CN105277769A - 一种振动式卫星表面悬浮电位探测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种振动电极的探测卫星表面浮动电位的装置，所述探测装置包括：振动电极、磁动杆、电磁线圈、探测装置及引线电极共五个部分组合而成。所述振动电极为圆形碟片，采用铜制材料，振动电极安装在引线电极；所述引线电极为柱状结构，采用铜制材料，通过绝缘材料安装在磁动杆；所述磁动杆为鞭状结构，安装在探测装置上，磁动杆外套有电磁线圈。探测装置嵌入式安装在卫星表面，探测装置外表面与卫星外表面平齐。
Description
技术领域
本发明涉及卫星防护领域，尤其涉及一种用于中高轨道卫星的卫星表面悬浮电位的探测装置。
背景技术
卫星表面由于空间等离子体的附着作用，会形成类似地面静电带电的表面充电，表面充电会造成卫星与空间环境之间存在电位差，此即卫星表面悬浮电位。当卫星表面与空间环境之间出现过大的电位差，便会造成卫星表面与空间环境或者表面不同部分出现放电，即如地面的静电放电。静电放电会释放出来电流脉冲、电磁脉冲及热脉冲，电流脉冲和电磁脉冲都会直接或间接耦合进卫星电子学系统，干扰甚至伤害卫星安全。因此，需要在卫星上安装表面电位探测装置，用来探测卫星表面与周围空间环境之间的电位差，以便为卫星在轨管理和故障诊断提供依据。
目前，对于卫星表面充电的表面电位进行探测的方法包括多种，诸如粒子分析法、表面伸杆法等。粒子分析法是利用表面电位会对来自空间不同带电粒子进行加速或减速的性质，分析由仪器探测到的表面处带电粒子能谱的改变来反演卫星表面的电位。表面伸杆法利用在表面安装金属枝杆，使得枝杆一端与卫星保持电位一致，另外一端与空间环境保持电位一致，而后探测伸杆两端的电位差。这两类方法中，前者存在着设备仪器过于复杂而后者存在着对卫星要求过高的问题。
发明内容
因此，为了克服上述问题，本发明提供一种振动式表面悬浮电位探测装置，利用振动的方式探测卫星表面处的电场强度，再依据测得的卫星表面的电场强度并结合卫星的特征尺度，来反演卫星表面的电位，本方法特别适合用于中高轨道的卫星。
根据本发明的一种振动式卫星表面悬浮电位探测装置，其特征在于，所述电位探测装置包括：振动电极、磁动杆、电磁线圈、探测装置外壳及引线电极，其中振动电极为片形，采用金属材料制成，安装在引线电极上；引线电极为柱状结构，采用金属材料制成，通过绝缘材料安装在磁动杆上；磁动杆为鞭状结构，安装在探测装置上，且磁动杆外套有电磁线圈；探测装置嵌入式安装在卫星表面，且探测装置外表面与卫星外表面垂直高度相差小于±2mm。
根据本发明的一个实施例的振动式卫星表面悬浮电位探测装置，其中振动电极为尺寸为φ10mm×1mm的铜片，表面粗糙度小于0.01mm。
根据本发明的一个实施例的振动式卫星表面悬浮电位探测装置，其中，磁动杆为有铜材料和磁致伸缩材料组合而成，受到磁场作用而发生变形摇摆。
根据本发明的一个实施例的振动式卫星表面悬浮电位探测装置，其中，电磁线圈采用铜线绕制，受到电流激励会在周围产生磁场。
根据本发明的一个实施例的振动式卫星表面悬浮电位探测装置，其中，引线电极与电流前置放大器相连，其后连接峰值保持和放大线路。
根据本发明的一个实施例的振动式卫星表面悬浮电位探测装置，其中，探测装置还连接一激励线路，用于产生电磁线圈激励电流。
根据本发明的一个实施例的振动式卫星表面悬浮电位探测装置，其中，探测装置还连接至卫星接口电路，用于与卫星总线进行数据通信。
本发明的表面悬浮电位探测装置优点在于：可以实现对卫星表面的悬浮电位进行探测，同时避免对于卫星平台部分提出过多要求从而降低应用范围。
本发明的振动式卫星表面电位探测装置具有相对结构简单、原理清晰、安装要求低的特点。其可以安装在中高轨道的各类卫星上，用于探测卫星表面的悬浮电位。
附图说明
图1为本发明的一种电位探测器在卫星位置示意图。
图2为本发明的振动式卫星表面电位的结构示意图。
图3为根据本发明的一个实施例的振动电极表面示意图。
图4为图3中的振动电极的A-A剖面图。
图5为根据本发明的一个实施例的探测装置的电气实现原理框图。
附图标记
1、振动电极2、磁动杆3、电磁线圈
4、探测装置外壳5、引线电极
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明所述的振动式卫星表面悬浮电位探测装置进行详细说明。
如图1和2所示，为解决用于卫星表面的充电探测的粒子分析法和表面伸杆法的对卫星平台需求高的问题，本发明提供一种表面悬浮电位探测装置，基于卫星表面充电以后会在表面形成垂直于表面的电场(特别是在中高轨道的卫星)，并且电场强度与表面悬浮电位和卫星尺寸相关联，且在短时间内较为稳定这些特点，利用装置内顺着电场方向电极振动时表面电荷会发生变化的特性，检测振动电极表面电荷的变化率，再利用电荷变化率最大值与电场强度之间的关系来反演出电场强度，并进一步地结合卫星尺寸来反演出卫星表面的悬浮电位。
根据本发明的一个实施例的振动式卫星表面悬浮电位探测装置包括：振动电极(1)、磁动杆(2)、电磁线圈(3)、探测装置外壳(4)及引线电极(5)。所述振动电极(1)为圆形碟片，作为一个示范性实例，振动电极(1)的表面示意图如图3所示，其沿A-A的剖面图如图4所示。振动电极(1)采用铜制材料制成，并安装在引线电极(5)上。所述引线电极(5)为柱状结构，采用铜制材料，通过绝缘材料安装在磁动杆(2)上。所述磁动杆(2)为鞭状结构，安装在探测装置上，磁动杆(2)外套有电磁线圈(3)。
在此实施例中，本发明的探测装置嵌入式安装在卫星表面，且该探测装置外表面与卫星外表面平齐。
在此实施例中，振动电极(1)的尺寸为φ10mm×1mm，碟片表面用于遭受电场后感应电荷；表面粗糙度小于0.01mm，从而降低表面由于不光洁而影响电场探测。磁动杆(2)为鞭状，其材料为有铜材料和磁致伸缩材料组合而成，受到磁场作用将发生变形摇摆，摇摆的目的为振动电极提供振动幅度和频率从而影响电极电流变化，摇摆的方向为垂直于电极表面。电磁线圈(3)为采用铜线绕制，受到电流激励会在周围产生磁场，磁场强度随着电流激励改变而变化。
可选地，引线电极(5)还与电流前置放大器相连，其后连接峰值保持和放大线路。
可选地，本探测装置还包含有电磁激励线路，用于产生电磁线圈激励电流。
可选地，本探测装置还包含卫星接口电路，用于与卫星总线进行数据通信。
图5所示为根据本发明的一个实施例的探测装置的电气实现原理框图，其中虚线中的各个部件构成该探测装置。该探测装置在数据及控制电路控制下激励电路工作提供激励电流，从而激发电磁线圈(3)产生磁场并随着激励电流改变而发生规律性变化，磁场的规律性变化致使磁动杆(2)规律性的发生摇摆动作，磁动杆(2)的摇摆动作带动引线电极(5)和振动电极(1)发生周期性的振动。振动电极(1)的周期性振动将在其表面形成周期性的电荷变化，从而在引线电极(5)上形成周期性变化的电流。利用前置放电电路、成形电路、放大电路对电流信号进行放大和整形，最后再利用峰保电路获取电流变化峰值，并将获取的电流变化峰值送给数据及控制电路，后者再通过卫星接口电路将该数据传送给卫星电子系统。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种振动式卫星表面悬浮电位探测装置，其特征在于，所述电位探测装置包括：振动电极(1)、磁动杆(2)、电磁线圈(3)、探测装置外壳(4)及引线电极(5)，其中所述振动电极(1)为片形，采用金属材料制成，安装在所述引线电极(5)上；所述引线电极(5)为柱状结构，采用金属材料制成，通过绝缘材料安装在所述磁动杆(2)上；所述磁动杆(2)为鞭状结构，安装在所述探测装置上，且所述磁动杆(2)外套有所述电磁线圈(3)；所述探测装置嵌入式安装在卫星表面，且所述探测装置外表面与卫星外表面垂直高度相差小于±2mm。
2.根据权利要求1所述的振动式卫星表面悬浮电位探测装置，其特征在于，所述振动电极(1)为尺寸为φ10mm×1mm的铜片，表面粗糙度小于0.01mm。
3.根据权利要求1所述的振动式卫星表面悬浮电位探测装置，其特征在于，所述磁动杆(2)为有铜材料和磁致伸缩材料组合而成，受到磁场作用而发生变形摇摆。
4.根据权利要求1所述的振动式卫星表面悬浮电位探测装置，其特征在于，所述电磁线圈(3)采用铜线绕制，受到电流激励会在周围产生磁场。
5.根据权利要求1所述的振动式卫星表面悬浮电位探测装置，其特征在于，所述引线电极(5)与电流前置放大器相连，其后连接峰值保持和放大线路。
6.根据权利要求1所述的振动式卫星表面悬浮电位探测装置，其特征在于，所述探测装置还连接一激励电路，用于产生电磁线圈激励电流。
7.根据权利要求1所述的振动式卫星表面悬浮电位探测装置，其特征在于，所述探测装置还连接至卫星接口电路，用于与卫星总线进行数据通信。
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