專利名稱：一種靜電放電脈沖耦合效應(yīng)的在軌監(jiān)測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星充放電后釋放的電磁脈沖在衛(wèi)星母線中耦合形成的瞬態(tài)脈沖的測(cè)量，具體涉及一種靜電放電脈沖耦合效應(yīng)的在軌監(jiān)測(cè)裝置，屬于測(cè)試領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
空間輻射環(huán)境中，高能粒子、等離子體容易在航天器外圍的介質(zhì)材料內(nèi)部或者穿過航天器屏蔽層在其內(nèi)部的介質(zhì)材料上沉積。當(dāng)這些介質(zhì)材料表面與周圍其他部件電位差或者沉積電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)超過一定閾值時(shí)會(huì)發(fā)生放電現(xiàn)象。放電產(chǎn)生電磁脈沖信號(hào)會(huì)干擾衛(wèi)星敏感電子系統(tǒng)，導(dǎo)致航天器在軌工作異常。對(duì)各類航天器的異常事故所作的統(tǒng)計(jì)分析表明，部分事故與電磁脈沖干擾有關(guān)。航天器靜電放電有其自身特殊性，一方面放電瞬時(shí)釋放出大量電荷而形成寄生電流沖擊電源系統(tǒng)；另外放電同時(shí)釋放出電磁脈沖透過航天器壁殼的縫隙或耦合進(jìn)外露的導(dǎo)線從而干擾航天器的電子設(shè)備。航天器充放電釋放的電磁脈沖可以耦合進(jìn)導(dǎo)線中，對(duì)衛(wèi)星造成潛在威脅。因此需要測(cè)量航天器太陽(yáng)電池陣母線電流或其他敏感部位耦合電流表征航天器靜電放電效應(yīng)對(duì)母線電流的沖擊效應(yīng)，監(jiān)測(cè)這種耦合效應(yīng)可以了解和掌握航天器太陽(yáng)電池陣放電的概率和程度。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)航天器靜電放電沖擊電源系統(tǒng)、干擾航天器的電子設(shè)備的問題，本發(fā)明的目的在于提供了一種靜電放電脈沖耦合效應(yīng)的在軌監(jiān)測(cè)裝置，從而了解和掌握航天器太陽(yáng)電池陣放電的概率和程度。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下—種靜電放電脈沖耦合效應(yīng)的在軌監(jiān)測(cè)裝置，所述裝置包括盒體、上蓋板、 Rogowski線圈、衛(wèi)星母線、信號(hào)采集線、取樣電阻；其中盒體為上表面開口、下表面封底的長(zhǎng)方體或正方體，上蓋板與盒體上下表面的尺寸相同；盒體的一個(gè)側(cè)壁開有兩個(gè)尺寸相同的通孔；在上蓋板中心和盒體下表面中心均開有通孔；Rogowski線圈位于盒體內(nèi)部中間位置，Rogowski線圈的高度低于盒體高度 3-5mm, Rogowski線圈與盒體四壁的空隙中填充硅橡膠；衛(wèi)星母線依次垂直通過上蓋板中心的通孔、Rogowski線圈中心與盒體中心的通孔；上蓋板與盒體可拆卸固連；Rogowski線圈有兩個(gè)出線端，兩個(gè)出線端各與一根信號(hào)采集線連接，Rogowski線圈的兩個(gè)出線端還與取樣電阻兩端連接。一種靜電放電脈沖耦合效應(yīng)的在軌監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括盒體、上蓋板、 Rogowski線圈、衛(wèi)星母線、信號(hào)采集線、取樣電阻和測(cè)試電路；其中盒體為上表面開口、下表面封底的長(zhǎng)方體或正方體，上蓋板與盒體上下表面的尺寸相同；盒體的一個(gè)側(cè)壁開有兩個(gè)尺寸相同的通孔；在上蓋板中心和盒體下表面中心均開有通孔；Rogowski線圈位于盒體內(nèi)部中間位置，Rogowski線圈的高度低于盒體高度 3-5mm, Rogowski線圈與盒體四壁的空隙中填充硅橡膠；衛(wèi)星母線依次垂直通過上蓋板中心的通孔、Rogowski線圈中心與盒體中心的通孔；上蓋板與盒體可拆卸固連；Rogowski線圈有兩個(gè)出線端，兩個(gè)出線端各與一根信號(hào)采集線連接，兩根信號(hào)采集線分別穿過盒體側(cè)壁的通孔與測(cè)試電路連接，兩根信號(hào)采集線與測(cè)試電路組成回路； Rogowski線圈的兩個(gè)出線端還與取樣電阻兩端連接；測(cè)試電路，用于記錄流過取樣電阻的電流，得到感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e(t)，通過對(duì)e(t)進(jìn)行積分計(jì)算得到流經(jīng)Rogowski線圈的感應(yīng)電流的大小。其中，Rogowski線圈為截面為矩形的環(huán)形骨架，根據(jù)靜電放電在衛(wèi)星母線中的耦合電流為幾十安培，確定合適的Rogowski線圈的合適尺寸為線圈繞組匝數(shù)N為4200匝，環(huán)形骨架外徑Ra為19mm，環(huán)形骨架內(nèi)徑Rb為10mm，環(huán)形骨架的高度h為15mm;盒體的長(zhǎng)寬高尺寸為20_\20_父16_，厚0. 5mm ；上蓋板的尺寸為20_X20mm， 厚0. 5mm，盒體和上蓋板的材料均為聚四氟乙烯。有益效果本發(fā)明采用Rogowski線圈連接測(cè)量電路，可對(duì)航天器靜電放電脈沖耦合效應(yīng)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，為航天器安全運(yùn)行提供保障，為航天器在軌維護(hù)提供信息。本發(fā)明簡(jiǎn)單易行、 可靠性高，可作為對(duì)航天器靜電放電脈沖耦合效應(yīng)監(jiān)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。其中Rogowski線圈響應(yīng)頻帶寬，易于以數(shù)字量輸出，可廣泛用于靜電放電脈沖耦合效應(yīng)的在軌監(jiān)測(cè)。


圖1為本發(fā)明所述靜電放電脈沖耦合效應(yīng)的在軌監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為Rogowski線圈的結(jié)構(gòu)示意圖；其中圖2(a)為Rogowski線圈的外觀圖；圖2(b)為Rogowski線圈的縱剖面的結(jié)構(gòu)示意3為Rogowski線圈等效電路圖；其中，1-盒體、2-上蓋板、3-Rogowski線圈、4_信號(hào)采集線、5_衛(wèi)星母線。
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施例來詳細(xì)描述本發(fā)明實(shí)施例如圖1所示的一種靜電放電脈沖耦合效應(yīng)的在軌監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括盒體1、 上蓋板2、Rogowski線圈3、衛(wèi)星母線5、信號(hào)采集線4、取樣電阻和測(cè)試電路；其中盒體1為上表面開口、下表面封底的長(zhǎng)方體或正方體，上蓋板2與盒體1上下表面的尺寸相同；盒體1的一個(gè)側(cè)壁開有兩個(gè)尺寸相同的通孔；Rogowski線圈3位于盒體1內(nèi)部中間位置，上蓋板2與盒體1可拆卸固連；衛(wèi)星母線5依次垂直通過上蓋板2、Rogowski線圈3與盒體1中心中心的孔；Rogowski線圈3與
5盒體1四壁的空隙中填充硅橡膠，起防震和穩(wěn)定的作用；盒體1作為Rogowski線圈3的支撐件；線圈3有兩個(gè)出線端，兩個(gè)出線端各與一根信號(hào)采集線4連接，兩根信號(hào)采集線 4分別穿過盒體側(cè)壁的通孔與測(cè)試電路連接，一根信號(hào)采集線與測(cè)試電路的輸入端相連， 另一根信號(hào)采集線與測(cè)試電路的輸出端相連，兩根信號(hào)采集線4與測(cè)試電路組成回路; Rogowski線圈3的兩個(gè)出線端還與取樣電阻兩端連接；其中，如圖2所示，Rogowski線圈3的結(jié)構(gòu)為一個(gè)均勻纏繞導(dǎo)線的矩形或圓形的非磁性骨架，被測(cè)導(dǎo)線垂直穿過線圈平面。Rogowski線圈測(cè)量電流的基本原理是安培環(huán)路定理。任何一個(gè)隨時(shí)間變化的電流在其周圍都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)變化的磁場(chǎng)。測(cè)量時(shí)Rogowski線圈圍繞在被測(cè)電流的周圍，被測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)將在線圈的兩個(gè)出線端感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。通過對(duì)Rogowski線圈兩個(gè)出線端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)積分便能夠得到被測(cè)電流i (t)。由于矩形截面的線圈易于參數(shù)計(jì)算和材料加工，所以本發(fā)明的Rogowski線圈骨架都采用矩形截面。由法拉第電磁感應(yīng)定律，Rogowski線圈兩個(gè)出線端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為
‘ *·、++■ , —·、. .. ι ,-；,-.ei ) = 二 = = ^^上―V —⑴式(1)中N為Rogowski線圈上的繞組匝數(shù)、Ιζ為環(huán)形骨架外徑，Rb為環(huán)形骨架內(nèi)
Ll^Xh P.
徑，h為環(huán)形骨架的高度、μ ^為真空磁導(dǎo)率，取乂 - :.、 二+丨+f +為互感系數(shù)。當(dāng)Rogowski
. K
線圈種類確定時(shí)，骨架的截面尺寸、高度、線圈匝數(shù)、導(dǎo)線規(guī)格都是不變的，M的值為固定不變的。對(duì)于式(1)等號(hào)兩邊取積分得,3· ‘) . :J ui t -CU(2)即通過對(duì)Rogowski線圈兩個(gè)出線端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)積分便能夠得到被測(cè)電流 ip(t)。為了測(cè)量Rogowski線圈兩個(gè)出線端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e(t)，一般在輸出端接上一個(gè)取樣電阻，本發(fā)明中該取樣電阻選用50Ω的電阻。通過測(cè)量電路記錄流過取樣電阻的電流， 得到感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e(t)，通過對(duì)e(t)進(jìn)行積分計(jì)算就能夠得到流經(jīng)線圈的感應(yīng)電流的大小。 其測(cè)量的簡(jiǎn)單電路模型如圖3所示，其中Ltl為線圈自感、R0為線圈電阻、C0為線圈雜散電容，Rs為取樣電阻；當(dāng)衛(wèi)星母線中有電流通過時(shí)，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流i (t)經(jīng)過線圈自感Ltl、線圈電阻Rtl后，同時(shí)經(jīng)過線圈雜散電容Ctl和取樣電阻Rs。下面對(duì)采用上述靜電放電脈沖耦合效應(yīng)的在軌監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)過程進(jìn)行描述，具體步驟如下第一步，對(duì)航天器靜電放電脈沖耦合效應(yīng)進(jìn)行初步研究，國(guó)外航天器實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)表明靜電放電在衛(wèi)星母線中的耦合電流為幾十安培，確定合適的Rogowski線圈3的尺寸； 其中，Rogowski線圈3的的繞組匝數(shù)N為4200匝，環(huán)形骨架外徑Ιζ為19mm，環(huán)形骨架內(nèi)徑 Rb為10mm，環(huán)形骨架的高度h為15mm ；第二步，將制成的Rogowski線圈3放于長(zhǎng)方形的盒體1中，Rogowski線圈3的高度低于盒體1高度3-5mm，用硅膠將Rogowski線圈3進(jìn)行固定，衛(wèi)星母線5穿過線圈3和盒體1，用螺絲將將上蓋板2固定于盒體1上；其中盒體1和上蓋板2的材料均為聚四氟乙烯；盒體 1 長(zhǎng) 20mm，寬 20mm，高 16mm，厚 0. 5mm ；上蓋板 2 長(zhǎng) 20mm，寬 20mm，厚 0. 5mm ；
第三步，將Rogowski線圈3的輸出線兩端接取樣電阻兩端，取樣電阻阻值取 50' Ω，把取樣電阻上的兩端引線與測(cè)試電路連接。第四步，待航天器入軌正常工作時(shí)開機(jī)對(duì)航天器的靜電放電脈沖耦合效應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)時(shí)，測(cè)試電路記錄流過取樣電阻的電流，得到感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e(t)，通過對(duì)e(t)進(jìn)行積分計(jì)算就能夠得到流經(jīng)線圈的感應(yīng)電流的大小。綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。 凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種靜電放電脈沖耦合效應(yīng)的在軌監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述裝置包括盒體(1)、 上蓋板(2), Rogowski線圈(3)、衛(wèi)星母線(5)、信號(hào)采集線(4)、取樣電阻；其中盒體(1)為上表面開口、下表面封底的長(zhǎng)方體或正方體，上蓋板( 與盒體(6)上下表面的尺寸相同；盒體(6)的一個(gè)側(cè)壁開有兩個(gè)尺寸相同的通孔；在上蓋板中心和盒體(1)下表面中心均開有通孔；Rogowski線圈(3)位于盒體(1)內(nèi)部中間位置，Rogowski線圈(3)的高度低于盒體 ⑴高度3-5mm，Rogowski線圈(3)與盒體(1)四壁的空隙中填充硅橡膠；衛(wèi)星母線(5)依次垂直通過上蓋板中心的通孔、Rogowski線圈(3)中心與盒體(1)中心的通孔；上蓋板⑵與盒體⑴可拆卸固連；Rogowski線圈(3)有兩個(gè)出線端，兩個(gè)出線端各與一根信號(hào)采集線(4)連接，兩根信號(hào)采集線(4)分別穿過盒體側(cè)壁的通孔后與取樣電阻兩端連接。
2.如權(quán)利要求1所述的靜電放電脈沖耦合效應(yīng)的在軌監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于， Rogowski線圈(3)為截面為矩形的環(huán)形骨架，根據(jù)靜電放電在衛(wèi)星母線中的耦合電流為幾十安培，確定合適的Rogowski線圈(3)的合適尺寸為線圈繞組匝數(shù)N為4200匝，環(huán)形骨架外徑Ιζ為19mm，環(huán)形骨架內(nèi)徑Rb為10mm，環(huán)形骨架的高度h為15mm。
3.如權(quán)利要求1所述的靜電放電脈沖耦合效應(yīng)的在軌監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，盒體(1) 的長(zhǎng)寬高尺寸為20_Χ 20_Χ 16謹(jǐn)，厚0. 5謹(jǐn)；上蓋板的尺寸為20_Χ 20謹(jǐn)，厚0. 5謹(jǐn)， 盒體(1)和上蓋板的材料均為聚四氟乙烯。
4.一種靜電放電脈沖耦合效應(yīng)的在軌監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括盒體(1)、 上蓋板0)、R0g0Wski線圈(3)、衛(wèi)星母線(5)、信號(hào)采集線G)、取樣電阻和測(cè)試電路；其中盒體(1)為上表面開口、下表面封底的長(zhǎng)方體或正方體，上蓋板( 與盒體(6)上下表面的尺寸相同；盒體(6)的一個(gè)側(cè)壁開有兩個(gè)尺寸相同的通孔；在上蓋板中心和盒體(1)下表面中心均開有通孔；Rogowski線圈(3)位于盒體(1)內(nèi)部中間位置，Rogowski線圈(3)的高度低于盒體 ⑴高度3-5mm，Rogowski線圈(3)與盒體(1)四壁的空隙中填充硅橡膠；衛(wèi)星母線(5)依次垂直通過上蓋板中心的通孔、Rogowski線圈(3)中心與盒體(1)中心的通孔；上蓋板⑵與盒體⑴可拆卸固連；Rogowski線圈(3)有兩個(gè)出線端，兩個(gè)出線端各與一根信號(hào)采集線(4)連接，兩根信號(hào)采集線(4)分別穿過盒體側(cè)壁的通孔后與測(cè)試電路連接，兩根信號(hào)采集線(4)之間進(jìn)一步連接取樣電阻；測(cè)試電路，用于記錄流過取樣電阻的電流，得到感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e (t)，通過對(duì)e (t)進(jìn)行積分計(jì)算得到流經(jīng)Rogowski線圈(3)的感應(yīng)電流的大小。
5.如權(quán)利要求4所述的靜電放電脈沖耦合效應(yīng)的在軌監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于， Rogowski線圈(3)為截面為矩形的環(huán)形骨架，根據(jù)靜電放電在衛(wèi)星母線中的耦合電流為幾十安培，確定合適的Rogowski線圈(3)的合適尺寸為線圈繞組匝數(shù)N為4200匝，環(huán)形骨架外徑Ιζ為19mm，環(huán)形骨架內(nèi)徑Rb為10mm，環(huán)形骨架的高度h為15mm。
6.如權(quán)利要求4所述的靜電放電脈沖耦合效應(yīng)的在軌監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，盒體(1)的長(zhǎng)寬高尺寸為20_Χ 20_Χ 16謹(jǐn)，厚0. 5謹(jǐn)；上蓋板O)的尺寸為20_Χ 20謹(jǐn)，厚0. 5謹(jǐn)， 盒體(1)和上蓋板O)的材料均為聚四氟乙烯。
全文摘要
本發(fā)明涉及衛(wèi)星充放電后釋放的電磁脈沖在衛(wèi)星母線中耦合形成的瞬態(tài)脈沖的測(cè)量，具體涉及一種靜電放電脈沖耦合效應(yīng)的在軌監(jiān)測(cè)裝置，屬于測(cè)試領(lǐng)域。所述裝置包括盒體、上蓋板、Rogowski線圈、衛(wèi)星母線、信號(hào)采集線、取樣電阻；Rogowski線圈位于盒體內(nèi)部，Rogowski線圈與盒體四壁的空隙中填充硅橡膠；衛(wèi)星母線依次垂直通過上蓋板中心的通孔、Rogowski線圈中心與盒體中心的通孔；上蓋板與盒體可拆卸固連；Rogowski線圈的兩個(gè)出線端還與取樣電阻兩端連接；本發(fā)明采用Rogowski線圈連接測(cè)量電路，可廣泛用于靜電放電脈沖耦合效應(yīng)的在軌監(jiān)測(cè)，為航天器安全運(yùn)行提供保障。
文檔編號(hào)G01R31/12GK102508126SQ201110320878
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月20日
發(fā)明者安恒, 李存惠, 柳青, 田愷, 秦曉剛, 薛玉雄 申請(qǐng)人:中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第五研究院第五一〇研究所