[發明專利]一種空間大氣面密度探測傳感器及其制作方法

在審

• 申請號: 201711414327.3
• 申請日: 2017-12-25
• 公開（公告）號: CN108333076A
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發明（設計）人: 郭興;楊生勝;矯義;薛玉雄;莊建宏;石紅
• 申請（專利權）人: 蘭州空間技術物理研究所
• 主分類號: G01N9/00
• 分類號: G01N9/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 李愛英;郭德忠

本發明提供了一種空間大氣面密度探測傳感器及其制作方法，能夠實現對空間定點的大氣面密度的直接探測，采用諧振式傳感器對空間大氣面密度進行探測，通過吸附在傳感器探頭表面上的大氣物質，實現對大氣面密度的直接測量，更好的研究大氣面密度對航天器的阻力的關系；并且諧振式傳感器功耗小，能夠滿足微納衛星星座組網要求，借助微納衛星星座組網方式，同時實現空域大尺度的大氣面密度分布測量及軌道大氣的實時測量。本發明所采用的諧振式傳感器體積小，重量輕，能夠通過傳感器陣列模式實現不同位置，不同角度的大氣面密度監測。本發明的數據處理單元能夠氣體采集模塊進行分離，實現分布式測量，準確地確定航天器在軌飛行期間的大氣面密度。

技術領域

本發明涉及空間大氣密度探測技術領域，具體涉及一種空間大氣面密度探測傳感器及其制作方法。

背景技術

目前現有空間大氣密度探測主要有兩種方式，一種為遙感方式，一種為原位探測方式。其中遙感方式所獲得的是空域內的大氣密度平均值，原位探測為具體某個位置的大氣密度值。原位探測的方式主要有質譜儀，真空規等。所得到的為空間大氣的體密度。目前，國內外對空間大氣密度主要采用光學遙感、質譜計、軌道數據反演或GPS信號延遲方法。現有的空間大氣密度探測裝置中無法實現對大氣密度的實時原位探測；另外，現階段對于大氣密度的監測方法，監測的是大氣的體密度，不能直接獲得大氣的面密度，而在考慮大氣密度對航天器的阻力時，更關注的是大氣的面密度。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種空間大氣面密度探測傳感器及其制作方法，能夠實現對空間定點的大氣面密度的直接探測。

本發明的一種空間大氣面密度探測傳感器，包括由探頭模塊和電路模塊組成的氣體采集模塊以及數據處理模塊；

所述探頭模塊包括測量晶振和參考晶振，測量晶振和參考晶振上均涂覆有分子吸附膜；所述測量晶振上的分子吸附膜用于吸附其表面附近的大氣氣體，參考晶振外設有用于防止其對空間大氣氣體進行吸附的密閉罩；

所述電路模塊包括分別給測量晶振與參考晶振提供振動能量的起振電路；以及分別對測量晶振與參考晶振的頻率進行測量并將測量結果發送到數據處理模塊的測振電路；

所述數據處理模塊通過接收到的測量晶振與參考晶振的頻率，獲得測量晶振表面的空間大氣面密度。

其中，所述探頭模塊還包括晶體蓋、測量晶體座、定位銷以及參考晶體座；測量晶振固定在測量晶體座上，參考晶振固定在參考晶體座上，晶體蓋、測量晶體座和參考晶體座的相對位置通過定位銷實現定位連接，晶體蓋中心開口，使測量晶振涂覆有分子吸附膜的端面與大氣接觸。

其中，所述晶振和分子吸附膜之間增設過渡層，分子吸附膜生長在過渡層上，并進行陽極離子化處理。

其中，所述傳感器還包括測溫元件，用于采集探頭模塊的溫度。

其中，所述電路模塊采用PCB板結構，氣體采集模塊以及數據處理模塊集成在外殼內部，并通過外殼蓋封裝；外殼蓋中心開口，使測量晶振涂覆有分子吸附膜的端面與大氣接觸。

其中，所述氣體采集模塊以及數據處理模塊為分體式。

本發明還提供了一種空間大氣面密度探測傳感器的制作方法，包括如下步驟：

步驟1，制作測量晶振和參考晶振，包括如下子步驟：

步驟1.1，制作切型為AT切型、切角范圍為23°18′～23°48′、電極為金電極、基頻為5MHz～15MHz、初始標稱頻率誤差<1％的石英晶振；

步驟1.2，在步驟1得到的石英晶振的金電極表面鍍制二氧化硅薄膜，得到鍍膜石英晶振；

步驟1.3，對鍍膜石英晶振的表面先用分析純的丙酮進行超聲波清洗，再用無水酒精進行超聲波清洗，然后自然風干備用；