一種航天器介質(zhì)材料靜電放電試驗(yàn)裝置及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種航天器介質(zhì)材料靜電放電試驗(yàn)裝置及方法，其利用電子加速器和電子槍獲得高能電子和低能電子的混合輻照環(huán)境，測(cè)試介質(zhì)材料在低能和高能的結(jié)合環(huán)境輻照下介質(zhì)材料的靜電放電脈沖，同時(shí)測(cè)量介質(zhì)材料的在低能和高能結(jié)合環(huán)境輻照下的表面電位。其裝置主要包括電子加速器、電子槍、真空抽氣系統(tǒng)、介質(zhì)材料樣品、樣品表面電位測(cè)量裝置和示波器。本發(fā)明的裝置可以用于測(cè)試在低能和高能環(huán)境結(jié)合輻照下的介質(zhì)材料靜電放電脈沖，為研究介質(zhì)材料靜電放電與空間環(huán)境的關(guān)系提供重要的依據(jù)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種航天器介質(zhì)材料靜電放電試驗(yàn)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種航天器介質(zhì)材料靜電放電試驗(yàn)裝置及方法，特別是測(cè)試介質(zhì)材料在低能和高能的結(jié)合環(huán)境輻照下介質(zhì)材料的靜電放電脈沖，屬于測(cè)量領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]針對(duì)航天器使用的各類(lèi)介質(zhì)材料，研究航天器介質(zhì)材料靜電放電與環(huán)境之間的關(guān)系，對(duì)于更全面地理解航天器在空間真實(shí)輻照下介質(zhì)材料靜電放電特性是很重要的，同時(shí)，也為航天器的設(shè)計(jì)和制造提供重要的依據(jù)。
[0003]航天器的靜電放電多發(fā)生在電纜絕緣層、印制電路板、電容器部件、綜合電路包或懸浮導(dǎo)體上，由放電產(chǎn)生的瞬態(tài)脈沖耦合到航天器電子系統(tǒng)時(shí)，會(huì)引起邏輯開(kāi)關(guān)異常，電子系統(tǒng)永久性失效或敏感元件性能下降，以致整個(gè)系統(tǒng)的破壞。除產(chǎn)生電子設(shè)備的電磁干擾和損壞外，靜電放電也導(dǎo)致表面材料的損壞或物理性能衰退。由于放電產(chǎn)生了局部熱量并在電弧放電區(qū)產(chǎn)生材料損傷，它不但損害航天器的完整性，而且還改變了表面材料的物理特性，從而最終破壞航天器的正常工作。
[0004]天然空間環(huán)境中的電子能譜具有廣譜特點(diǎn)，這與在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的單能電子輻照模擬試驗(yàn)有差別，因此其得到的結(jié)果也不是完全一致的。外國(guó)學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，如果在25keV低能電子環(huán)境中加入200keV的高能電子束流，那么Kapton材料上將不會(huì)發(fā)生靜電放電現(xiàn)象。因此，發(fā)生在真實(shí)空間環(huán)境中的靜電放電具有很強(qiáng)的不確定性。隨著航天器電子系統(tǒng)性能的提高，航天器對(duì)空間帶電環(huán)境引起的介質(zhì)材料靜電放電問(wèn)題也越來(lái)越敏感，航天器帶電防護(hù)技術(shù)成為發(fā)展長(zhǎng)壽命應(yīng)用衛(wèi)星所必須解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。開(kāi)展航天器帶電防護(hù)技術(shù)研究的前提，需要在地面模擬航天器在真實(shí)空間帶電環(huán)境下的介質(zhì)材料發(fā)生靜電放電的現(xiàn)象，監(jiān)測(cè)介質(zhì)材料表面電位和靜電放電脈沖，來(lái)評(píng)價(jià)航天器介質(zhì)材料的帶電防護(hù)性能。因此，亟需開(kāi)展介質(zhì)材料在低能和高能的結(jié)合環(huán)境輻照下介質(zhì)材料的靜電放電脈沖的測(cè)試和表面電位的測(cè)量，這是介質(zhì)材料充放電研究和分析中必不可少的一項(xiàng)重要內(nèi)容。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]有鑒于此，本發(fā)明提供一種航天器介質(zhì)材料靜電放電試驗(yàn)裝置及方法，模擬介質(zhì)材料同時(shí)受到低能電子和高能電子的結(jié)合環(huán)境輻照下對(duì)介質(zhì)材料靜電放電的影響，測(cè)得介質(zhì)材料的靜電放電脈沖和表面電位。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明具體方法如下:
[0007]—種航天器介質(zhì)材料靜電放電試驗(yàn)裝置，它由真空室、電子加速器、電子槍、真空抽氣系統(tǒng)、絕緣樣品臺(tái)、三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、示波器、采樣電阻、非接觸式電位計(jì)組成；電子加速器和電子槍所產(chǎn)生電子能量和束流密度均可調(diào)；
[0008]真空抽氣系統(tǒng)與真空室連通，示波器、采樣電阻以及非接觸式電位計(jì)除探頭的部分置于真空室外部；介質(zhì)材料樣品以介質(zhì)在上、背金屬電極在下的狀態(tài)放置在真空室內(nèi)部的絕緣樣品臺(tái)上，介質(zhì)材料樣品的背金屬電極通過(guò)真空靶室外的50Ω采樣電阻接地，在背金屬電極和接地電阻之間接入示波器，非接觸式電位計(jì)的探頭安裝在三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上，電子加速器和電子槍位于絕緣樣品臺(tái)上方。
[0009]一種使用權(quán)利要求1的介質(zhì)材料靜電放電試驗(yàn)裝置的測(cè)試方法，包括下列步驟:
[0010]步驟1、將介質(zhì)材料樣品放置于真空室中的絕緣樣品臺(tái)上，關(guān)閉真空室；
[0011]步驟2、開(kāi)啟真空抽氣系統(tǒng)給真空室抽真空；
[0012]步驟3、開(kāi)啟電子加速器模擬空間環(huán)境的高能電子；
[0013]步驟4、開(kāi)啟電子槍模擬空間環(huán)境的低能電子；
[0014]步驟5、利用三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)將非接觸式電位計(jì)的探頭移動(dòng)到介質(zhì)材料樣品的上方測(cè)量表面電位，利用示波器監(jiān)測(cè)介質(zhì)材料樣品的靜電放電脈沖。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是:
[0016](I)采用電子加速器和電子槍能較好的模擬真實(shí)空間帶電環(huán)境；
[0017](2)此介質(zhì)材料電導(dǎo)率測(cè)量裝置及方法可操作性強(qiáng)，該試驗(yàn)系統(tǒng)工作穩(wěn)定，適用于測(cè)量在不同能量的低能電子和高能電子結(jié)合環(huán)境輻照下的介質(zhì)材料靜電放電脈沖和表面電位。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本發(fā)明的介質(zhì)材料靜電放電試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖中:1-真空室、2-電子加速器、3-電子槍、4-真空抽氣系統(tǒng)、5-樣品臺(tái)、6-介質(zhì)材料樣品、7-三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、8-示波器、9-采樣電阻、10-非接觸式電位計(jì)。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明提供了一種介質(zhì)材料靜電放電試驗(yàn)裝置及方法，其利用電子加速器和電子槍獲得高能電子和低能電子的混合輻照環(huán)境，測(cè)試介質(zhì)材料在低能和高能的結(jié)合環(huán)境輻照下介質(zhì)材料的靜電放電脈沖，同時(shí)測(cè)量介質(zhì)材料的在低能和高能結(jié)合環(huán)境輻照下的表面電位。
[0021]如圖1所示，為本發(fā)明的介質(zhì)材料靜電放電試驗(yàn)裝置，它由真空室1、電子加速器
2、電子槍3、真空抽氣系統(tǒng)4、樣品臺(tái)5、三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)7、示波器8、采樣電阻9、非接觸式電位計(jì)10組成。
[0022]真空抽氣系統(tǒng)4與真空室I連通，示波器8、采樣電阻9以及非接觸式電位計(jì)10除探頭的部分置于真空室I外部；介質(zhì)材料樣品6以介質(zhì)在上、背金屬電極在下的狀態(tài)放置在真空室I內(nèi)部的絕緣樣品臺(tái)5上,介質(zhì)材料樣品6的背金屬電極通過(guò)真空靶室I外的50 Ω采樣電阻9接地，在背金屬電極和接地電阻之間接入示波器8，非接觸式電位計(jì)10的探頭安裝在三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)7上，電子加速器2和電子槍3位于絕緣樣品臺(tái)5上方。
[0023]本發(fā)明測(cè)試方法的實(shí)施步驟如下:
[0024](I)將介質(zhì)材料樣品6放置于真空室I中的樣品臺(tái)5上，同時(shí)，按照附圖要求連接試驗(yàn)線路，檢查連接無(wú)誤后關(guān)閉真空室；
[0025](2)開(kāi)啟真空抽氣系統(tǒng)4給真空室I抽真空，使真空度優(yōu)于5.0X 10 —4Pa;
[0026](3)開(kāi)啟電子加速器2模擬空間環(huán)境的高能電子；
[0027]電子加速器所提供高能電子的能量在0.8MeV?2.3MeV范圍內(nèi)可調(diào)，束流密度在O?ΙΟΟρΑ/cm2范圍內(nèi)可調(diào)。本次測(cè)試中，調(diào)節(jié)電子加速器產(chǎn)生的電子能量為IMeV，束流密度為 50pA/cm2 ；
[0028](4)開(kāi)啟電子槍3模擬空間環(huán)境的低能電子；
[0029]電子槍的能量在O-1OOkeV范圍內(nèi)可調(diào)，束流密度在Ο-lnA/cm2內(nèi)可調(diào)。本次測(cè)試中，調(diào)節(jié)電子槍產(chǎn)生的電子能量為25keV，束流密度為0.5nA/cm2 ；
[0030](5)利用三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)7將非接觸式電位計(jì)10的探頭移動(dòng)到介質(zhì)材料樣品6的上方測(cè)量表面電位，利用示波器8監(jiān)測(cè)介質(zhì)材料樣品的靜電放電脈沖。其中，非接觸式電位計(jì)10可以采用型號(hào)為T(mén)rek341A非接觸式電位計(jì)。
[0031]綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種航天器介質(zhì)材料靜電放電試驗(yàn)裝置，其特征在于:它由真空室(I)、電子加速器(2)、電子槍(3)、真空抽氣系統(tǒng)⑷、絕緣樣品臺(tái)(5)、三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(7)、示波器⑶、采樣電阻(9)、非接觸式電位計(jì)(10)組成；電子加速器(2)和電子槍(3)所產(chǎn)生電子能量和束流密度均可調(diào)； 真空抽氣系統(tǒng)(4)與真空室(I)連通，示波器(8)、采樣電阻(9)以及非接觸式電位計(jì)(10)除探頭的部分置于真空室(I)外部；介質(zhì)材料樣品￠)以介質(zhì)在上、背金屬電極在下的狀態(tài)放置在真空室(I)內(nèi)部的絕緣樣品臺(tái)(5)上，介質(zhì)材料樣品￠)的背金屬電極通過(guò)真空靶室(I)外的50Ω采樣電阻(9)接地，在背金屬電極和接地電阻之間接入示波器(8)，非接觸式電位計(jì)(10)的探頭安裝在三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(7)上，電子加速器(2)和電子槍(3)位于絕緣樣品臺(tái)(5)上方。
2.一種使用權(quán)利要求1的航天器介質(zhì)材料靜電放電試驗(yàn)裝置的測(cè)試方法，其特征在于包括下列步驟: 步驟1、將介質(zhì)材料樣品(6)放置于真空室(I)中的絕緣樣品臺(tái)(5)上，關(guān)閉真空室(I); 步驟2、開(kāi)啟真空抽氣系統(tǒng)(4)給真空室(I)抽真空； 步驟3、開(kāi)啟電子加速器(2)模擬空間環(huán)境的高能電子； 步驟4、開(kāi)啟電子槍(3)模擬空間環(huán)境的低能電子； 步驟5、利用三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(7)將非接觸式電位計(jì)(10)的探頭移動(dòng)到介質(zhì)材料樣品(6)的上方測(cè)量表面電位，利用示波器(8)監(jiān)測(cè)介質(zhì)材料樣品的靜電放電脈沖。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)試方法，其特征在于:所述步驟2中真空環(huán)境真空度要求優(yōu)于 5.0X10 —4Pa。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)試方法，其特征在于:所述步驟3中電子加速器所提供高能電子的能量在0.8MeV?2.3MeV范圍內(nèi)可調(diào)，束流密度在O?ΙΟΟρΑ/cm2范圍內(nèi)可調(diào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)試方法，其特征在于:所述步驟4中電子槍的能量在O-1OOkeV范圍內(nèi)可調(diào)，束流密度在Ο-lnA/cm2內(nèi)可調(diào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)量方法，其特征在于:所述步驟5中采用Trek341A非接觸式電位計(jì)監(jiān)測(cè)樣品表面電位。
【文檔編號(hào)】G01R19/00GK104237684SQ201410445793
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月3日
【發(fā)明者】王俊, 楊生勝, 秦曉剛, 李得天, 陳益峰, 柳青, 史亮, 湯道坦, 趙呈選 申請(qǐng)人:蘭州空間技術(shù)物理研究所