一种基于北斗卫星的MEMS空中电场探测装置的制作方法

本申请涉及空中电场探测，具体为一种基于北斗卫星的mems空中电场探测装置。

背景技术：

1、雷电是影响航天器发射升空安全的主要天气现象之一。当大气中电场强度超过一定量值时，航天器升空可能诱发闪电，闪电的瞬变电压和电流感应到航天器体内，造成设备故障或控制系统失效，导致航天器飞行失控，危及航天器安全，而对空中电场实施有效的监测和分析，是做好航天器发射安全保障的重要途径，目前国内外已存在几种不同的空中电场探测系统，分别采用了不同的探测方式：

2、1.火箭式电场仪，火箭式电场仪使用的是独立的信号收发系统，信号发射和接收自成体系，是将火箭壳体的两相对部分与箭体的其余部分绝缘作为感应电极，利用火箭自身的旋转检测垂直于火箭轴线方向的电场强度。

3、2.双球式电场传感器，双球式电场传感器是由两个相隔一定距离的空心导体球、水平旋转轴、驱动电机及轴承构成，电路和电池分别安装在两个球内，两个导体球分别连接到电流放大器的同相端和反相端。当电机驱动两球以旋转轴为中心旋转时，两球上的电荷交替发生变化形成电流，可以通过这个电流的大小检测电场强度。

4、3.旋片式空中电场传感器，它利用接地金属板对电场的屏蔽作用，使另一金属板上的电荷发生周期性变化形成电流，通过电流的大小来检测电场强度。

5、经实际检验发现前述技术均存在技术缺陷，火箭式电场仪的不足之处是，由于火箭的运动速度较快，对空间各点电场的测量精度相对较低，不能做到电场强度的精确测量；双球式电场传感器垂直于旋转轴的电场分量分别在两球上感应出大小相等、极性相反的电荷，但由于气球的飞行不是匀速运动，方向和速度受空中风速的影响很大，严重影响电场的精确性，因此不能采用计算的方法获得传感器位置；旋片式电场传感器主要由电机带动转子和定子交叉转动，这种电荷感应式电场传感器已经存在很多年了，但是其电机等关键器件远远滞后于该技术的发展，如在高空零下70°以上极低温度环境下，有可能造成电机转动结构冻住，或者转速失灵，从而使探测到电场等数据失真或输出错误数据，高空低温环境下可靠性不高。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本申请提供了一种基于北斗卫星的mems空中电场探测装置，具备更精确的测量地面到高空的电场，高空低温环境也可以正常使用等优点，解决了上述技术问题。

2、为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：一种基于北斗卫星的mems空中电场探测装置，包括盒体，安装于盒体前壁用于密封盒体的盖体，盖体通过螺丝与盒体形成固定连接，安装于盒体顶部用于连接挂接探测气球的挂钩，设置于盒体内侧对盒体内其他设备供电的电池，所述盒体内侧安装用于探测空中电场的探测结构，所述探测结构包括安装在盒体外表面底部的感应电极，所述感应电极线路连接安装于盒体内侧底部的电场测量芯片，所述电场测量芯片与信号处理电路双向通讯连接，信号处理电路与信号放大电路电连接；

3、所述感应电极用于将感应电荷传导至电场测量芯片表面，所述电场测量芯片用于感测电场，把被测电场转化为便于解调的交流信号，信号处理电路用于解调电场芯片的输出信号，并发送至信号放大电路，所述信号放大电路用于对信号处理电路输出的解调信号进行放大；

4、所述盒体内侧还设置将探测结构包裹用于对其保温的保温结构。

5、作为本申请的优选技术方案，所述盒体顶部侧边还固定安装温湿度传感器，所述温湿度传感器尾端穿过盒体位于其内侧，所述盒体内侧还固定安装气压传感器，所述气压传感器一侧位于盒体内侧顶部还固定安装北斗芯片。

6、作为本申请的优选技术方案，所述盒体外侧还设置提升挂钩与盒体稳固性的压力分散结构，所述压力分散结构包括开设于盒体外表面四周的凹槽，所述凹槽内侧嵌合拉绳，所述拉绳以“u”字形从下而上兜住盒体底部，首尾端在盒体顶部与挂钩底部连接。

7、作为本申请的优选技术方案，所述电场测量芯片通过低偏置电流、低偏置电压的轨到轨放大器放大电路。

8、作为本申请的优选技术方案，所述温湿度传感器外表面还包覆防雨罩。

9、作为本申请的优选技术方案，所述保温结构包括安装在盒体内侧的保温盒，所述保温盒相比盒体尺寸呈等比例缩小并嵌合于盒体内侧，所述保温盒后壁开设有契合电池、电场测量芯片、气压传感器和北斗芯片的卡槽，所述保温盒为保温材料，所述保温材料包括保温棉和保温毡。

10、作为本申请的优选技术方案，所述保温结构包括安装在盖体靠近盒体一侧的保温垫，所述保温垫契合于盒体内侧尺寸且二者形成套接，所述保温垫前壁开设与电池、电场测量芯片、气压传感器和北斗芯片契合的槽口。

11、作为本申请的优选技术方案，所述保温结构包括安装在盒体内侧将电池、电场测量芯片、气压传感器和北斗芯片包裹的保温套，所述保温套为“凹”字形，所述保温结构还包括固定安装在盖体靠近盒体一侧的用于插入保温套凹口将盒体内部空间填充的保温塞。

12、与现有技术相比，本申请提供了一种基于北斗卫星的mems空中电场探测装置，具备以下有益效果：

13、1、本申请通过感应电极负责采集空中电场信号，将场强转化为峰值正比于被测电场强度的交流电流信号，在前放电路中实现i-v转换与信号放大，然后传输至电场测量芯片的信号解调电路，电场测量芯片感测电场，达到了更精确的测量底面到高空的电场的有益效果。

14、2、本申请通过将保温套嵌合在盒体内侧从而利用保温套的保温性能对盒体内侧设备进行保温，通过在盖体的后壁安装保温垫，利用保温垫闭合盒体和盖体之间的缝隙，同时保温垫前端的槽口也能有效覆盖盒体内部设备，从而对这些设备进行保温，通过将保温套和保温塞配合二者形成类似活塞的插接模式，将整个盒体内侧填充满，不仅整体包裹盒体内部设备还能有效的提供隔离避免外界低温向盒体内部传递，达到了高空低温环境也可以正常使用的有益效果。

技术特征：

1.一种基于北斗卫星的mems空中电场探测装置，包括盒体(1)，安装于盒体(1)前壁用于密封盒体(1)的盖体(2)，盖体(2)通过螺丝与盒体(1)形成固定连接，安装于盒体(1)顶部用于连接挂接探测气球的挂钩(3)，设置于盒体(1)内侧对盒体内其他设备供电的电池，其特征在于：所述盒体(1)内侧安装用于探测空中电场的探测结构，所述探测结构包括安装在盒体(1)外表面底部的感应电极(4)，所述感应电极(4)线路连接安装于盒体(1)内侧底部的电场测量芯片(5)，所述电场测量芯片(5)与信号处理电路双向通讯连接，信号处理电路与信号放大电路电连接；

2.根据权利要求1所述的一种基于北斗卫星的mems空中电场探测装置，其特征在于：所述盒体(1)顶部侧边还固定安装温湿度传感器(9)，所述温湿度传感器(9)尾端穿过盒体(1)位于其内侧，所述盒体(1)内侧还固定安装气压传感器(10)，所述气压传感器(10)一侧位于盒体(1)内侧顶部还固定安装北斗芯片(11)。

3.根据权利要求2所述的一种基于北斗卫星的mems空中电场探测装置，其特征在于：所述盒体(1)外侧还设置提升挂钩(3)与盒体(1)稳固性的压力分散结构，所述压力分散结构包括开设于盒体(1)外表面四周的凹槽(101)，所述凹槽(101)内侧嵌合拉绳(102)，所述拉绳(102)以“u”字形从下而上兜住盒体(1)底部，首尾端在盒体(1)顶部与挂钩(3)底部连接。

4.根据权利要求2或3所述的一种基于北斗卫星的mems空中电场探测装置，其特征在于：所述电场测量芯片(5)通过低偏置电流、低偏置电压的轨到轨放大器放大电路。

5.根据权利要求4所述的一种基于北斗卫星的mems空中电场探测装置，其特征在于：所述温湿度传感器(9)外表面还包覆防雨罩(901)。

6.根据权利要求1所述的一种基于北斗卫星的mems空中电场探测装置，其特征在于：所述保温结构(6)包括安装在盒体(1)内侧的保温盒(601)，所述保温盒(601)相比盒体(1)尺寸呈等比例缩小并嵌合于盒体(1)内侧，所述保温盒(601)后壁开设有契合电池、电场测量芯片(5)、气压传感器(10)和北斗芯片(11)的卡槽，所述保温盒为保温材料，所述保温材料包括保温棉和保温毡。

7.根据权利要求1所述的一种基于北斗卫星的mems空中电场探测装置，其特征在于：所述保温结构(7)包括安装在盖体(2)靠近盒体(1)一侧的保温垫(701)，所述保温垫(701)契合于盒体(1)内侧尺寸且二者形成套接，所述保温垫(701)前壁开设与电池、电场测量芯片(5)、气压传感器(10)和北斗芯片(11)契合的槽口。

8.根据权利要求1所述的一种基于北斗卫星的mems空中电场探测装置，其特征在于：所述保温结构(8)包括安装在盒体(1)内侧将电池、电场测量芯片(5)、气压传感器(10)和北斗芯片(11)包裹的保温套(801)，所述保温套(801)为“凹”字形，所述保温结构(8)还包括固定安装在盖体(2)靠近盒体(1)一侧的用于插入保温套(801)凹口将盒体(1)内部空间填充的保温塞(802)。

技术总结
本申请涉及空中电场探测技术领域，且公开了一种基于北斗卫星的MEMS空中电场探测装置，包括盒体，设置于盒体内侧对盒体内其他设备供电的电池，所述盒体内侧安装用于探测空中电场的探测结构。本申请通过将保温套嵌合在盒体内侧从而利用保温套的保温性能对盒体内侧设备进行保温，通过在盖体的后壁安装保温垫，利用保温垫闭合盒体和盖体之间的缝隙，同时保温垫前端的槽口也能有效覆盖盒体内部设备，从而对这些设备进行保温，通过将保温套和保温塞配合二者形成类似活塞的插接模式，将整个盒体内侧填充满，不仅整体包裹盒体内部设备还能有效的提供隔离避免外界低温向盒体内部传递，达到了高空低温环境也可以正常使用的有益效果。

技术研发人员：严辉,张晓杰,王江伟,杨道勇,张滢,施萧
受保护的技术使用者：中科星图维天信科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15