一种测量空间原子氧环境模拟试验中VUV的系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种空间原子氧环境模拟试验中伴随ＶＵＶ的测量系统，其包括原子氧源，真空容器，氟化镁片，碲化铯探测器，碲化铯探测器信号采集装置；真空容器上端具有一开口，开口正上方设置原子氧源，真空容器中部设置有碲化铯探测器，氟化镁片设置在碲化铯探测器与原子氧源之间的位置上以对原子氧、杂散光及污染物进行屏蔽，碲化铯探测器与真空容器外的碲化铯探测器信号采集装置进行电连接。本系统使用氟化镁片对原子氧、杂散光及污染物进行屏蔽，减小它们对ＶＵＶ测量结果的影响。同时减小了测量过程中的环境因素对碲化铯探测器的损伤，增强测量的重复性、减小多次测量的测量误差。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于真空紫外测量领域，具体来说，涉及一种能够准确测量空间原子氧环境模拟试验过程中由于等离子体激发而产生的vuv (简称伴随vuv)的系统。
技术介绍
原子氧环境是指低地球轨道(通常认为200 700km高度)上以原子 态氧存在的残余气体环境。空间飞行试验和地面模拟试验表明，原子氧 会造成航天器结构性材料剥蚀老化、功能性材料功能下降，主要表现在 材料质量和厚度的损失、表面形貌的变化以及各种性能参数的衰退等各 个方面。而地面模拟试验是我国目前进行航天器空间原子氧环境适应性 设计的主要试验验证手段。目前所使用的所有空间原子氧环境地面模拟设备中，都存在氧气解 离产生氧等离子体这样一个物理过程，氧等离子体的特征光谱波长主要 为130.4nm、 394.7nm、 436.8nm、 777.2nm、 844.6nm，强度随着氧等离 子体的产生方式、功率、工作真空条件等因素而变化。波长为130.4nm 的发射光谱处于真空紫外(VUV)波段。紫外辐射，特别是真空紫外辐射，由于具有较高的光子能量，聚合 物吸收后会引发化学键和功能团的断裂或交联，主要体现在表面颜色变 化、表面成分变化、材料功能特性变化等方面。因为真空紫外(VUV) 对材料可能会造成的上述破坏，所以空间原子氧环境模拟试验过程中氧等离子体发射的VUV可能会对空间原子氧环境模拟试验的结果造成一 定的影响，从而导致试验结果的偏差或者试验的失效。鉴于此，有必要对空间原子氧环境模拟试验中的伴随VUV进行测试，以便对空间材料原子氧环境评价提供有益的技术支持。使用碲化铯探测器对光电流进行测试分析是目前进行vuv测量的一种手段，但由于在地面原子氧环境模拟试验中，除真空环境外，测量位置还存在污染物、带电粒子以及原子氧束流等多种因素，会对vuv的测试造成干扰，从而导致较大的测量误差，因此，有必要采取一定的技术措施来消除这些干扰，以提高测试的准确 性。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种能消除空间原子氧环境模拟试验中伴随vuv测量时的干扰因素(污染物、带电粒子、原子氧等)所引起的误差，从而高精度、准确地进行空间原子氧环境模拟试验中伴随vuv测量的装置。从而为提供准确有效的地面模拟原子氧环境试验条件，提高长 寿命低轨道航天器的在轨可靠性提供有力保证。为了实现上述目的，本技术采用了如下的技术方案本技术提供了一种空间原子氧环境模拟试验中伴随vuv的测量系统，其包括原子氧源，真空容器，氟化镁片，碲化铯探测器，碲化铯探测器信号采集装置；真空容器上端具有一开口，开口正上方设置原 子氧源，真空容器中部设置有碲化铯探测器，氟化镁片设置在碲化铯探 测器与原子氧源之间的位置上以对原子氧、杂散光及污染物进行屏蔽， 碲化铯探测器与真空容器外的碲化铯探测器信号采集装置进行电连接。 上述系统中，氟化镁片的直径为50mm-100mm，厚度为lmm-5mm。 上述系统中，碲化铯探测器的电极包覆有Kapton (聚酰亚胺)基底真空绝缘胶带，其厚度为10iim-50um。上述系统中，氟化镁片与碲化铯探测器之间的距离优选为 5mm-15mrru上述系统中，氟化镁片安装位置距原子氧束流入口 10mm-20mm。 本系统使用碲化铯探测器对空间原子氧模拟试验中由氧等离子体激 发产生的波长为130.4nm的伴随VUV进行测量。本系统使用氟化镁片放 置于碲化铯探测器前部，对原子氧、杂散光及污染物进行屏蔽，减小它 们对VUV测量结果的影响。同时氟化镁玻璃能够对碲化铯探测器起到良 好的保护作用，减小测量过程中的环境因素(原子氧、污染物及带电粒 子)对碲化铯探测器的损伤，增强测量的重复性、减小多次测量的测量 误差。同时，本系统利用厚度为25um的Kapton基底真空绝缘胶带对碲 化铯探测器电极进行了良好的保护，以减小原子氧束流中的带电粒子对 VUV测量的影响。附图说明图1是本技术的空间原子氧环境试验中伴随vuv测量系统的示意图。其中，1、原子氧源；2、氟化镁片；3、真空容器壁；4、碲化铯探 测器；5、真空绝缘胶带；6、碲化铯探测器信号采集装置；具体实施方式以下结合附图对本技术的测量系统进行详细说明。如图1所示，本技术的空间原子氧环境模拟试验中伴随vuv的测量系统具有原子氧源l，氟化镁片2，真空容器3，碲化铯探测器4， 碲化铯探测器信号采集装置6;真空容器3上端开有原子氧束流入口，原 子氧束流入口正上方设置原子氧源1，真空容器3中部设置有碲化铯探测器4，碲化铯探测器4的电极用厚度为10ixm-50lim的Kapton基底真空 绝缘胶带5包裹，氟化镁片2设置在碲化铯探测器4与原子氧源1之间 的位置上以对原子氧、杂散光及污染物进行屏蔽，碲化铯探测器4与真 空容器3外的碲化铯探测器信号采集装置5进行电连接。测量系统进行 空间原子氧环境地面模拟试验伴随VUV测量时，系统构建步骤如下1) 首先固定一块洁净的氟化镁玻璃(直径为50mm-100mm、厚度为 lmm-5mm)于真空室内原子氧束流入口处，距入口距离保持在10mm 20mm，保证在测量时原子氧源能够处于良好的工作状态；2) 使用厚度为10 y m-25 u m的Kapton基底真空绝缘胶带对碲化铯 探测器电极进行包裹，保证测量时带电粒子与探测器电极之间的良好隔 离；3) 安装碲化铯探测器于氟化镁玻璃后方5mm-15mm (沿原子氧束流 轰击方向)处，保证测量位置探测系统的灵敏度；4) 按照附图1进行探测器各电极以及碲化铯探测器信号采集装置的 接线；以下以具体实施例来对本技术进行进一步地说明 实施例l:使用本套测量系统对紧凑型ECR束流式原子氧环境模拟设备中的 伴随VUV进行测量，测量位置应在环境评价试验时样品放置位置(据真 空室内原子氧束流入口处25mm)附近。按照上述实施步骤对测量系统进行了搭建，其中氟化镁片直径为O 65mm、厚度为2mm，对113nm 200nm的紫外具有良好的透射性能。电 极的绝缘选用空间级3M聚酰亚胺胶带，厚度为25微米，具有较好的柔 韧性、抗远紫外性能及真空适应性。氟化镁片安装位置距原子氧束流入口 15mm，探测器安装位置距氟化镁片10mm。测量系统搭建完毕后，开启原子氧环境模拟设备。伴随紫外测量系 统工作时原子氧束流密度为2.0Xl(^atoms/cm7s;探测器温度为50°C 55°C，处于正常工作温度区间内；真空条件为1.6X10，a，满足探测器 正常工作条件。使用本套系统测量出的探测器放置位置处的光电流在pA量级，即原 子氧源产生的伴随VUV在真空室内距原子氧束流入口 35mm处的剂量为 零。比较实施例1未采用本套测量系统，仅使用商用碲化铯探测器对紧凑型ECR束流 式原子氧环境模拟设备中的伴随VUV进行测量，测量时原子氧束流密度 为2.0X10"atoms/cm7s;探测器温度为50°C 55°C ，处于正常工作温度 区间内；真空条件为1.6X10—2Pa，满足探测器正常工作条件。测量结果表明，光电流采集出现严重干扰现象，数值约在mA量级， 但数值极不稳定，无法进行读数；测量后取出探测器进行肉眼观察，可 以看出探测器前端窗口出现明显污染物。通过比较实施例1与实施例1进行对比，发现本测量系统与未加任本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量空间原子氧环境模拟试验中ＶＵＶ的系统，包括原子氧源，真空容器，氟化镁片，碲化铯探测器，碲化铯探测器信号采集装置，其特征在于，真空容器上端具有一开口，开口正上方设置原子氧源，真空容器中部设置有碲化铯探测器，氟化镁片设置在碲化铯探测器与原子氧源之间的位置上以对原子氧、杂散光及污染物进行屏蔽，碲化铯探测器与真空容器外的碲化铯探测器信号采集装置进行电连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李涛，郑慧奇，姜利祥，刘向鹏，冯伟泉，郭亮，
申请(专利权)人：北京卫星环境工程研究所，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]