一種監測航天器內帶電電位的方法技術

本發明專利技術公開了一種監測航天器內帶電電位的方法，屬于抗輻射加固技術領域。所述方法步驟如下：（1）制作內帶電探頭：所述內帶電探頭采用多層電路板結構，內帶電探頭包括屏蔽外殼、多層電路板、電阻、靜電計；所述多層電路板包括基板、介質層和銅膜層，基板置于最底層，介質層置于基板上方，介質層和銅膜層分別有十層，交叉疊放；（2）進行電子束輻照試驗，通過測量銅膜層上引出導線上的電位測量多層電路板介質內部不同深度處的電位。所述方法可以實時監測介質層內部各點的電位，且可以阻止能量200keV以下的電子，這樣可以只監測內帶電而排除表面充電的影響。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及，屬于抗輻射加固

技術介紹
航天器介質深層帶電又稱之為航天器內部介質充電，是指空間高能帶電粒子穿過航天器表面，在航天器構件的電介質材料內部傳輸并沉積從而建立電場的過程，當介質深層充電產生的電場強度超過介質材料的擊穿閾值時，就會發生放電，放電所產生的電磁脈沖干擾可能破壞航天器內電子學系統的正常工作。由于航天器電子學系統采用了集成度較高的大規模/超大規模微電子器件，電子學系統的性能提高的同時也變得對空間環境更為敏感，嚴重時會使整個航天器失效。 目前已經搭載過的航天器深層介質充電監測儀通過直接測量導致深層介質帶電的電子通量，再根據經驗判斷航天器的充電程度，但是不能直接精確測量深層介質充電電位值。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供，所述方法采用多層電路板結構，可以實時監測介質層內部各點的電位，所述方法采用的屏蔽外殼可以阻止能量200keV以下的電子，這樣可以只監測內帶電而排除表面充電的影響。本專利技術的目的由以下技術方案實現，所述方法步驟如下(I)制作內帶電探頭所述內帶電探頭采用多層電路板結構，內帶電探頭包括屏蔽外殼、多層電路板、電阻、靜電計；其中，所述屏蔽外殼為上端開口的鋁質殼體，屏蔽外殼側壁設有通孔用于穿過導線；所述多層電路板包括基板、介質層和銅膜層，基板置于最底層，介質層置于基板上方，介質層和銅膜層分別有十層，交叉疊放；電阻和靜電計均為九個；將多層電路板封裝并固定于屏蔽外殼內，多層電路板上表面與屏蔽外殼的上端開口相對，且多層電路板上、下表面均接地；多層電路板中的除最上層銅膜層以外的每層銅膜層均對應一個電阻和一個靜電計，即每層銅膜層與一個電阻和一個靜電計依次相連，九個靜電計均接地，且靜電計置于屏蔽外殼外部，電阻置于屏蔽外殼內部；其中，所述銅膜層采用濺射鍍膜的方法鍍到介質層表面；所述介質層材料為聚四氟乙烯或聚酰亞胺，厚度為60μπι;所述銅膜層厚度為IOym;所述屏蔽外殼材料為鋁，厚度為O. 2mm;(2)進行電子束輻照試驗利用能量為IMeV，電流密度為65pA/cm2的電子束進行輻照，電子束置于步驟(I)所述探頭上方，使入射電子從屏蔽外殼上端開口處垂直入射到多層電路板內部，通過測量銅膜層上引出導線上的電位測量多層電路板介質內部不同深度處的電位，利用靜電計測得9根導線上的電壓；分別給出輻照10分鐘、20分鐘、30分鐘、I小時之后9根導線上的電壓。有益效果(I)本專利技術所述的監測航天器內帶電電位的方法，采用多層電路板結構，可以實時監測介質層內部各點的電位；介質內帶電主要是由200keV的電子造成的，所述方法采用的屏蔽外殼可以阻止能量200keV以下的電子，這樣可以只監測內帶電而排除表面充電的影響。(2)計算機仿真結果表明采用所述方法檢測介質層內部個點電位所得的結果是可靠的，證明了所述方法用于監測航天器內帶電電位的可行性。這對于航天器內帶電在軌機理研究并最終形成航天器防護設計及實現航天器安全運營維護都將大有裨益。附圖說明 圖I為本專利技術所述方法中探頭的結構示意圖；圖2為本專利技術所述方法測得介質內部電位分布示意圖；圖3為仿真模擬計算得到的介質內部電位分布示意圖；其中，圖I中，1-1屏蔽外殼、1-2入射電子、1-3銅膜層、1-4介質層、1-5電阻、1_6靜電計；圖2中橫坐標為深度(單位μ m)，縱坐標為電壓(單位V)，2-l、2-2、2-3、2-4分別為輻照時間I小時、30分鐘、20分鐘、10分鐘的電位分布曲線；圖3中橫坐標為深度(單位μ m)，縱坐標為電壓(單位V)，3-l、3-2、3-3、3-4分別為輻照時間I小時、30分鐘、20分鐘、10分鐘的電位分布曲線。具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例來詳述本專利技術，但不限于此。實施例I—種監測航天器內帶電電位的方法，所述方法步驟如下(I)制作內帶電探頭如圖I所示，所述內帶電探頭采用多層電路板結構，內帶電探頭包括屏蔽外殼1-1、多層電路板、電阻1-5、靜電計1-6 ;其中，所述屏蔽外殼1-1為上端開口的長方體鋁質殼體，屏蔽外殼1-1側壁設有通孔用于穿過導線；所述多層電路板包括基板、介質層1-4和銅膜層1-3，基板置于最底層，介質層1-4置于基板上方，介質層1-4和銅膜層1-3分別有十層，交叉疊放；電阻1-5和靜電計1-6均為九個；將多層電路板封裝并固定于屏蔽外殼1-1內，多層電路板上表面與屏蔽外殼1-1的上端開口相對，且多層電路板上、下表面均接地；多層電路板中的除最上層銅膜層1-3以外的每層銅膜層1-3均對應一個電阻1-5和一個靜電計1-6,即每層銅膜層1-3與一個電阻1-5和一個靜電計1-6依次相連，九個靜電計1-6均接地，且靜電計1-6置于屏蔽外殼1-1外部，電阻1_5置于屏蔽外殼1-1內部；其中，所述銅膜層1-3采用濺射鍍膜的方法鍍到介質層1-4表面；所述介質層1-4材料為聚四氟乙烯或聚酰亞胺，厚度為60 μ m ;所述銅膜層1-3厚度為IOym;所述屏蔽外殼1-1材料為鋁，厚度為O. 2mm，可以阻止能量200keV以下的電子，這樣可以只監測內帶電而排除表面充電的影響。( 2 )進行電子束輻照試驗利用能量為IMeV，電流密度為65pA/cm2的電子束進行輻照，電子束置于步驟(I)所述探頭上方，使入射電子1-2從屏蔽外殼1-1上端開口處垂直入射到多層電路板內部，通過測量銅膜層1-3上引出導線上的電位測量多層電路板介質內部不同深度處的電位，利用靜電計1-6測得9根導線上的電壓；分別給出輻照10分鐘、20分鐘、30分鐘、I小時之后9根導線上的電壓。所述靜電計1-6可為Keithley6517B靜電計1_6，為了獲得準確的測量電壓，可采用Keithley562210-通道掃描儀和Keithley6517B靜電計1_6聯合使用，測得9根導線上的電壓隨著時間的變化圖像，分別給出輻照10分鐘、20分鐘、30分鐘、I小時之后的9根導·線上的電壓，如圖2中曲線2-4、2-3、2-2、2-1所示。利用GEANT4軟件定義入射電子1_2為均勻分布的平面電子源，與步驟(2)中的輻照源能量和密度一致，垂直入射到多層電路板上，建立多層電路板的幾何模型，且多層電路板雙面接地，由此計算獲得介質內部各點的入射粒子通量，再結合介質深層帶電輻射誘導電導率(RIC)模型即電流連續性方程、泊松方程和深層俘獲方程獲得介質內部各點的電位sdE(x,t) + σ(χ) + μρ (χ，ο] ￡(χ，ο + J (χ) = Jq ( )(λιL^_JJg 必(，t、二 ρ (jc，t) + ρ (χ, t)αχ 1 dP (Χ, O P (x,t)f P (χ, )、~￡-=—- I——￡- dtτρ Vm J其中ε為材料的介電常數5. 6X8. 85X10_12F/m，μ為自由電荷遷移率，取為0，τ為自由電荷俘獲時間常數范圍取10s，Pm為最大俘獲點和密度，取為4mC/cm3。E(x，t)、Pf(x, t)和Pt(x，t)分別是介質內t時刻χ處的電場、自由電荷密度和俘獲電荷密度，Jf(X)是χ處入射粒子能量，通過GEANT4模擬獲得，JtlU)是電子輻射注入電流密度，65pA/cm2。σ (χ)為材料在χ處的電導率，在輻射條件下，與劑量率相關，可表示為σ-σ +σ =本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種監測航天器內帶電電位的方法，其特征在于：所述方法步驟如下：（1）制作內帶電探頭所述內帶電探頭采用多層電路板結構，內帶電探頭包括屏蔽外殼（1?1）、多層電路板、電阻（1?5）、靜電計（1?6）；其中，所述屏蔽外殼（1?1）為上端開口的鋁質殼體，屏蔽外殼（1?1）側壁設有通孔用于穿過導線；所述多層電路板包括基板、介質層（1?4）和銅膜層（1?3），基板置于最底層，介質層（1?4）置于基板上方，介質層（1?4）和銅膜層（1?3）分別有十層，交叉疊放；電阻（1?5）和靜電計（1?6）均為九個；將多層電路板封裝并固定于屏蔽外殼（1?1）內，多層電路板上表面與屏蔽外殼（1?1）的上端開口相對，且多層電路板上、下表面均接地；多層電路板中的除最上層銅膜層（1?3）以外的每層銅膜層（1?3）均對應一個電阻（1?5）和一個靜電計（1?6），即每層銅膜層（1?3）與一個電阻（1?5）和一個靜電計（1?6）依次相連，九個靜電計（1?6）均接地，且靜電計（1?6）置于屏蔽外殼（1?1）外部，電阻（1?5）置于屏蔽外殼（1?1）內部；（2）進行電子束輻照試驗利用能量為1MeV，電流密度為65pA/cm2的電子束進行輻照，電子束置于步驟（1）所述探頭上方，使入射電子（1?2）從屏蔽外殼（1?1）上端開口處垂直入射到多層電路板內部，通過測量銅膜層（1?3）上引出導線上的電位測量多層電路板介質內部不同深度處的電位，利用靜電計（1?6）測得9根導線上的電壓；分別給出輻照10分鐘、20分鐘、30分鐘、1小時之后9根導線上的電壓。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：石紅，楊生勝，薛玉雄，秦曉剛，田愷，柳青，安恒，楊青，李存惠，湯道坦，
申請(專利權)人：中國航天科技集團公司第五研究院第五一〇研究所，
類型：發明
國別省市：