數(shù)據(jù)處理，其中不同的幅度代表著不同能量的電子或質(zhì)子。

根據(jù)本發(fā)明的測量裝置的又一個實施例，電子學(xué)部分包括：主放大器，用于將一路成形電路輸出的信號進(jìn)行放大；峰保電路，用于對主放大器放大后的信號進(jìn)行脈沖峰值保持；A/D采集電路，用于對峰值保持后的信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；FPGA電路，用于將所有的A/D采集電路得到的數(shù)字信號進(jìn)行幅度分析和數(shù)據(jù)處理，其中不同的幅度代表著不同能量的電子或質(zhì)子；前置放大器，用于將傳感器輸出的反應(yīng)帶電粒子沉積能量的電荷信號進(jìn)行放大并轉(zhuǎn)變成電壓脈沖信號；及成形電路，用于將前置放大器輸出的電壓脈沖信號成形輸出。

優(yōu)選地，本發(fā)明的測量裝置嵌入式地安裝在衛(wèi)星表面，且其外表面與衛(wèi)星外表面垂直高度相差小于±2mm。

優(yōu)選地，在本發(fā)明的測量裝置中，加速柵網(wǎng)與傳感器的平行度不低于30度，以避免造成加速電場畸變從而盡量導(dǎo)致測量誤差放大。