本发明专利技术实施例提供了一种空间碎片的探测装置及方法。所述探测装置包括第一敏感层、第二敏感层和第三敏感层，其中，所述第一敏感层、所述第二敏感层和所述第三敏感层均是由封装后的聚偏氟乙烯压电薄膜和设置于所述聚偏氟乙烯压电薄膜上的声发射传感器组成的，所述第一敏感层、所述第二敏感层和所述第三敏感层间隔预设距离横向排布设置，且所述第一敏感层、所述第二敏感层和所述第三敏感层相互平行。本发明专利技术实施例通过三层PVDF压电薄膜和声发射传感器进行组合，能够给出空间碎片撞击时刻、速度矢量、尺寸和材料类型等信息，为微小空间碎片环境探测与建模提供高质量探测数据，而且具有工艺简单、结构轻便、探测面积大、探测信息全面等优点。面等优点。面等优点。
【技术实现步骤摘要】
一种空间碎片的探测装置及方法
[0001]本专利技术涉及微小空间碎片探测
，特别是一种空间碎片的探测装置及方法。
技术介绍
[0002]随着人类航天活动增多，空间碎片数量日益增多，对空间飞行器的撞击威胁也愈加严重。其中，直径在1cm以下的碎片通常被称为微小空间碎片。微小空间碎片具有较高的速度，与航天器碰撞会破坏航天器表面涂层、材料和结构，影响高姿态精度航天器指向性能。为掌握空间小碎片的空间分布特征，国外开展过一系列探测活动。
[0003]微小空间碎片探测器按照感知技术原理可分为压电型、半导体型、电离型、格栅型以及组合式等5大类探测器。
[0004]压电型探测器可分为压电薄膜型和压电陶瓷型两类。其中，压电薄膜型探测器通常采用PVDF压电薄膜，微小空间碎片撞击PVDF产生去极化效应，薄膜上下表面分别聚集正负电荷，在电路中形成电流。通过采集和处理该电流信号，可以判断传感器是否被撞，并估算碎片尺寸。压电陶瓷(PZT)型探测器利用压电效应，通过探测被碎片撞击后产生的压电信号感知撞击事件。
[0005]半导体型探测器利用硅基片制成平板型电容器，由外部电路给电容器提供偏置电压，微小碎片与其发生碰撞后会放电产生电流，通过采集和处理该电流信号判断是否传感器是否被撞。
[0006]撞击电离型微小空间碎片探测器内部设置有纯金靶心，当碎片与靶心碰撞时，巨大动能产生等离子体云，过对等离子体的测量，可以获得空间碎片的质量、速度和成分等信息。
[0007]格栅型微小空间碎片探测器，通过将细小(宽度在亚mm甚至μm量级)导电条组成的导电格栅被封装后，利用外围电路监测其内部通断情况，根据其导通情况判断传感器是否被撞，并估算碎片尺寸。
[0008]组合式微小空间碎片探测器通常综合采用多种探测手段，探测要素较为全面，如NASA支持的PINDROP探测器采用声发射+凝胶的手段，通过监测撞击产生的声发射信号感知撞击事件并定位撞击点。利用凝胶在轨捕捉碎片，送回地面后直接分析碎片尺寸和材料理性，利用碎片在凝胶内的弹道轨迹反演碎片速度。NASA支持的SDS探测器则采用声发射传感器与多层导电格栅组合的探测方式。上述组合式探测器均可实现对撞击时间、位置以及碎片尺寸、速度、材料类型的探测。
[0009]然而，压电型探测器通常只能给出空间碎片的个数、速度和质量的信息，无法给出空间碎片的大小和方向的信息；半导体型探测器能够给出空间碎片的个数、大小的信息，无法给出空间碎片的方向和速度等信息；电离型探测器能够给出空间碎片质量、速度和成分的信息，也无法给出空间碎片的方向。格栅型探测器能够给出空间碎片个数、大小的信息，无法给出空间碎片的方向和速度等信息；组合型探测器能够给出空间碎片的个数、尺寸、速
度、材料类型等信息，但是PINDROP在碎片尺寸探测范围存在上限，SDS工艺复杂。
技术实现思路
[0010]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种空间碎片的探测装置及方法。
[0011]为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种空间碎片的探测装置，包括第一敏感层、第二敏感层和第三敏感层，其中，
[0012]所述第一敏感层、所述第二敏感层和所述第三敏感层均是由封装后的聚偏氟乙烯压电薄膜和设置于所述聚偏氟乙烯压电薄膜上的声发射传感器组成的，所述第一敏感层、所述第二敏感层和所述第三敏感层间隔预设距离横向排布设置，且所述第一敏感层、所述第二敏感层和所述第三敏感层相互平行。
[0013]可选地，所述声发射传感器为压电陶瓷类型的声发射传感器和压电薄膜类型的声发射传感器中的任一种。
[0014]可选地，所述第一敏感层、所述第二敏感层和所述第三敏感层上设置的声发射传感器均呈四边形定位阵列排布，所述四边形定位阵列的边长小于1m。
[0015]可选地，所述预设距离为10cm～20cm。
[0016]可选地，所述聚偏氟乙烯压电薄膜采用聚酰亚胺薄膜、聚酯薄膜进行封装。
[0017]可选地，所述聚偏氟乙烯压电薄膜采用以聚酰亚胺薄膜和聚酯薄膜为基体的改性聚合物薄膜进行封装。
[0018]可选地，所述环氧树脂薄膜的厚度为50um～100um。
[0019]为了解决上述技术问题，本专利技术实施例还提供了一种空间碎片的探测方法，应用于上述任一项所述的探测装置，所述方法包括：
[0020]当空间碎片依次击穿第一敏感层、第二敏感层和第三敏感层的情况下，获取所述空间碎片击穿所述第一敏感层生成的第一信息、击穿所述第二敏感层生成的第二信息、及击穿所述第三敏感层生成的第三信息；
[0021]基于所述第一信息、所述第二信息和所述第三信息，获取所述空间碎片的飞行速度信息、飞行方向信息、飞行距离信息、所述空间碎片的碎片材质和所述空间碎片的尺寸信息。
[0022]可选地，所述获取所述空间碎片击穿所述第一敏感层生成的第一信息、击穿所述第二敏感层生成的第二信息、及击穿所述第三敏感层生成的第三信息，包括：
[0023]获取所述空间碎片击穿所述第一敏感层的第一时刻、第一穿孔孔径和第一击穿位置，并将所述第一时刻、所述第一穿孔孔径和所述第一击穿位置作为所述第一信息；
[0024]获取所述空间碎片击穿所述第二敏感层的第二时刻、第二穿孔孔径和第二击穿位置，并将所述第二时刻、所述第二穿孔孔径和所述第二击穿位置作为所述第二信息；
[0025]获取所述空间碎片击穿所述第三敏感层的第三时刻、第三穿孔孔径和第三击穿位置，并将所述第三时刻、所述第三穿孔孔径和所述第三击穿位置作为所述第三信息。
[0026]可选地，所述基于所述第一信息、所述第二信息和所述第三信息，获取所述空间碎片的飞行速度信息、飞行方向信息、飞行距离信息、所述空间碎片的碎片材质和所述空间碎片的尺寸信息，包括：
[0027]基于所述第一位置、所述第二位置和所述第三位置，确定所述空间碎片的飞行方向和飞行距离；
[0028]基于所述第一时刻、所述第二时刻、所述第三时刻和所述飞行距离，确定所述空间碎片的飞行速度；
[0029]基于所述第一穿孔孔径、所述第二穿孔孔径、所述第三穿孔孔径和所述空间碎片的飞行速度变化值，确定所述空间碎片的碎片材质；
[0030]基于所述碎片材质对所述飞行速度和所述飞行方向进行修正，得到修正飞行速度和修正飞行方向；
[0031]基于所述第一穿孔孔径、所述修正飞行速度和所述修正飞行方向，确定所述空间碎片的尺寸信息。
[0032]本专利技术与现有技术相比的优点在于：
[0033]本专利技术实施例提供了一种空间碎片的探测装置及方法，该装置包括第一敏感层、第二敏感层和第三敏感层，其中，第一敏感层、第二敏感层和第三敏感层均是由封装后的聚偏氟乙烯压电薄膜和设置于聚偏氟乙烯压电薄膜上的声发射传感器组成的，第一敏感层、第二敏感层和第三敏感层间隔预设距离横向排布设置。本专利技术实施例通过三层PVDF压电薄膜和声发射传感器进行组合，能够给出空间碎片撞击时刻、速度矢量、尺寸和本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种空间碎片的探测装置，其特征在于，所述探测装置包括第一敏感层、第二敏感层和第三敏感层，其中，所述第一敏感层、所述第二敏感层和所述第三敏感层均是由封装后的聚偏氟乙烯压电薄膜和设置于所述聚偏氟乙烯压电薄膜上的声发射传感器组成的，所述第一敏感层、所述第二敏感层和所述第三敏感层间隔预设距离横向排布设置，且所述第一敏感层、所述第二敏感层和所述第三敏感层的相互平行。2.根据权利要求1所述的探测装置，其特征在于，所述声发射传感器为压电陶瓷类型的声发射传感器和压电薄膜类型的声发射传感器中的任一种。3.根据权利要求1所述的探测装置，其特征在于，所述第一敏感层、所述第二敏感层和所述第三敏感层上设置的声发射传感器均呈四边形定位阵列排布，所述四边形定位阵列的边长小于1m。4.根据权利要求1所述的探测装置，其特征在于，所述预设距离为10cm～20cm。5.根据权利要求1所述的探测装置，其特征在于，所述聚偏氟乙烯压电薄膜采用聚酰亚胺薄膜、聚酯薄膜进行封装。6.根据权利要求1所述的探测装置，其特征在于，所述聚偏氟乙烯压电薄膜是采用以聚酰亚胺薄膜和聚酯薄膜为基体的改性聚合物薄膜进行封装。7.根据权利要求6所述的探测装置，其特征在于，所述聚合物薄膜的厚度为50um～100um。8.一种空间碎片的探测方法，应用于权利要求1至7任一项所述的探测装置，其特征在于，所述方法包括：当空间碎片依次击穿第一敏感层、第二敏感层和第三敏感层的情况下，获取所述空间碎片击穿所述第一敏感层生成的第一信息、击穿所述第二敏感层生成的第二信息、及击穿所述第三敏感层生成的第三信息；基于所述第一信息、所述第二信息和所述第三信息，获取所述空间...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘治东，杨志，王晓宇，
申请(专利权)人：航天东方红卫星有限公司，
类型：发明
国别省市：
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