一种利用电子偏转法测量卫星表面电位的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种利用电子偏转法测量卫星表面电位的装置及方法，该装置安装在卫星表面，所述装置包括电子枪、准直器、位置灵敏传感器、信号采集模块、位置计算模块和卫星表面电位计算模块；所述电子枪用于发射电子束；所述准直器用于对电子束进行聚焦、准直；所述位置灵敏传感器用于输出电子束受到卫星表面电位U的作用下发生偏转后，到达传感器不同位置的电流信号；所述信号采集模块用于采集位置灵敏传感器输出电流信号；所述位置计算模块用于根据采集的电流信号，计算出电子束偏离位置灵敏传感器的中心法线的距离；所述卫星表面电位计算模块用于根据电子束偏离位置灵敏传感器的中心法线的距离计算卫星表面电位。心法线的距离计算卫星表面电位。心法线的距离计算卫星表面电位。

【技术实现步骤摘要】
一种利用电子偏转法测量卫星表面电位的装置及方法


[0001]本专利技术涉及航天领域，具体涉及一种利用电子偏转法测量卫星表面电位的装置及方法。

技术介绍

[0002]卫星表面电位是卫星在轨工作的一个关键参数，它的变化反映了空间环境对卫星的影响，是评估卫星安全的重要依据。当卫星表面电位过高，或者卫星局部表面电位过高时，则会存在发生放电的安全风险。因此，卫星在轨工作期间，需要时刻监测其表面电位的变化。
[0003]目前，卫星表面电位的探测方法大致包括电容分压测量原理和感应电容测量原理。
[0004]电容分压测量原理是利用电容分压直接测量卫星表面的电压，其原理如图1所示。利用石英玻璃材料模拟卫星外表面，通过测量分压电容上的压降，通过计算得到石英玻璃材料的外表面电压，从而等效获得卫星表面电位。该测量方法实际为等效测量，获得的表面电位不完全是卫星表面的真实电位。
[0005]感应电容测量原理是利用一个可振动的金属片电极，在振荡器的驱动下，金属片电极与被测带电体之间的电容发生周期性变化，从而在金属片电极上感应出一个周期性变化的电位信号。其原理如图2所示，该方法的被测表面一般也是利用已知的卫星表面材料制作，而不是直接将卫星表面作为被测表面。
[0006]相对于具有一定面积的卫星表面来说，上述两种方法仅测量了卫星表面上的“点”电位，不能完全反映卫星的整体表面电位。因此，需要一种能够不改变待测表面状态的，可实现“面”测量卫星表面电位的方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服上述技术问题，基于电子偏转的原理，提出了一种新的测量卫星表面电位的装置及方法。
[0008]为实现上述目的，本专利技术的实施例1提出了一种利用电子偏转法测量卫星表面电位的装置，该装置安装在卫星表面，所述装置包括电子枪、准直器、位置灵敏传感器、信号采集模块、位置计算模块和卫星表面电位计算模块；
[0009]所述电子枪，用于发射电子束；电子束的发射方向与位置灵敏传感器的中心法线方向一致；
[0010]所述准直器，用于对电子束进行聚焦、准直；
[0011]所述位置灵敏传感器，用于输出电子束受到卫星表面电位U的作用下发生偏转后，到达传感器不同位置的电流信号；
[0012]所述信号采集模块，用于采集位置灵敏传感器输出电流信号；
[0013]所述位置计算模块，用于根据采集的电流信号，计算出电子束偏离位置灵敏传感
器的中心法线的距离d；
[0014]所述卫星表面电位计算模块，用于根据电子束偏离位置灵敏传感器的中心法线的距离计算卫星表面电位。
[0015]作为上述装置的一种改进，所述装置还包括逻辑控制模块，用于控制电子枪的发射，控制各模块的工作时序。
[0016]作为上述装置的一种改进，所述卫星表面电位计算模块的输出为卫星表面电位U：
[0017][0018]其中，q是电子电荷，L为电子束发射初始位置与位置灵敏传感器之间的距离，m为电子质量，v0为电子发射的初始速度，D为位置灵敏传感器边缘距卫星表面的距离。
[0019]作为上述装置的一种改进，所述电子束发射初始位置与位置灵敏传感器之间的距离L可调节，用于实现对不同面积卫星的卫星表面电位的测量。
[0020]基于上述装置，本专利技术的实施例2提出了一种利用电子偏转法测量卫星表面电位的方法，所述方法包括：
[0021]步骤1)所述电子枪以初始速度v0发射电子束；
[0022]步骤2)电子束通过准直器后，会在卫星表面电位U的作用下发生偏转，并到达位置灵敏传感器上，输出电流信号；
[0023]步骤3)所述信号采集模块采集位置灵敏传感器输出电流信号；所述位置计算模块根据采集的电流信号，计算电子束偏离位置灵敏传感器的中心法线的距离d；
[0024]步骤4)所述卫星表面电位计算模块根据电子束偏离位置灵敏传感器的中心法线的距离d，计算卫星表面电位U：
[0025][0026]其中，q是电子电荷，L为电子束发射初始位置与位置灵敏传感器之间的距离，m为电子质量，v0为电子发射的初始速度，D为位置灵敏传感器边缘距卫星表面的距离。
[0027]本专利技术的优势在于：
[0028]1、本专利技术的装置为非接触、在不改变卫星表面状态的情况下，实现对卫星表面电位的整体测量；
[0029]2、本专利技术的装置重量轻，功耗小，可通过调节适应不同的待测卫星表面；
[0030]3、本专利技术的装置在实际应用中，需要考虑空间电磁场的影响，并在数据计算中予以剔除；
[0031]4、本专利技术首次提出利用电子偏转的原理，测量卫星表面电位。
附图说明
[0032]图1为电容分压测量原理图；
[0033]图2为感应电容测量原理图
[0034]图3为本专利技术的利用电子偏转法测量卫星表面电位的装置的框图；
[0035]图4为本专利技术的装置的工作原理图。
具体实施方式
[0036]下面结合附图对本专利技术的技术方案进行详细的说明。
[0037]如图3所示，本专利技术的实施例1提出了一种利用电子偏转法测量卫星表面电位的装置，该装置安装在卫星表面，所述装置包括电子枪、准直器、位置灵敏传感器、信号采集模块、位置计算模块、卫星表面电位计算模块和逻辑控制模块；
[0038]所述电子枪，用于发射电子束；电子束的发射方向与位置灵敏传感器的中心法线方向一致；
[0039]所述准直器，用于对电子束进行聚焦、准直；
[0040]所述位置灵敏传感器，用于输出电子束受到卫星表面电位U的作用下发生偏转后，到达传感器不同位置的电流信号；
[0041]所述信号采集模块，用于采集位置灵敏传感器输出电流信号；
[0042]所述位置计算模块，用于根据采集的电流信号，计算出电子束偏离位置灵敏传感器的中心法线的距离d；
[0043]所述卫星表面电位计算模块，用于根据电子束偏离位置灵敏传感器的中心法线的距离计算卫星表面电位。
[0044]所述逻辑控制模块，用于控制传感器信号的采集、表面电位计算模块的逻辑以及电子枪的工作。
[0045]电子发射初始位置与位置灵敏传感器之间的距离设定为L。L值可根据待测卫星表面的大小，进行调整。位置灵敏传感器边缘距卫星表面的距离为D。电子枪发射电子的初始方向与位置灵敏传感器的中心法线方向一致。
[0046]该装置的工作原理如图4所示，电子枪发生的电子束，通过准直器进行聚焦、准直。之后，发射的电子受到卫星表面电位U的作用，会发生偏转。卫星表面电位为负，电子会向a1点方向偏转；卫星表面电位为正，电子会向a2点方向偏转。
[0047]本专利技术的实施例2提出了一种利用电子偏转法测量卫星表面电位的方法，包括：
[0048]电子发射的初始速度为v0，由于已知距离L，可得到电子从发射到达位置灵敏传感器的飞行时间t为：
[0049][0050]设定卫星表面电位U为负，电子偏转至a1点，通过位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用电子偏转法测量卫星表面电位的装置，该装置安装在卫星表面，其特征在于，所述装置包括电子枪、准直器、位置灵敏传感器、信号采集模块、位置计算模块和卫星表面电位计算模块；所述电子枪，用于发射电子束；电子束的发射方向与位置灵敏传感器的中心法线方向一致；所述准直器，用于对电子束进行聚焦、准直；所述位置灵敏传感器，用于输出电子束受到卫星表面电位U的作用下发生偏转后，到达传感器不同位置的电流信号；所述信号采集模块，用于采集位置灵敏传感器输出电流信号；所述位置计算模块，用于根据采集的电流信号，计算出电子束偏离位置灵敏传感器的中心法线的距离d；所述卫星表面电位计算模块，用于根据电子束偏离位置灵敏传感器的中心法线的距离计算卫星表面电位。2.根据权利要求1所述的利用电子偏转法测量卫星表面电位的装置，其特征在于，所述装置还包括逻辑控制模块，用于控制电子枪的发射，控制各模块的工作时序。3.根据权利要求1或2所述的利用电子偏转法测量卫星表面电位的装置，其特征在于，所述卫星表面电位计算模块的输出为卫星表面电位U：其中，q是电子电荷，L为电子束发射...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘超，关燚炳，张爱兵，孙越强，孔令高，郑香脂，丁建京，田峥，王文静，
申请(专利权)人：中国科学院国家空间科学中心，
类型：发明
国别省市：