薄膜材料在軌暴露試驗形變在線測試探頭及其測試的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種薄膜材料在軌暴露試驗形變在線測試探頭及其測試的方法，該探頭包括支架，支架上設有至少一個試驗樣品，試驗樣品一端的上方設有第一蓋板，另一端的上方設有第二蓋板，下方設有第三蓋板，第二蓋板上設有發(fā)光二極管，發(fā)光二極管上設有第四蓋板，第三蓋板上設有通孔，通孔下方對應設有光電傳感器，光電傳感器設置在支架的端部，支架一端連接第一蓋板，另一端連接第二蓋板和第四蓋板。該方法包括：進行標定及在線測試，在線測試包括：記錄試驗樣品對應的光電傳感器產(chǎn)生的電流，對比電流數(shù)據(jù)與試驗樣品在地面開展的標定數(shù)據(jù)，得到試驗樣品在軌隨溫度的線性長度變化情況。本發(fā)明可以對星用聚合物薄膜隨溫度變化產(chǎn)生的形變進行在線測試。
【專利說明】薄膜材料在軌暴露試驗形變在線測試探頭及其測試的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及航天器材料空間環(huán)境效應測試領域，具體涉及一種薄膜材料在軌暴露試驗形變在線測試探頭及其測試的方法。
【背景技術】
[0002]星用材料在軌暴露試驗對驗證衛(wèi)星外部材料性能，驗證地面模擬試驗數(shù)據(jù)和校準地面模擬試驗方法等方面具有不可替代的作用，對航天技術的發(fā)展具有重要意義。國內(nèi)外已經(jīng)開展了大量材料在軌暴露試驗，這些試驗大致可分為兩類，一類是被動暴露試驗，即在空間對材料樣品進行暴露，回收后在地面進行性能表征測試等，以獲取材料性能變化的數(shù)據(jù)；一類是主動暴露試驗，即在空間對材料樣品進行暴露的同時，通過在線測試技術對樣品的性能進行原位測試，以獲取材料性能隨暴露時間變化的趨勢。
[0003]星用材料在軌暴露過程中，有些物理量或性能的變化并非永久變化，無法回收后再進行測試，例如星用聚合物薄膜材料隨溫度變化產(chǎn)生的彈性形變。在地面針對材料物理量和性能進行直接表征測試一般都需要使用專門設備，無法滿足在軌測試中簡易、可靠、重量輕、低能耗等方面的要求。因此，星用材料在軌暴露試驗中的在線測試一般都采用間接測量的方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在下文中給出關于本發(fā)明的簡要概述，以便提供關于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應當理解，這個概述并不是關于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細描述的前序。
[0005]本發(fā)明實施例的目的是針對上述現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、可靠、易實現(xiàn)，且能夠?qū)υ谲壉┞兜男怯镁酆衔锉∧るS溫度變化產(chǎn)生的形變進行在線測試的薄膜材料在軌暴露試驗形變在線測試探頭。
[0006]本發(fā)明還提供利用上述的薄膜材料在軌暴露試驗形變在線測試探頭進行測試的方法。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案是:
[0008]一種薄膜材料在軌暴露試驗形變在線測試探頭，包括支架，所述支架上設有薄膜材料在軌暴露試驗的至少一個試驗樣品，所述試驗樣品一端的上方設有第一蓋板，另一端的上方設有第二蓋板，下方設有第三蓋板，所述第二蓋板上設有發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管上設有第四蓋板，所述第三蓋板上設有通孔，所述通孔下方對應設有光電傳感器，所述光電傳感器設置在支架的端部，所述第一蓋板與所述支架的一端固定連接，所述支架的另一端固定連接所述第二蓋板和所述第四蓋板。
[0009]本發(fā)明還提供一種使用上述的薄膜材料在軌暴露試驗形變在線測試探頭進行測試的方法，包括以下步驟:[0010]進行標定:測試探頭在正式上星前進行高低溫循環(huán)試驗，記錄其在不同溫度條件下的電流數(shù)據(jù)及線性長度變化數(shù)據(jù)；
[0011]在軌測試:測試探頭搭載于航天器外部，記錄在軌運行期間每個試驗樣品對應的光電傳感器產(chǎn)生的電流，將在軌運行期間的電流數(shù)據(jù)與對應的試驗樣品前期在地面開展的電流數(shù)據(jù)進行對比，找出在軌運行期間檢測的電流數(shù)據(jù)對應的地面標定的線性長度變化，得到薄膜材料的試驗樣品在軌隨溫度的線性長度變化情況。
[0012]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0013]①結(jié)構(gòu)簡單，可靠，且易實現(xiàn)；
[0014]②可以對在軌暴露的星用聚合物薄膜隨溫度變化產(chǎn)生的形變進行在線測試；
[0015]③可隨樣品數(shù)量延長或縮短探頭寬度，實現(xiàn)多個樣品的同時試驗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0017]圖1為本發(fā)明實施例提供的薄膜材料在軌暴露試驗形變在線測試探頭的分解示意圖。
[0018]附圖標記:
[0019]1-支架，11-第一凹槽，14-限位槽；
[0020]2-試驗樣品，21-第一試驗樣品，22-第二試驗樣品；
[0021]3-第一蓋板；
[0022]4-第二蓋板；
[0023]5~ 第二蓋板；
[0024]6-發(fā)光二極管，61-第一發(fā)光二極管，62-第二發(fā)光二極管；
[0025]7-第四蓋板；
[0026]8-通孔，81-第一通孔，82-第二通孔；
[0027]9-光電傳感器,91-第一光電傳感器，92-第二光電傳感器；
[0028]10-第五蓋板；
[0029]12-第二凹槽；
[0030]13-第三凹槽。
【具體實施方式】
[0031]為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。在本發(fā)明的一個附圖或一種實施方式中描述的元素和特征可以與一個或更多個其它附圖或?qū)嵤┓绞街惺境龅脑睾吞卣飨嘟Y(jié)合。應當注意，為了清楚的目的，附圖和說明中省略了與本發(fā)明無關的、本領域普通技術人員已知的部件和處理的表示和描述。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0032]參見圖1，一種薄膜材料在軌暴露試驗形變在線測試探頭，包括支架1，支架I上設有薄膜材料在軌暴露試驗的至少一個試驗樣品2，試驗樣品2 —端的上方設有第一蓋板3，另一端的上方設有第二蓋板4，下方設有第三蓋板5，第二蓋板4上設有發(fā)光二極管6，發(fā)光二極管6上設有第四蓋板7，第三蓋板5上設有通孔8，通孔8下方對應設有光電傳感器9，光電傳感器9設置在支架I的端部，第一蓋板3與支架I的一端固定連接，支架I的另一端固定連接第二蓋板4和第四蓋板7。
[0033]采用本發(fā)明的薄膜材料在軌暴露試驗形變在線測試探頭可以對在軌暴露的星用聚合物薄膜隨溫度變化產(chǎn)生的形變進行在線測試，具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠與易實現(xiàn)的優(yōu)點。
[0034]進一步,還包括第五蓋板10,第五蓋板10設置在試驗樣品2上方,并位于第一蓋板3和第二蓋板4之間。
[0035]采用第五蓋板將試驗樣品進行進一步固定。
[0036]優(yōu)選的，第五蓋板10為長條形蓋板,試驗樣品2的兩側(cè)上方分別設有一個第五蓋板10。
[0037]當試驗樣品為兩個時，可以在兩個試驗樣品的領近邊上方設置一長條形蓋板，同時固定兩個試驗樣品。
[0038]本實施例中，第五蓋板10 —端位于第一蓋板3下方,第一蓋板3上設有容納第五蓋板10端部的第三凹槽13。
[0039]將第五蓋板一端設置在第一蓋板的凹槽上，起到相互配合，固定牢靠的作用。
[0040]本實施例中，支架I的端部設有第一凹槽11，光電傳感器9設置在第一凹槽11內(nèi)。
[0041]采用第一凹槽來固定光電傳感器，結(jié)構(gòu)簡單，設計合理。
[0042]本實施例中，支架I的一端及第一蓋板3上設有與試驗樣品2端部相配合的限位槽14。
[0043]設置限位槽，用于對試驗樣品進行限位，防止移動。
[0044]本實施例中，支架I上設有至少一個第二凹槽12，第二凹槽12內(nèi)設有試驗樣品2。
[0045]第二凹槽將試驗樣品的中部進行固定，防止移動。
[0046]本實施例中，所述試驗樣品為聚合物薄膜,具體的,所述試驗樣品為ITO/Kapton/Al復合薄膜或滲碳聚酰亞胺薄膜。
[0047]本發(fā)明的聚合物薄膜一般指衛(wèi)星表面所采用的熱控材料。如ITO/Kapton/Al復合薄膜或滲碳聚酰亞胺薄膜等。此類材料使用在衛(wèi)星表面具有很高的反射率，可以用來控制衛(wèi)星內(nèi)部溫度變化范圍。但此類材料本身由于暴露在空間環(huán)境中，會經(jīng)受比較嚴苛的空間環(huán)境考驗，包括高低溫循環(huán)、帶電粒子輻照、紫外線輻照等。經(jīng)過長時間的空間暴露，聚合物材料的機械性能會發(fā)生變化，此時有可能導致其在溫度循環(huán)過程中發(fā)生開裂、破損等現(xiàn)象。
[0048]參見圖1，本發(fā)明的優(yōu)選實施例，至少一個試驗樣品2包括第一試驗樣品21和第二試驗樣品22 ;支架I 一端設有兩個第一凹槽11，一個第一凹槽11內(nèi)設有第一光電傳感器91,另一個第一凹槽11內(nèi)設有第二光電傳感器92,支架I上設有第一試驗樣品21和第二試驗樣品22,第一試驗樣品21和第二試驗樣品22的一端均位于第一蓋板3和支架I之間,第三蓋板5上設有第一通孔81和第二通孔82，第一通孔81上方對應設有第一試驗樣品21，第一通孔81下方設有第一光電傳感器91,第二通孔82上方對應設有第二試驗樣品22,第二通孔82下方設有第二光電傳感器92，第二蓋板4上設有第一發(fā)光二極管61和第二發(fā)光二極管62，第一發(fā)光二極管61下方對應設有第一試驗樣品21，第二發(fā)光二極管62下方對應設有第二試驗樣品22。
[0049]采用上述測試探頭，可以同時檢測兩個試驗樣品，結(jié)構(gòu)簡單，可靠，還可隨樣品數(shù)量延長或縮短探頭的支架寬度，放置多個樣品，從而實現(xiàn)多個樣品的同時試驗。
[0050]本發(fā)明還提供一種利用上述的薄膜材料在軌暴露試驗形變在線測試探頭進行測試的方法，包括以下步驟:
[0051]進行標定:測試探頭在正式上星前進行高低溫循環(huán)試驗，記錄其在不同溫度條件下的電流數(shù)據(jù)及線性長度變化數(shù)據(jù)；
[0052]在軌測試:測試探頭搭載于航天器外部，記錄在軌運行期間每個試驗樣品對應的光電傳感器產(chǎn)生的電流，將在軌運行期間的電流數(shù)據(jù)與對應的試驗樣品前期在地面開展的電流數(shù)據(jù)進行對比，找出在軌運行期間檢測的電流數(shù)據(jù)對應的地面標定的線性長度變化，得到薄膜材料的試驗樣品在軌隨溫度的線性長度變化情況。
[0053]本發(fā)明的標定是指測試探頭研制完成后，在正式上星前進行高低溫循環(huán)試驗，記錄其在不同溫度條件下的電流變化情況。探頭中的試驗樣品在軌運行期間得到的電流數(shù)據(jù)與該試驗樣品前期在地面標定數(shù)據(jù)對比，得出不同材料樣品在軌運行期間的彈性形變情況。實現(xiàn)了在線測試在軌暴露的星用聚合物薄膜隨溫度變化產(chǎn)生的形變。
[0054]本發(fā)明利用光電傳感器電流變化，間接反映聚合物薄膜彈性形變的原理，設計本發(fā)明的薄膜材料在軌暴 露試驗形變在線測試探頭。具體原理如下:
[0055]試驗樣品安裝于支架與蓋板中，試驗樣品一端被支架和第一蓋板固定，試驗樣品邊緣卡在支架和第一蓋板組合的限位槽中，防止試驗樣品在微重力條件下移動，試驗樣品另一端為自由端，位于發(fā)光二極管和光電傳感器之間，部分遮蓋了發(fā)光二極管的受光面積。本發(fā)明的試驗探頭搭載于航天器外部，在軌運行期間將經(jīng)歷100°c左右的溫差變化，隨著溫度變化，試驗樣品會發(fā)生形變，導致光電傳感器受光面積發(fā)生變化，進而引起光電傳感器產(chǎn)生電流的變化，通過監(jiān)測和記錄光電傳感器產(chǎn)生電流的變化，對比該試驗樣品前期在地面開展的標定結(jié)果，可以得出不同材料樣品在軌運行期間的彈性形變情況。此處標定結(jié)果指試驗樣品底面進行熱循環(huán)試驗的結(jié)果，如IOcm長的ITO/Kapton/Al復合薄膜在地面時，在-20~80°C條件下形變，引起遮擋面積變化，進而引起的電流變化在20 μ A左右，該電流變化值與選用的發(fā)光二極管和光電傳感器性能有關，電流變化在20 μ A左右時，ITO/Kapton/Al復合薄膜對應的線性長度變化在5.5 μ m，進而推出其線伸縮率為5.5 X IO^cm/Cm0C，ITO/Kapton/Al復合薄膜在軌運行期間，當檢測的在軌運行期間的電流變化在20 μ A左右時，根據(jù)前期地面的標定結(jié)果，可知在軌運行期間的ITO/Kapton/Al復合薄膜線性長度變化在5.5 μ m，線伸縮率為5.5 X 10_7cm/cm°C。
[0056]本發(fā)明通過監(jiān)測和記錄光電傳感器感應電流的變化，可以反映出試驗樣品的形變情況，實現(xiàn)星用聚合物薄膜在軌暴露試驗形變在線測試功能。本發(fā)明提出的測試探頭結(jié)構(gòu)簡單、可靠、易實現(xiàn)，可以對在軌暴露的星用聚合物薄膜隨溫度變化產(chǎn)生的形變進行在線測試，還可隨樣品數(shù)量延長或縮短探頭的支架寬度，實現(xiàn)多個樣品的同時試驗。
[0057]在本發(fā)明上述各實施例中，實施例的序號僅僅便于描述，不代表實施例的優(yōu)劣。對各個實施例的描述都各有側(cè)重，某個實施例中沒有詳述的部分，可以參見其他實施例的相關描述。
[0058]本領域普通技術人員可以理解:實現(xiàn)上述方法實施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關的硬件來完成，前述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時，執(zhí)行包括上述方法實施例的步驟；而前述的存儲介質(zhì)包括:只讀存儲器(Read-Only Memory,簡稱 ROM)、隨機存取存儲器(Random Access Memory,簡稱 RAM)、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。
[0059]在本發(fā)明的裝置和方法等實施例中，顯然，各部件或各步驟是可以分解、組合和/或分解后重新組合的。這些分解和/或重新組合應視為本發(fā)明的等效方案。同時，在上面對本發(fā)明具體實施例的描述中，針對一種實施方式描述和/或示出的特征可以以相同或類似的方式在一個或更多個其它實施方式中使用，與其它實施方式中的特征相組合，或替代其它實施方式中的特征。
[0060]應該強調(diào)，術語“包括/包含”在本文使用時指特征、要素、步驟或組件的存在，但并不排除一個或更多個其它特征、要素、步驟或組件的存在或附加。
[0061]最后應說明的是:雖然以上已經(jīng)詳細說明了本發(fā)明及其優(yōu)點，但是應當理解在不超出由所附的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以進行各種改變、替代和變換。而且，本發(fā)明的范圍不僅限于說明書所描述的過程、設備、手段、方法和步驟的具體實施例。本領域內(nèi)的普通技術人員從本發(fā)明的公開內(nèi)容將容易理解，根據(jù)本發(fā)明可以使用執(zhí)行與在此所述的相應實施例基本相同的功能或者獲得與其基本相同的結(jié)果的、現(xiàn)有和將來要被開發(fā)的過程、設備、手段、方法或者步驟。因此，所附的權(quán)利要求旨在在它們的范圍內(nèi)包括這樣的過程、設備、手段、方法或者步驟。
【權(quán)利要求】
1.一種薄膜材料在軌暴露試驗形變在線測試探頭，其特征在于，包括支架，所述支架上設有薄膜材料在軌暴露試驗的至少一個試驗樣品，所述試驗樣品一端的上方設有第一蓋板，另一端的上方設有第二蓋板，下方設有第三蓋板，所述第二蓋板上設有發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管上設有第四蓋板，所述第三蓋板上設有通孔，所述通孔下方對應設有光電傳感器，所述光電傳感器設置在支架的端部，所述第一蓋板與所述支架的一端固定連接，所述支架的另一端固定連接所述第二蓋板和所述第四蓋板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜材料在軌暴露試驗形變在線測試探頭，其特征在于，還包括第五蓋板，所述第五蓋板設置在所述試驗樣品上方，并位于第一蓋板和第二蓋板之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的薄膜材料在軌暴露試驗形變在線測試探頭，其特征在于，所述第五蓋板為長條形蓋板，所述試驗樣品的兩側(cè)上方分別設有一個所述第五蓋板。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的薄膜材料在軌暴露試驗形變在線測試探頭，其特征在于，所述第五蓋板一端位于所述第一蓋板下方，所述第一蓋板上設有容納所述第五蓋板端部的第三凹槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜材料在軌暴露試驗形變在線測試探頭，其特征在于，所述支架的端部設有第一凹槽，所述光電傳感器設置在第一凹槽內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜材料在軌暴露試驗形變在線測試探頭，其特征在于，所述支架的一端及所述第一蓋板上設有與所述試驗樣品端部相配合的限位槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜材料在軌暴露試驗形變在線測試探頭，其特征在于，所述支架上設有至少一個第二凹槽，所述第二凹槽內(nèi)設有試驗樣品。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項所述的薄膜材料在軌暴露試驗形變在線測試探頭，其特征在于，所述試驗樣品為ITO/Kapton/Al復合薄膜或滲碳聚酰亞胺薄膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項所述的薄膜材料在軌暴露試驗形變在線測試探頭，其特征在于，所述至少一個試驗樣品包括第一試驗樣品和第二試驗樣品；所述支架一端設有兩個第一凹槽，一個所述第一凹槽內(nèi)設有第一光電傳感器，另一個所述第一凹槽內(nèi)設有第二光電傳感器，所述支架上設有第一試驗樣品和第二試驗樣品，所述第一試驗樣品、第二試驗樣品的一端均位于所述第一蓋板和支架之間，所述第三蓋板上設有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔上方對應設有第一試驗樣品，所述第一通孔下方設有所述第一光電傳感器，所述第二通孔上方對應設有第二試驗樣品，所述第二通孔下方設有所述第二光電傳感器，所述第二蓋板上設有第一發(fā)光二極管和第二發(fā)光二極管，所述第一發(fā)光二極管下方對應設有第一試驗樣品，所述第二發(fā)光二極管下方對應設有第二試驗樣品。
10.使用權(quán)利要求1-9任一項所述的薄膜材料在軌暴露試驗形變在線測試探頭進行測試的方法，包括以下步驟: 進行標定:測試探頭在正式上星前進行高低溫循環(huán)試驗，記錄其在不同溫度條件下的電流數(shù)據(jù)及線性長度變化數(shù)據(jù)； 在軌測試:測試探頭搭載于航天器外部，記錄在軌運行期間每個試驗樣品對應的光電傳感器產(chǎn)生的電流，將在軌運行期間的電流數(shù)據(jù)與對應的試驗樣品前期在地面開展的電流數(shù)據(jù)進行對比，找出在軌運行期間檢測的電流數(shù)據(jù)對應的地面標定的線性長度變化，得到薄膜材料的試驗樣品在軌隨溫度的線性長度變化情況。
【文檔編號】G01N17/00GK103792179SQ201310695323
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】史亮, 全小平, 李存惠, 王鹢 申請人:蘭州空間技術物理研究所