专利名称：一种监测航天器表面电位振动电容式传感器的布置与优化方法
技术领域：
本发明涉及一种监测航天器表面电位振动电容式传感器的布置与优化方法，属于抗辐射加固技术领域。
背景技术：
地磁亚暴的高能电子给绝缘航天器表面充电直至电击穿，放电产生的大电流会降低热控表面的性能，引起表面污染，感应电压脉冲进入电路系统。地球同步轨道卫星电路系统异常包括元器件无命令电子开关到整个系统的失败都归因于航天器充电。采用振荡电容式静电场感应探针测量航天器表面充电电位，探测的是微弱信号，要实现足够精度和分辨率，需要一个输出很大( 20kV)的伺服放大器，这受到载荷质量和功率的限制，是不可行的。航天器上搭载过的表面电位监测器，采用输入电极与被测介质接触的传感器都会改变该感应电极所收集电子、离子的电荷量，使测量不准确。而振动电容式静电计具有不改变被测表面电位分布的特点，但是用于航天器表面充电电位测量的静电计，由于要求低功耗、轻重量，使许多静电计的使用受到限制，因此需要专用的航天器表面电位传感器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种监测航天器表面电位振动电容式传感器的布置与优化方法，所述方法有效地降低设计成本，采用所述方法设计的振动电容式表面电位监测传感器，克服了以往表面电位监测过程会影响到介质充电电荷量的缺点，同时降低了传感器的质量和功耗，便于空间搭载实时监测航天器表面充电电位。本发明的目的由以下技术方案实现—种监测航天器表面电位振动电容式传感器的布置与优化方法，所述方法步骤如下( I)传感器的几何结构布置所述传感器包括电荷收集板、接地壳体、补偿电极、接地电极、感应电极和绝缘材料；其中，所述接地壳体为底端封闭、上端中心开孔的圆柱状壳体；补偿电极和接地电极均为中心开孔的圆形电极，补偿电极和接地电极的外径与接地壳体的圆柱体内径相配合；感应电极为圆形电极；绝缘材料为环形，内径大于接地壳体中间开孔直径；接地壳体内部由上往下依次布置补偿电极、接地电极和感应电极；圆形电荷收集板置于接地壳体上方，且通过绝缘材料与接地壳体电隔离；所述传感器为轴对称结构；所述电荷收集板为无限薄的航天器表面常用的介质材料； 所述接地壳体材料为厚0. 2mm的铝；所述传感器的结构参数如下接地壳体的直径为D1、高为h ;接地壳体上端开孔的孔径为D2，与电荷收集板的距离为Cl1 ;补偿电极的孔径为D3，与电荷收集板的距离为d2 ;接地电极的孔径为D4，与电荷收集板的距离为d3 ;感应电极的直径为D4 ;电荷收集板的直径为D1 ;其中，D2 < D3 < D4 ；(2)建立计算模型以电荷收集板中心为原点，以传感器中心轴线为Z轴，建立柱坐标系；传感器内部
电位满足电位拉普拉斯方程，由于传感器采用轴对称结构，所以方程形式为
权利要求
1.一种监测航天器表面电位振动电容式传感器的布局结构，其特征在于所述传感器包括电荷收集板(1-1)、接地壳体(1-2)、补偿电极(1-3)、接地电极(1-4)、感应电极 (1-5)和绝缘材料(1-6 );其中，所述接地壳体(1-2 )为底端封闭、上端中心开孔的圆柱状壳体；补偿电极(1-3)和接地电极(1-4)均为中心开孔的圆形电极，补偿电极(1-3)和接地电极(1-4)的外径与接地壳体(1-2)的圆柱体内径相配合；感应电极(1-5)为圆形电极；绝缘材料(1-6)为环形，内径大于接地壳体(1-2)中间开孔直径；接地壳体(1-2)内部由上往下依次布置补偿电极(1-3)、接地电极(1-4)和感应电极(1-5);圆形电荷收集板(1-1)置于接地壳体(1-2)上方，且通过绝缘材料(1-6)与接地壳体(1-2)电隔离；所述传感器为轴对称结构；所述传感器的结构参数如下接地壳体(1-2)的直径为D1、高为h ;接地壳体(1-2)上端开孔的孔径为D2，与电荷收集板(1-1)的距离为Cl1 ;补偿电极(1-3)的孔径为D3，与电荷收集板(1-1)的距离为d2 ;接地电极(1-4)的孔径为D4，与电荷收集板(1-1)的距离为d3 ;感应电极(1-5)的直径为D4 ;电荷收集板(1-1)的直径为D1 ;其中，D2 < D3 < D4。
2.根据权利要求1所述的一种监测航天器表面电位振动电容式传感器的布局结构，其特征在于所述电荷收集板(1-1)为无限薄的航天器表面常用的介质材料。
3.根据权利要求1所述的一种监测航天器表面电位振动电容式传感器的布局结构，其特征在于所述接地壳体(1-2)材料为厚O. 2mm的铝。
4.一种如权利要求1所述监测航天器表面电位振动电容式传感器的优化方法，其特征在于以电荷收集板(1-1)中心为原点，以传感器中心轴线为Z轴，建立柱坐标系；传感器内部电位满足电位拉普拉斯方程，由于传感器采用轴对称结构，所以方程形式为
全文摘要
本发明公开了一种监测航天器表面电位振动电容式传感器的布置与优化方法，属于抗辐射加固技术领域。所述方法步骤如下(1)传感器的几何结构布置，所述传感器包括电荷收集板、接地壳体、补偿电极、接地电极、感应电极和绝缘材料；(2)建立计算模型；(3)通过仿真计算选取传感器的几何参数，实现利用+10V电压调制-2000V电压。所述方法有效地降低设计成本，采用所述方法设计的振动电容式表面电位监测传感器，克服了以往表面电位监测过程会影响到介质充电电荷量的缺点，同时降低了传感器的质量和功耗，便于空间搭载实时监测航天器表面充电电位。
文档编号G01R15/16GK103018518SQ201210491979
公开日2013年4月3日 申请日期2012年11月27日 优先权日2012年11月27日
发明者石红, 杨生胜, 王鹢, 薛玉雄, 田立成, 颜则东, 马亚莉, 杨青, 安恒, 庄建宏 申请人:中国航天科技集团公司第五研究院第五一〇研究所