一种电荷管理的电极笼

1.本发明涉及电荷管理，具体为一种电荷管理的电极笼，属于空间引力波探测技术领域。


背景技术：

2.在广义相对论中，时空几何并不仅仅是物体运动的背景，它有着自身的动力学内涵，描述引力源所产生的引力场，引力波的探测不仅仅是对广义相对论正确性的检验，同时也为人类提供了一条探索宇宙早期至今其中高能动力学过程的途径，地面探测器对引力波的首次直接探测预示着人类已经可以开始通过探测引力波来探索致密和高能天体物理过程在空间引力波探测中，卫星的主载荷为一到两个惯性参考金属物体(检验质量)，作为惯性参考基准，要求检验质量受到的非保守力必须尽可能小，其轨迹尽可能沿着测地线运动，带电的检验质量将受到行星际磁场的洛伦兹力和周围电极笼上电极库仑力的干扰，电荷管理系统的基本功能是减少检验质量中的电荷量，从而减少因杂散力而引起的加速度噪声，为了满足引力波探测需求，需要保证检验质量的电荷累积在10-12c量级或以下，需要对检验质量的电荷累积进行精确测量与控制；
3.在国内，空间引力波探测虽然经过十余年的发展，但很大程度只停留在理论研究，硬件的开发是近几年才开始，电荷管理作为惯性传感器的一个子系统，在国内的研发还是处于一个起步阶段，目前华中科技大学，中科院空间中心都有开展相关工作，目前都只限于地面原理实验验证，电荷管理的在轨性能目前还没有得到很好的验证，低压汞灯是20世纪初的一项技术，已被用于gp-b和lisa pathfinder(2015)，此外ligo的测试镜的电荷管理也用到了汞灯，但是这些射频激发汞蒸汽灯具有启动响应慢、动态范围有限、对温度变化敏感、寿命有限等缺点，此外，它们还是射频干扰(rfi)和电磁干扰(emi)的重要来源，它们的玻璃灯泡往往很脆弱。


技术实现要素：

4.本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种电荷管理的电极笼。
5.本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种电荷管理的电极笼，包括：
6.立方体腔，所述立方体腔的顶部设置有上极板，所述立方体腔的底部设置有下极板，所述立方体腔的外侧设置有侧面极板；
7.led灯，所述led灯设置在立方体腔的两个对角以及侧面，所述立方体腔的另外两个对角以及侧面均设置有深紫外光电二极管，所述立方体腔的四条侧棱上安装两个led灯和两个深紫外光电二极管，所有灯轴线都呈四十五度夹角。
8.优选的，所述立方体腔的顶部开设有安装槽，所述安装槽与上极板的尺寸对应相同。
9.优选的，所述立方体腔的底部开设有定位槽，所述定位槽与下极板的尺寸对应相同。
10.优选的，所述立方体腔的外侧设置有放置槽，所述放置槽与侧面极板的尺寸对应相同，所述侧面极板的外侧设置有导电铜柱，所述侧面极板的内侧嵌设有固定片。
11.优选的，所述立方体腔内部顶部的中心位置设置有第一上绝缘套，所述立方体腔内部底部的中心位置设置有第一下绝缘套。
12.优选的，所述立方体腔内部的空腔中设置有质量块，所述质量块的顶部与第一上绝缘套相贴合，所述质量块的底部与第一下绝缘套相贴合。
13.优选的，所述上极板底部的中心位置设置有导线，所述上极板顶部的中心位置设置有接触电极固定套。
14.优选的，所述接触电极固定套的顶部设置有第二上绝缘套，所述第二上绝缘套的顶部设置有弹簧针。
15.优选的，所述下极板的顶部设置有钛合金支柱。
16.优选的，所述钛合金支柱的顶部设置有绝缘镀层，所述绝缘镀层的顶部设置有第二下绝缘套。
17.本发明的有益效果是：其一、电荷管理作为惯性传感器的一个子系统，在国内的研发还是处于一个起步阶段，目前华中科技大学，中科院空间中心都有开展相关工作，目前都只限于地面原理实验验证，电荷管理的在轨性能目前还没有得到很好的验证，通过电荷管理小卫星可以在轨验证紫外灯放电的放电功能，在功能层面验证放电机制，提高相关器件的技术成熟度，为后续惯性传感器的电荷管理研发积累工程经验和基础。
18.其二、本任务实验是国际首次基于空间引力波探测任务使用的立方形惯性传感器针对uv-led光源高频交变电荷管理技术进行在轨验证，与未来我国和国际空间引力波探测任务的高精度电荷管理关键技术具有高度的相关性和继承性，将为我国未来惯性传感器的电荷管理系统提供重要的工程和技术基础，提高电荷管理技术的技术成熟度。
19.其三、其中微小卫星由于体积，重量以致系统复杂程度远低于大型型号卫星，加上研发周期较短，费用相对低廉，使得大学和企业也能参与相关卫星任务的研发，商业航天的崛起，发射成本也同时大幅下降，总体结构为1.196kg，质量块的质量为435.2g，整体结构较轻，体积质量小。
附图说明
20.图1为本发明电极笼整体结构示意图；
21.图2为本发明立方体腔一体式结构示意图；
22.图3为本发明整体内部结构剖视图；
23.图4为本发明侧面极板和电极装配结构示意图；
24.图5为本发明上极板结构仰视图；
25.图6为本发明上极板结构侧视图；
26.图7为本发明下极板结构仰视图；
27.图8为本发明下极板结构侧视图。
28.图中：1、led灯；2、立方体腔；3、深紫外光电二极管；4、导电铜柱；5、第二下绝缘套；6、第一上绝缘套；7、质量块；8、固定片；9、第一下绝缘套；10、侧面极板；11、上极板；12、接触电极固定套；13、导线；14、第二上绝缘套；15、弹簧针；16、下极板；17、钛合金支柱；18、绝缘
7.5μm，立方体检验质量用4个钛合金实心顶针和2个钛合金空心圆柱形屏蔽套管固定锁紧；
43.上极板11底部的中心位置设置有导线13，上极板11顶部的中心位置设置有接触电极固定套12；
44.接触电极固定套12的顶部设置有第二上绝缘套14，第二上绝缘套14的顶部设置有弹簧针15；
45.下极板16的顶部设置有钛合金支柱17；
46.钛合金支柱17的顶部设置有绝缘镀层18，绝缘镀层18的顶部设置有第二下绝缘套5；
47.led灯1，led灯1设置在立方体腔2的两个对角以及侧面，立方体腔2的另外两个对角以及侧面均设置有深紫外光电二极管3；
48.采用新型的uvled灯1，与汞灯相比，基于uv led灯1的电荷管理系统具有体积小、重量轻、功耗低等优点，分布于电机笼对角以及侧面，利用新的材料和构型，在自重较低的条件下实现较大的承载力，减少台体自重对飞行器模拟时产生的转动惯量的影响，延长实验时间；
49.深紫外光电二极管3用于对uv led灯1的光功率相对强度进行实时监测，分布于电机笼两个对角和侧面，能够达到对于光功率的多角度测量，提高多对于uv led灯1的实时数据；
50.载荷主体的尺寸和电极尺寸及分布参考的是lpf和lisa惯性传感器的尺寸设计，在电极笼的4个顶角上分别安装2个led灯1和2个深紫外光电二极管3(紫外传感器)，所有led灯1和深紫外光电二极管3(紫外传感器)的轴线方向与x、y面都呈45
°
夹角，与z面呈30
°
夹角，在电极笼的4个侧面也4个led灯1，所有led灯1和深紫外光电二极管3(紫外传感器)的轴线方向都垂直于各自对应的检验质量表面，4条侧棱上安装2个led灯1和2个深紫外光电二极管3，所有灯轴线平行于z面，与x、y面都呈45
°
夹角；
51.如图4所示，主要展示了电机笼侧面四个偏置电极，其中石英玻璃和侧面极板10采用镶嵌式安装，为啦保证石英玻璃避免应力太大产生破碎，设计了三种偏置电极，其中镂空的立方体腔2和安装其上的偏置电极共同构成电极笼，在电极笼侧面上总共安装十四个偏执电极(
±
x面共八个电极，
±
y面共六个电极，每个面上的电极用导电铜柱4相连，共同构成一个大的偏置电极)将偏置电极镶嵌在立方体腔2内，采用螺钉连接固定；
52.如图5-6所示，由弹簧针15和第二上绝缘套14装配，第二上绝缘套14和接触电极固定套12装配，然后弹簧针15和导线13连接，引出外部接，上极板11主要确保和检验质量装配稳定，并且利用弹簧针15和检验质量相接触，检测表面电荷；
53.如图7-8所示，其中有4个用直径为3mm的钛合金制作的实心顶针，和4个内径为4mm、外径为7mm，厚度为3mmultem1000制作的空心圆柱形屏蔽套管固定锁紧检验质量，中部的第二下绝缘套5采用ultem1000绝缘材料，目的是和检验质量达到绝缘的效果，避免检验质量和电机笼导电。
54.本发明在使用时；
55.如图1-2所示，在电极笼的四个顶角上分别安装两个led灯1和两个深紫外光电二极管3，经过反射，偏置电极表面被照亮，深紫外光电二极管3用于对uvled灯1的光功率相对强度进行实时监测，导电铜柱4和偏置电极连接，提供
±
5v的电压；
56.如图3-8所示，检验质量(tm)从侧面放置进电极笼，屏蔽套管屏蔽偏执电压产生的电场，降低环境电场对弹簧连接器中微小电信号的干扰，利用弹簧针15和检验质量相接触，检测表面电荷。
57.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。