介質內部充電電荷的測量探頭結構的製作方法

2023-06-04 14:49:56 4

專利名稱：介質內部充電電荷的測量探頭結構的製作方法
技術領域：
本發明屬於太空飛行器空間環境及效應的測量領域，具體涉及一種用於太空飛行器內帶電效應的在軌監測結構。
背景技術：
太空飛行器充放電效應已經成為太空飛行器在軌故障甚至損壞的主要原因之一。根據發生部位，太空飛行器帶電效應可以分為表面帶電和內帶電。太空飛行器內帶電是指空間高能帶電粒子穿過太空飛行器表面，在太空飛行器構件的電介質材料內部傳輸並沉積從而建立電場的過程，是區別於表面充電效應的另一種由空間高能粒子輻射引起的太空飛行器充電效應。當介質材料內部充電產生的電場超過介質材料的擊穿閾值時，就會發生放電。同步軌道所處的地球外輻射帶存在大量高能電子，這些高能電子具有很強的穿透能力，它們可以穿透衛星表面屏蔽層進人衛星內部的電介質中，從而產生內帶電效應。內帶電放電極易損壞電路板、屏蔽較差的電纜等介質材料，以及熱防護層，所產生的電磁脈衝將幹擾甚至破壞星內電子系統的正常工作，嚴重時會導致整星失效。因此大力發展太空飛行器內帶電效應研究具有重要意義。由於在地面模擬試驗中很難復現真實的空間環境，同時測試技術的局限性也極大限制了參數獲取的有效性，因此積極開展太空飛行器內帶電效應飛行試驗與數值仿真技術是當前該領域的主流趨勢。鑑於現階段衛星帶電效應數值仿真模型在基礎參數方面的缺乏，以及地面模擬試驗手段的局限性，急需大力開展衛星內帶電效應在軌飛行試驗技術研究。通過實時在軌監測誘發衛星內帶電的環境因素，以及真實空間環境下星用介質材料及關鍵部件的性能參數和充放電特性，為地面模擬試驗和數值仿真提供輸入和評估依據；結合飛行試驗與地面模擬試驗結果，發展有效的、工程化的衛星內帶電風險評估方法，進而為衛星帶電防護設計提供支撐。

發明內容
本發明的目的在於提供一種介質內部充電的內部電荷測量探頭結構，以用於太空飛行器內帶電效應在軌監測，研製太空飛行器內帶電效應飛行探測載荷，從而結合在軌監測數據和地面模擬結果反演出與內帶電效應有關的材料介電參數、內部電場等參量，為地面模擬試驗和仿真模擬計算進行指導和評估。本發明目的是通過如下技術方案實現的—種介質內部電荷測量裝置的探頭結構，包括利用印刷電路板工藝在三層FR4 基板上設置6層印刷電路板中柵網，三層電路板材料FR4基板即第一層基板、第二層基板和第三層基板，三個基板外周部分上依次設置有第一過孔，第二過孔，第一過孔的高度和直徑大於第二過孔的高度和直徑，第二過孔內中間的第二層基板上下設置有分別貫穿第一層基板和第三層基板但不接觸第二層基板的第三過孔和第四過孔，第三過孔的高度和直徑大於第四過孔的高度和直徑且兩過孔以第二層基板為對稱面上下對稱，且四個過孔的上下端面還設置有6條柵網，第一過孔、第二過孔以及其上連接的柵網構成第三法拉第筒以測量量第二層基板中的內部電荷量，兩相對靠外的柵網為法拉第筒外殼並接地，兩相對靠內的柵網與第二過孔為內殼；第三過孔和第四過孔及其上連接的柵網分別在中間的第二層基板上下構成1號法拉第筒和2號法拉第筒以用於測量第一層基板和第三層基板中的內部電荷量，且同樣分別的相對靠外的柵網為法拉第筒外殼並接地，兩相對靠內的印刷電路板中柵網與第四過孔為內殼。其中，在電路板表面和各個層上進行大面積網狀覆銅，利用電路板的過孔實現電路板層與層之間的電性連接，構成封閉或者半封閉的法拉第筒。其中，利用Φ2πιπι的焊盤進行外層銅絲網的封閉，再採用銅螺栓連接固定外部銅絲網。本發明的介質內部電荷測量裝置的探頭結構，可用於太空飛行器內帶電效應在軌監測載荷的研製，為太空飛行器內帶電效應在軌監測技術的提供了一種很好的技術手段。


圖1為介質內部電荷測量裝置的探頭結構示意圖。圖中1、2、3、10、11、12為外部柵網，4、5、6、7、8、9為印刷電路板中柵網，豎立的白
色框表示過孔。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的介質內部電荷測量裝置的探頭結構作進一步的說明。如圖1所示，本發明的介質內部電荷測量裝置的探頭結構，包括利用印刷電路板工藝在三層FR4基板上設置6層印刷電路板中柵網4、5、6、7、8、9，三層電路板材料FR4基板即第一層基板、第二層基板和第三層基板，三個基板外周部分上依次設置有第一過孔，第二過孔，第一過孔的高度和直徑大於第二過孔的高度和直徑，第二過孔內中間的第二層基板上下設置有分別貫穿第一層基板和第三層基板但不接觸第二層基板的第三過孔和第四過孔，第三過孔的高度和直徑大於第四過孔的高度和直徑且兩過孔以第二層基板為對稱面上下對稱，且四個過孔的上下端面還設置有6條柵網1、2、3、10、11、12(外部柵網)，第一過孔、第二過孔以及其上連接的柵網1、2、11、12構成第三法拉第筒以測量量第二層基板中的內部電荷量，兩相對靠外的柵網1、12為法拉第筒外殼並接地，兩相對靠內的柵網2、11與第二過孔為內殼；第三過孔和第四過孔及其上連接的柵網3、4、5、6、7、8、9、10分別在中間的第二層基板上下構成1號法拉第筒和2號法拉第筒以用於測量第一層基板和第三層基板中的內部電荷量，且同樣分別的相對靠外的柵網為法拉第筒外殼並接地，兩相對靠內的印刷電路板中柵網與第四過孔為內殼。具體為柵網3、4、5、6及過孔構成1號法拉第筒，柵網 3、6為1號法拉第筒外殼並接地，柵網4、5及第四過孔為內殼，1號法拉第筒用於測量第一層基板中的內部電荷量。柵網7、8、9、10及過孔構成2號法拉第筒，柵網7、10為2號法拉第筒外殼並接地，柵網8、9及過孔為內殼，2號法拉第筒用於測量第三層基板中的內部電荷量。本發明的介質內部電荷測量裝置的探頭結構的主體部分一個印刷電路板。採用印刷電路板工藝在三層FR4基板上搭建三個法拉第筒，利用印刷電路板工藝可以實現多層緊湊的設計，使儀器測量環境更接近於實際的電路板。在電路板表面和各個層上進行大面積網狀覆銅，利用電路板的過孔實現電路板層與層之間的電性連接，構成封閉或者半封閉的法拉第筒。需要外層銅絲網封閉的，則利用 Φ 2mm的焊盤，再採用銅螺栓連接固定外部銅絲網。探頭的三個法拉第筒相互獨立，如內部電荷密度為Q，內筒高度為D，與外筒之間絕緣層高度為d，那麼感應V為
權利要求
1.一種介質內部電荷測量裝置的探頭結構，包括利用印刷電路板工藝在三層FR4基板上設置6層印刷電路板中柵網，三層電路板材料FR4基板即第一層基板、第二層基板和第三層基板，三個基板外周部分上依次設置有第一過孔，第二過孔，第一過孔的高度和直徑大於第二過孔的高度和直徑，第二過孔內中間的第二層基板上下設置有分別貫穿第一層基板和第三層基板但不接觸第二層基板的第三過孔和第四過孔，第三過孔的高度和直徑大於第四過孔的高度和直徑且兩過孔以第二層基板為對稱面上下對稱，且四個過孔的上下端面還設置有6條柵網，第一過孔、第二過孔以及其上連接的柵網構成第三法拉第筒以測量量第二層基板中的內部電荷量，兩相對靠外的柵網為法拉第筒外殼並接地，兩相對靠內的柵網與第二過孔為內殼；第三過孔和第四過孔及其上連接的柵網分別在中間的第二層基板上下構成1號法拉第筒和2號法拉第筒以用於測量第一層基板和第三層基板中的內部電荷量， 且同樣分別的相對靠外的柵網為法拉第筒外殼並接地，兩相對靠內的印刷電路板中柵網與第四過孔為內殼。
2.如權利要求1所述的介質內部電荷測量裝置的探頭結構，其中，在電路板表面和各個層上進行大面積網狀覆銅，利用電路板的過孔實現電路板層與層之間的電性連接，構成封閉或者半封閉的法拉第筒。
3.如權利要求1所述的介質內部電荷測量裝置的探頭結構，其中，利用Φ2πιπι的焊盤進行外層銅絲網的封閉，再採用銅螺栓連接固定外部銅絲網。
全文摘要
本發明公開了一種介質內部電荷測量裝置的探頭結構，包括利用印刷電路板工藝在三層FR4基板上設置6層印刷電路板中柵網，三個基板外周部分上依次設置有第一過孔，第二過孔、第三過孔和第四過孔，四個過孔的上下端面還設置有6條柵網以分別形成三個法拉第筒，從而對介質內部的電荷進行測量。本發明的介質內部電荷測量裝置的探頭結構，可用於太空飛行器內帶電效應在軌監測載荷的研製，為太空飛行器內帶電效應在軌監測技術的提供了一種很好的技術手段。
文檔編號G01R29/24GK102539943SQ201110428648
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月20日 優先權日2011年12月20日
發明者劉業楠, 唐小金, 張超, 徐焱林, 易忠, 王志浩, 鄧佳欣, 陳金剛 申請人:北京衛星環境工程研究所