一種用於空間電場探測的傳感器的製造方法
2023-09-18 19:46:50 1
一種用於空間電場探測的傳感器的製造方法
【專利摘要】本發明提供一種用於空間電場探測的傳感器，包括球殼、內置殼體、內置電路板、左短杆及右短杆；其中所述內置電路板上設有前端電壓檢測電路、恆流源電路及自增益電路；球殼外表面塗覆環氧摻碳塗層，所述塗層的太陽吸收係數與總半球發射係數比值為0.95～1.2，且塗層厚度不小於15μm；左短杆和右短杆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於球殼的內部；所述恆流源電路連接球殼外表面，用於向球殼表面施加範圍在(-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，用於將內置殼體電勢置於球殼的電勢上；所述前端電壓檢測電路連接球殼的外表面，用於採集球殼表面所感應的空間電勢並輸出。
【專利說明】一種用於空間電場探測的傳感器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於空間電場探測的傳感器，屬於空間環境探測【技術領域】。
【背景技術】
[0002]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採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於衛星平臺的空間電場探測儀。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種用於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，並且滿足空間環境使用的要求。
[0004]實現本發明的技術方案如下:
[0005]—種用於空間電場探測的傳感器,包括球殼、內置殼體、內置電路板、左短杆及右短杆；其中所述內置電路板上設有前端電壓檢測電路、恆流源電路及自增益電路；
[0006]球殼外表面塗覆環氧摻碳塗層，所述塗層的太陽吸收係數與總半球發射係數比值為0.95?1.2,且塗層厚度不小於15 μ m ;左短杆和右短杆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於球殼的內部；所述恆流源電路連接球殼外表面，用於向球殼表面施加範圍在(_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，用於將內置殼體電勢置於球殼的電勢上；所述前端電壓檢測電路連接球殼的外表面，用於採集球殼表面所感應的空間電勢並輸出。
[0007]有益效果:
[0008]第一、本發明在傳感器表面塗覆環氧摻碳塗層，通過塗層的設計，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。
[0009]第二，本發明設置恆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；
[0010]第三、本發明利用自增益電路將內置殼體的電勢置於傳感器電勢上，從而減小傳感器的寄生電容。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為用於空間電場探測的傳感器的示意圖。
[0012]其中，1-球殼，2-塗層，3-內置殼體，4-左短杆，5-右短杆。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖對本發明作進一步描述。
[0014]如圖1所示，本發明一種用於空間電場探測的傳感器，包括球殼、內置殼體、內置電路板、左短杆及右短杆；其中所述內置電路板上設有前端電壓檢測電路、恆流源電路及自增益電路。
[0015]本發明採用球形殼體，且較佳令球殼的半徑大於35mm ;球形探針相對於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。
[0016]本發明在球殼表面塗覆太數陽吸收系與總半球發射係數比值為0.95?1.2的環氧摻碳塗層，且塗層厚度不小於15 μ m ;塗層的作用為: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。
[0017]本發明左短杆和右短杆對稱的設置於球殼外表面上，左短杆和右短杆為完全相同的柱狀中空短杆，且短杆一端到球心的距離大於2倍的球殼半徑，短杆外徑大於0.25倍球殼半徑，小於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。一對對稱短杆能使處於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。
[0018]本發明內置殼體和內置電路板設置於球殼的內部。
[0019]恆流源電路連接球殼外表面，用於向球殼表面施加範圍在(_300nA，300nA)的偏置電流；恆流源電路的作用為:用於減小傳感器周圍等離子鞘層阻抗，提高電場測量精度。相較於國際上已有的空間電場探測傳感器所採用的適用於F2電離層的(_300nA，10nA)的偏置電流，本發明所設計的傳感器擴大了偏置電流的範圍，適用於F2電離層直至磁層，提高了傳感器的環境適應性。本發明恆流源電路設計偏置電流響應頻率不低於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。
[0020]自增益電路分別連接球殼與內置殼體，用於將內置殼體的電勢置於傳感器電勢上(用於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。
[0021]前端電壓檢測電路連接球殼的外表面，用於採集球殼表面所感應的空間電勢，然後通過導線輸出。
[0022]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，並具有響應快、精度高、穩定性好的特點。
【權利要求】
1.一種用於空間電場探測的傳感器，其特徵在於，包括球殼、內置殼體、內置電路板、左短杆及右短杆；其中所述內置電路板上設有前端電壓檢測電路、恆流源電路及自增益電路； 球殼外表面塗覆環氧摻碳塗層，所述塗層的太陽吸收係數與總半球發射係數比值為0.95?1.2,且塗層厚度不小於15 μ m ;左短杆和右短杆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於球殼的內部；所述恆流源電路連接球殼外表面，用於向球殼表面施加範圍在(_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，用於將內置殼體電勢置於球殼的電勢上；所述前端電壓檢測電路連接球殼的外表面，用於採集球殼表面所感應的空間電勢並輸出。
2.根據權利要求1所述用於空間電場探測的傳感器，其特徵在於，所述左短杆和右短杆相同，短杆一端到球心的距離大於2倍的球殼半徑,短杆外徑大於0.25倍球殼半徑,小於0.33倍球殼半徑。
3.根據權利要求1所述用於空間電場探測的傳感器，其特徵在於，所述球殼的半徑大於 35mm。
【文檔編號】G01R29/12GK104237653SQ201410446705
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月4日 優先權日:2014年9月4日
【發明者】馬勉軍, 雷軍剛, 崔陽, 李 誠, 劉澤, 王佐磊, 宗朝, 李世勳 申請人:蘭州空間技術物理研究所