一种车载非接触式测量月球表面电位的装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种车载非接触式测量月球表面电位的装置，该装置包括：非接触式测量探头和设置在月球车内的月表电位测量电路；非接触式测量探头通过电缆和月表电位测量电路连接；其中，非接触式测量探头，用于在月表电位测量电路的控制下，向月球表面待测区域发射能量可控的带电粒子束，并实时接收经待测区域反射的带电粒子，进而将反射信号发送至月表电位测量电路；月表电位测量电路，用于控制非接触式测量探头发射带电粒子束的能量；并实时接收非接触式测量探头发送的反射信号，当监测到带电粒子处于反射和不反射的临界处时，获取此时发射带电粒子的能量值，并结合测量的等离子体电位，计算得到月球表面待测区域的电位值。计算得到月球表面待测区域的电位值。计算得到月球表面待测区域的电位值。

【技术实现步骤摘要】
一种车载非接触式测量月球表面电位的装置


[0001]本专利技术涉及航天领域，在月球环境中工作的探测载荷领域，尤其涉及一种车载非接触式测量月球表面电位的装置。

技术介绍

[0002]未来随着月球探测的开展，我国的月球车和航天员将会在月球表面开展相关科学探索和研究。相关研究表明，月球表面电位在夜间和白天存在巨大的差别。月球表面存在的种类繁多月表地形地势，也影响着月球表面电位的分布。月表表面电位及其变化对航天员在月球环境中的安全活动至关重要。航天员乘坐月球车在月面行动过程中下车活动的情况下，当航天员接触这些位置时，电位很可能会对航天员产生放电效应，威胁到航天员的安全。因此，需要一种能够车载可移动的非接触式测量月球表面电位的装置，获得真实可靠的月表电位，为航天员安全的月面活动提供数据参考。
[0003]月球表面覆盖着一层风化层，即月壤。由于空间带电粒子的作用，使得月壤带有大量电荷，从而形成月表电位。物体表面的电位本质是电荷的累积形成电势，如果采用接触式的测量不可避免的会产生累积电荷的放电，改变待测表面的电位，造成测量的结果失真。因此，需要采用非接触式的方法，以获得真实的月球表面电位。
[0004]由于月球表面存在月尘等环境，传统的非接触式测量方法，并不适用于月球表面的探测。传统的非接触式测量通常有以下几种：电容感应式、振动电容式以及集电式。电容感应式电位测量装置如图1所示，测量的基本原理是利用探头与被测带电体之间存在的电容，感应到被测电位后，获得电容的静电电压，从而获得被测电位。但是，电容感应式工作的前提是，探头与被测带电体之间必须为真空状态。当两个电极之间存在带电粒子时，该方法失效。而在月表存在月尘等离子体，因此电容感应式的非接触测量方式不适用于月表探测。振动电容式电位测量装置如图2所示，测量的工作原理是探头是一可振动的金属片，通过设定的机械振动，探头与被测带电体之间的电容周期性地变化，于是，在被测带电体静电感应的作用下，在探头上产生一个周期性变化的电压信号，从而获得被测电位。振动电容式的基本原理和电容感应式相同，当两个电极之间存在带电粒子时，该方法失效。因此，振动电容式的非接触测量方式不适用于月表探测。
[0005]集电式测量的工作原理是利用放射性同位素使空气电离，在放射性同位素作用下，空气被电离，在被测带电体与探头之间形成微弱的气体导电区域，在集电片上产生一个直流电压信号，从而获得被测电位。放射性会对航天员有伤害。另外，月表无大气，不具备空气电离的前提条件，集电势测量方式也不适用于月表探测。
[0006]另外，为实现一定区域的月表表面电位测量，该技术不能是固定点式的测量技术，应能够车载，利用月球车在月表的移动，从而实现区域范围内的月表电位测量。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术缺陷，提出了一种车载非接触式测量月球表面电
位的装置，对月表区域范围内，进行车载移动、非接触式测量月球表面电位，获得对月表不同地形地貌的电位数据。
[0008]本专利技术提出了一种车载非接触式测量月球表面电位的装置，所述装置包括：非接触式测量探头和设置在月球车内的月表电位测量电路；所述非接触式测量探头通过电缆和月表电位测量电路连接；其中，
[0009]所述非接触式测量探头，用于在月表电位测量电路的控制下，向月球表面待测区域发射能量可控的带电粒子束，并实时接收经待测区域反射的带电粒子，然后将反射信号发送至月表电位测量电路；所述带电粒子为离子或电子；
[0010]所述月表电位测量电路，用于控制非接触式测量探头发射带电粒子束的能量；并实时接收非接触式测量探头发送的反射信号，当监测到带电粒子处于反射和不反射的临界处时，获取此时发射带电粒子的能量值，并结合测量的等离子体电位，计算得到月球表面待测区域的电位值。
[0011]作为上述装置的一种改进，所述非接触式测量探头包括：带电粒子发射器和反射粒子接收器；其中，所述带电粒子发射器为圆柱形，下端设置带电粒子发射窗口；所述反射粒子接收器为圆弧形球面，在圆弧形球面中心处设置开口，开口尺寸与带电粒子发射窗口匹配，所述带电粒子发射器竖直设置于反射粒子接收器上端面的开口处。
[0012]作为上述装置的一种改进，所述非接触式测量探头的具体处理过程为：
[0013]所述带电粒子发射器交替发射离子和电子，当反射粒子接收器收到离子时，识别出待测区域带正电；否则，待测区域带负电；
[0014]当待测区域带正电时，带电粒子发射器根据月表电位测量电路的控制，按照能量从小到大扫描发射离子，当月表带负电时，按照能量从小到大扫描发射电子。
[0015]作为上述装置的一种改进，所述月表电位测量电路包括：发射带电粒子能量控制电路、接收反射粒子电路、逻辑控制电路、电位基准测量电路和供电电路；其中，
[0016]所述发射带电粒子能量控制电路，用于根据逻辑控制电路的输入参数，控制非接触式测量探头按照能量从小到大扫描发射带电粒子；同时，将实际发射的带电粒子能量值实时反馈给逻辑控制电路；
[0017]所述接收反射粒子电路，用于实时接收非接触式测量探头发送的反射信号，并输出至逻辑控制电路；
[0018]所述逻辑控制电路，用于根据反射信号监测带电粒子的反射状态，当监测到带电粒子处于反射和不反射的临界处时，从发射带电粒子能量控制电路获取此时发射带电粒子的能量值，从而得到待测区域相对于月球车的电位值V1，并根据电位基准测量电路测量得到的电位值V2，根据V＝V1+V2计算得到该待测区域的月表电位值V；
[0019]所述电位基准测量电路，用于测量得到月球车相对背景等离子体的电位V2；
[0020]所述供电电路，用于给所述月表电位测量电路供电。
[0021]作为上述装置的一种改进，所述装置还包括支架，所述支架的一端连接非接触式测量探头，另一端连接靠近月表电位测量电路的月球车端面，非接触式测量探头和月表电位测量电路之间的连接电缆安装在支架内，所述支架，用于支撑非接触式测量探头，保护连接电缆，并使得非接触式测量探头与月球车保持固定距离，同时使得非接触式测量探头与月球表面保持一定距离。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的优势在于：
[0023]本专利技术提出一种非接触、可移动式的新型月表电位探测装置，通过该装置主动发射带电粒子，利用月表对其的反射，可以非接触的探测获得真实的月表表面电位，并利用月球车的移动，突破固定位置探测的局限，可以灵活的实现对月表不同区域，不同地形地貌的表面电位测量，大幅提高探测效能
附图说明
[0024]图1是现有技术的电容感应式电位测量装置；
[0025]图2是现有技术的振动电容式电位测量装置；
[0026]图3是本专利技术的车载非接触式测量月球表面电位的装置组成框图；
[0027]图4是本专利技术的车载非接触式测量月球表面电位的装置对月表正电位测量的原理图；
[0028]图5是本专利技术的车载非接触式测量月球表面电位的装置对月表负电位测量的原理图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种车载非接触式测量月球表面电位的装置，其特征在于，所述装置包括：非接触式测量探头和设置在月球车内的月表电位测量电路；所述非接触式测量探头通过电缆和月表电位测量电路连接；其中，所述非接触式测量探头，用于在月表电位测量电路的控制下，向月球表面待测区域发射能量可控的带电粒子束，并实时接收经待测区域反射的带电粒子，然后将反射信号发送至月表电位测量电路；所述带电粒子为离子或电子；所述月表电位测量电路，用于控制非接触式测量探头发射带电粒子束的能量；并实时接收非接触式测量探头发送的反射信号，当监测到带电粒子处于反射和不反射的临界处时，获取此时发射带电粒子的能量值，并结合测量的等离子体电位，计算得到月球表面待测区域的电位值。2.根据权利要求1所述的车载非接触式测量月球表面电位的装置，其特征在于，所述非接触式测量探头包括：带电粒子发射器和反射粒子接收器；其中，所述带电粒子发射器为圆柱形，下端设置带电粒子发射窗口；所述反射粒子接收器为圆弧形球面，在圆弧形球面中心处设置开口，开口尺寸与带电粒子发射窗口匹配，所述带电粒子发射器竖直设置于反射粒子接收器上端面的开口处。3.根据权利要求2所述的车载非接触式测量月球表面电位的装置，其特征在于，所述非接触式测量探头的具体处理过程为：所述带电粒子发射器交替发射离子和电子，当反射粒子接收器收到离子时，识别出待测区域带正电；否则，待测区域带负电；当待测区域带正电时，带电粒子发射器根据月表电位测量电路的控制，按照能量从小到大扫描发射离子，当月表带负电时，按...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘超，张贤国，关燚炳，张爱兵，孙越强，孔令高，郑香脂，丁建京，田峥，王文静，
申请(专利权)人：中国科学院国家空间科学中心，
类型：发明
国别省市：