一種用于空間環(huán)境中等離子體電位的監(jiān)測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及空間探測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于空間環(huán)境中等離子體電位的監(jiān)測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在太空中運(yùn)行的航天器身處等離子環(huán)境中，周圍游離著大量的帶電粒子。這些粒子對航天器影響很大，可以產(chǎn)生各種效應(yīng)，損害航天器的安全。
[0003]國內(nèi)早期的研宄對于衛(wèi)星帶電效應(yīng)重視程度并不高，而隨著近幾年太陽活動(dòng)劇烈程度提高，空間環(huán)境日趨惡劣，帶電效應(yīng)對衛(wèi)星的損害程度逐漸加重，使得國內(nèi)多顆衛(wèi)星相繼出現(xiàn)嚴(yán)重故障，據(jù)分析都與帶電效應(yīng)相關(guān)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于，為了能夠有效監(jiān)測出在軌運(yùn)行的航天器受空間高能帶電粒子的影響所導(dǎo)致的帶電效應(yīng)狀況，提供一種用于空間環(huán)境中等離子體電位的監(jiān)測裝置。該監(jiān)測裝置能夠有效監(jiān)測空間環(huán)境中的航天器等離子體電位。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于空間環(huán)境中等離子體電位的監(jiān)測裝置，包括:電位傳感器、微處理器、D/A轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器、高壓放大器、前置放大器和隔離放大器；所述的微處理器控制D/A轉(zhuǎn)換器輸出掃描電壓，所述的高壓放大器用于將掃描電壓高壓放大后，通過前置放大器輸入至電位傳感器；所述的電位傳感器通過掃描電壓的驅(qū)動(dòng)以探測空間環(huán)境中的等離子體電位，并將生成的電流信號依次輸入至前置放大器和隔離放大器進(jìn)行前置放大和隔離放大；所述的A/D轉(zhuǎn)換器用于將從隔離放大器輸出的電流信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將生成的數(shù)字信號輸入至微處理器；所述的微處理器將采集的數(shù)字信號進(jìn)行輸出。
[0006]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的高壓放大器放大后的掃描電壓為
±200Vo
[0007]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的監(jiān)測裝置采用分段測量。
[0008]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的監(jiān)測裝置還包括光耦隔離和模擬開關(guān)；所述的光耦隔離用于將切檔信號的信號電位懸浮，所述模擬開關(guān)用于檔位的快速切換。
[0009]通過微處理器控制D/A轉(zhuǎn)換器使其輸出±5V的掃描電壓，將掃描電壓通過高壓放大器放大至±200V后輸入前置放大器，并將其作為該前置放大器的參考地，由于該前置放大器虛短，因此供給電位傳感器的掃描電壓即為±200V。前置放大器將電位傳感器收集的電流信號進(jìn)行放大，由于此信號共模電壓過大，因此通過隔離放大器進(jìn)行隔離，使其變?yōu)槭?V電壓輸出，供給A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣，隨后將生成的采樣信號送給微處理器進(jìn)行處理，此時(shí)微處理器可通過檢測采樣信號的范圍發(fā)送切檔信號給光耦隔離，隨即輸出給模擬開關(guān)進(jìn)行采樣電阻的切換，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切檔功能。自動(dòng)切檔功能可以有效提高小收集電流下的采樣精度。
[0010]本發(fā)明的一種用于空間環(huán)境中等離子體電位的監(jiān)測裝置的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0011]本發(fā)明的監(jiān)測裝置能夠有效監(jiān)測空間環(huán)境中等離子體電位，通過高壓放大后具有大范圍的掃描電壓，能夠測量大范圍的等粒子密度，且高壓驅(qū)動(dòng)電壓掃描功耗低，并且對于不同的采樣信號實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切檔功能，以有效提高小收集電流下的探測精度。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明實(shí)施例中的一種用于空間環(huán)境中等離子體電位的監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2是本發(fā)明實(shí)施例中的一種等離子體電位監(jiān)測裝置高壓掃描驅(qū)動(dòng)模塊電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明所述的一種用于空間環(huán)境中等離子體電位的監(jiān)測裝置進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0015]本發(fā)明的一種用于空間環(huán)境中等離子體電位的監(jiān)測裝置包括:等離子體電位傳感器，電子學(xué)箱；其中電子學(xué)箱包括:模擬信號處理電路，數(shù)字信號處理電路，電壓掃描模塊；
[0016]其連接關(guān)系在于:由于采樣信號微弱，所述等離子體電位傳感器與電子學(xué)箱通過屏蔽電纜連接，屏蔽電纜將等離子體電位傳感器探測的信號傳輸至電子學(xué)箱進(jìn)行模擬信號處理，隨后將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并傳輸給微處理器進(jìn)行存儲與發(fā)送。
[0017]微處理器通過發(fā)送控制信號給DA，使其可輸出士 5V的掃描電壓，隨后通過高壓放大模塊放大至±200V供給前置放大器的輸入端+，并將其作為前置放大器的參考地，由于前置放大器為負(fù)反饋回路，虛短，傳感器與前置放大器輸入端-相連，因此施加在等離子電位傳感器上的掃描電壓為±200V，S卩電位探針在±200V的掃描電壓下工作。由于傳感器與空間環(huán)境的電位差持續(xù)變化，使得探針的收集電流發(fā)生變化。通過監(jiān)測前置放大器輸入輸出端的跨阻即可得出探針的收集電流，由于掃描電壓為±200V，跨阻兩端的共模電壓過大，利用隔離放大器對跨阻兩端的電壓進(jìn)行隔離放大，輸出為±5V。由于傳感器收集電流的量級跨度較大，僅用一個(gè)跨阻難以滿足精度要求，采用分段測量可以解決這一問題。通過微處理器給光耦隔離一個(gè)控制信號，使其切換模擬開關(guān)的開啟通道，每一路模擬開關(guān)通道都串聯(lián)不同電阻，并且每一路通道都連接到前置放大的輸出端和輸入端。隔離放大后的信號輸出給AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將數(shù)字信號發(fā)送至微處理器進(jìn)行存儲，發(fā)送至航天器數(shù)傳系統(tǒng)。通道的開啟通過微處理器接收到的AD采樣的值進(jìn)行判定，根據(jù)取值的不同范圍發(fā)送不同的信號給不同的光耦隔離進(jìn)行自動(dòng)切檔。
[0018]如圖2所示，電壓掃描模塊的驅(qū)動(dòng)電路由運(yùn)算放大器，NPN三極管以及PNP三極管構(gòu)成。與一般放大電路相比較，該電路將后級的三極管作為反饋回路的擴(kuò)展，當(dāng)運(yùn)算放大器Ul的6腳為正時(shí)，Ql中Vbl (Ql的基極電壓)>Vel(Ql的發(fā)射極電壓)，三極管導(dǎo)通，Vcl (Ql的集電極電壓)=100V，在Q3中，Ve3(Q3的發(fā)射極電壓)>Vb3 (Q3的基極電壓)，Q3導(dǎo)通，則輸出為200V，突破Ul供電15V的限制。反之當(dāng)Ul的6腳為負(fù)時(shí)，Q2中Ve2 (Q2的發(fā)射極電壓)>Vb2(Q2的基極電壓)，Q2導(dǎo)通，Vc2(Q2的集電極電壓)=-100V，此時(shí)在Q4中，Vb4(Q4的基極電壓)>Ve4(Q4的發(fā)射極電壓)，Q4導(dǎo)通，則輸出為-200V。圖中C303是對輸出信號進(jìn)行一個(gè)濾波作用。分析表明這種放大方式可以將信號放大的更大，突破運(yùn)算放大器供電電壓的限制，同時(shí)增加了輸出功率。與一般功率放大器相比這種方式功率損耗更低，放大效果，穩(wěn)定性，噪聲等都更好。從工作模式上來說，上述驅(qū)動(dòng)電路的功能就是將DA輸出的±5V掃描電壓放大至±200V。
[0019]自動(dòng)切檔模塊電路由光耦隔離與模擬開關(guān)構(gòu)成。由于跨阻兩端共模電壓過大，無法直接通過模擬開關(guān)，因此需要將模擬開關(guān)的地懸浮(即將其參考地定義為掃描電壓)，這樣通過模擬開關(guān)的信號就在模擬開關(guān)的供電電壓范圍內(nèi)，而模擬開關(guān)的控制信號亦需要將懸浮地作為參考地才能滿足開關(guān)的觸發(fā)條件，光耦隔離就起了這個(gè)作用，將微處理器送達(dá)的信號升至掃描電壓+12V，滿足模擬開關(guān)在不同的參考電壓下都能正常觸發(fā)，當(dāng)微處理器接收到AD采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)時(shí)，通過對數(shù)據(jù)值的判斷進(jìn)行控制信號的切換，從而實(shí)現(xiàn)檔位的切換。
[0020]最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于空間環(huán)境中等離子體電位的監(jiān)測裝置，其特征在于，包括:電位傳感器、微處理器、d/a轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器、高壓放大器、前置放大器和隔離放大器；所述的微處理器控制D/A轉(zhuǎn)換器輸出掃描電壓，所述的高壓放大器用于將掃描電壓高壓放大后，通過前置放大器輸入至電位傳感器；所述的電位傳感器通過掃描電壓的驅(qū)動(dòng)以探測空間環(huán)境中的等離子體電位，并將生成的電流信號依次輸入至前置放大器和隔離放大器進(jìn)行前置放大和隔離放大；所述的A/D轉(zhuǎn)換器用于將從隔離放大器輸出的電流信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將生成的數(shù)字信號輸入至微處理器；所述的微處理器將采集的數(shù)字信號進(jìn)行輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于空間環(huán)境中等離子體電位的監(jiān)測裝置，其特征在于，所述的高壓放大器放大后的掃描電壓為±200V。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于空間環(huán)境等離子體電位的監(jiān)測裝置，其特征在于所述的監(jiān)測裝置采用分段測量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于空間環(huán)境中等離子體電位的監(jiān)測裝置，其特征在于，所述的監(jiān)測裝置還包括光耦隔離和模擬開關(guān)；所述的光耦隔離用于將切檔信號的信號電位懸浮，所述模擬開關(guān)用于檔位的快速切換。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于空間環(huán)境中等離子體電位的監(jiān)測裝置，包括：電位傳感器、微處理器、D/A轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器、高壓放大器、前置放大器和隔離放大器；所述的微處理器控制D/A轉(zhuǎn)換器輸出掃描電壓，所述的高壓放大器用于將掃描電壓高壓放大后，通過前置放大器輸入至電位傳感器；所述的電位傳感器通過掃描電壓的驅(qū)動(dòng)以探測空間環(huán)境中的等離子體電位，并將生成的電流信號依次輸入至前置放大器和隔離放大器進(jìn)行前置放大和隔離放大，最后經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后通過微處理器將信號輸出。上述監(jiān)測裝置通過高壓放大后具有大范圍的掃描電壓，能夠測量大范圍的等粒子密度，從而能夠有效監(jiān)測空間環(huán)境中等離子體電位。
【IPC分類】G01R19-25
【公開號】CN104793043
【申請?zhí)枴緾N201510188602
【發(fā)明人】翁成翰, 周斌
【申請人】中國科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年4月20日