一种电场辅助颗粒运移的星球钻探采样装置制造方法及图纸

一种电场辅助颗粒运移的星球钻探采样装置，涉及一种星球钻探采样装置，本发明专利技术为解决传统钻进模式功耗大、质量大、钻进效率在较大程度上受排泄效率的影响等缺点限制了其在航天探测中的应用的问题，本发明专利技术的回转驱动部件、碎屑弹射版和薄壁光杆取芯管由上至下依次连接，薄壁光杆取芯管的下端设有薄壁取芯钻头，多个正极励场电路和多个零参考电势体交替设置在薄壁光杆取芯管上，每两个正极励场电路之间设有一个零参考电势体，电压换换模块安装在回转驱动部件的下部，高压滑环组件与电压转换模块连接，所述采样组件位于薄壁光杆取芯管的一侧，所述采样组件与电压转换模块连接。本发明专利技术解决了钻进与排屑间最佳转速的不匹配问题，功耗降低，反力减小。反力减小。反力减小。

【技术实现步骤摘要】
一种电场辅助颗粒运移的星球钻探采样装置


[0001]本专利技术涉及一种星球钻探采样装置，具体涉及一种电场辅助颗粒运移的星球钻探采样装置，本专利技术属于地外天体采样探测



技术介绍

[0002]为了解星球原始的物质组成、外来物质、形成时间等重要信息，研究地外天体的地形地貌组成、构造变形以及形成和演化历史，需要通过钻探采样的方式获取星球地下的样品。
[0003]传统钻进模式采用“螺旋排屑+回转切削”的方式，其功耗大、质量大、钻进效率在较大程度上受排屑效率的影响等缺点限制了其在航天探测中的应用。
[0004]专利技术中涉及到的一些
技术介绍
原理如下：
[0005](1)压电变压器升压原理(见说明书附图图三)
[0006]由于系统的供电模块无法提供排屑电场的万伏激励电压，需要采用升压模块。介于压电变压器相对于传统的绕组变压器具有的体积小、重量轻、耐高温、耐辐射、抗电磁干扰、高可靠性特点。升压模块采用压电变压器。
[0007]压电变压器由两个部分组成，驱动部分和发电部分。驱动部分在输入端的交变低电压的激励下，根据逆压电效应将电能转化为机械能，实现沿长度方向的伸缩振动，从而激励压电变压器的右端的发电部分，根据正压电效应实现将机械能转化为电能。由于驱动部分和发电部分的极化方向不同和压电振子的长度远大于厚度，故输入端的阻抗远小于输出端的阻抗，致使输出端的电压幅值远大于输出端的值，从而达到升压的目的。
[0008](2)电场激励原理
[0009]极化后的介质在电场中会沿着电势降低的方向运动，但电场力是短程力，大小随其距场源的距离急剧下降，单峰电场无法使颗粒进行长程运移。当正负电势体在同一平面沿同一直线交替排列时，空间中会出现正负交替的电场势阱，(如说明书附图图四所示)。
[0010]阶段一：颗粒在未进入电场前通过极化响应的方式对外显电性束缚电荷并向电场势能降低的方向运动，(如说明书附图图五所示)；
[0011]阶段二：
[0012]当颗粒运动至势阱中心时，
[0013]A颗粒本身在惯性作用下向前运动；
[0014]B通过低电导率的包覆层获得电极的电荷自由电荷与高电势体接触时获得正电荷，与低电势体接触时获得负电荷，颗粒获得与电极极性相同的电荷并运动至下一个电势阱区域内。
[0015]在下一个电势阱区域内颗粒因获得与上一电极极性相同的电荷而排斥，与下一电极极性相反而吸引，因此颗粒继续向前运动；
[0016]阶段三：
[0017]当颗粒运动至下一势阱中心时，
[0018]A颗粒首先仍在惯性作用下向前运动；
[0019]B其次颗粒通过接触中和掉与上一势阱中心接触时所带的电荷；
[0020]C最后颗粒带上与该势阱中心极性相同的电荷并进入下一势阱区域。
[0021]重复上述过程，颗粒即可按任意预设轨迹长距离运动。
[0022](3)低功耗低反力钻进原理
[0023]传统的回转切削+螺旋排屑的钻进模式中，切削功耗仅占总体功耗的30％，大部分的功耗消耗在螺旋排屑及为配合螺旋排屑而损失的能量上，且这一比例随钻进深度的增加而进一步增大。

技术实现思路

[0024]本专利技术为解决传统钻进模式功耗大、质量大、钻进效率在较大程度上受排屑效率的影响等缺点限制了其在航天探测中的应用的问题，进而提供了一种电场辅助颗粒运移的星球钻探采样装置。
[0025]本专利技术为解决上述问题采取的技术方案是：
[0026]本专利技术包括回转驱动部件、电压转换模块、高压滑环、碎屑弹射版、正极励场电路、零参考电势体、薄壁光杆取芯管、薄壁取芯钻头和采样组件，所述回转驱动部件、碎屑弹射版和薄壁光杆取芯管由上至下依次连接，薄壁光杆取芯管的下端设有薄壁取芯钻头，多个正极励场电路和多个零参考电势体交替设置在薄壁光杆取芯管上，每两个正极励场电路之间设有一个零参考电势体，电压换换模块安装在回转驱动部件的下部，高压滑环组件与电压转换模块连接，所述采样组件位于薄壁光杆取芯管的一侧，所述采样组件与电压转换模块连接。
[0027]进一步地，所述采样组件包括热控模块、样品处理舱、电场采样槽、气体传输管道、机电接口和支架，支架的上端设有机电接口，支架的下端设有热控模块，气体传输管道插装在支架内，气体传输管道的上端延伸至机电接口的上端，气体传输管道的下端与样品处理舱连接，电场采样槽位于薄壁光杆取芯管与支架之间，电场采样槽向右下方倾斜设置，电场采样槽的右端穿过支架的侧壁与样品处理舱连通。
[0028]进一步地，电场采样槽包括槽体、多个正极励场电路和多个零参考电势体，多个正极励场电路和多个零参考电势体间隔设置在槽体上。
[0029]进一步地，电压转换模块中由压电变压器提供排屑电场的万伏激励电压。
[0030]进一步地，高压滑环的内圈固定在薄壁光杆取芯管上，并与薄壁光杆取芯管上的正极励场电路相连。
[0031]进一步地，薄壁光杆取芯管包括绝缘薄膜层、导电极片层、绝缘衬底层和钻体层，绝缘薄膜层、导电极片层、绝缘衬底层和钻体层由外至内依次设置。
[0032]进一步地，绝缘薄膜层的厚度为0.1mm。
[0033]进一步地，导电极片层的厚度为0.1mm。
[0034]进一步地，薄壁取芯钻头直径尺寸大于薄壁光杆取芯管。
[0035]本专利技术的有益效果是：
[0036]1、本专利技术通过电场排屑机制的引入使钻具结构简化，尺寸减小，解决了钻进与排屑间最佳转速的不匹配问题，改善钻进规程，使钻的效能提高，功耗降低，反力减小；
[0037]2、电场的引入与传统的螺旋排屑相比，节省占比达50％的排屑功耗，而额外的电场排屑功耗仅为几瓦，大大降低钻进功耗；
[0038]3、电场排屑无需与孔壁接触，削减了钻体与孔壁间的摩擦力矩及摩擦功耗；
[0039]4、薄壁取芯钻头使钻具切削刃有效切削长度减小，从而降低切削反力，减小切削功耗，进一步降低切削功耗及切削反力矩。
附图说明
[0040]图1是本专利技术的整体结构示意图；
[0041]图2是本专利技术中薄壁光杆取芯管的结构示意图；
[0042]图3是压电变压器原理图；
[0043]图4是电场势阱平面阵列仿真分析图；
[0044]图5是颗粒在电场激励下的响应原理。
[0045]图中：1
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回转驱动部件、2
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电压转换模块、3
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高压滑环组件、4
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碎屑弹射版、5
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正极励场电路、6
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零参考电势体、7
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薄壁光杆取芯管、8
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薄壁取芯钻头、9
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热控模块、10
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样品处理舱、11
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电场采样槽、12
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气体传输管道、13
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机电接口、14
‑
绝缘薄膜层、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电场辅助颗粒运移的星球钻探采样装置，其特征在于：所述一种电场辅助颗粒运移的星球钻探采样装置包括回转驱动部件(1)、电压转换模块(2)、高压滑环组件(3)、碎屑弹射版(4)、正极励场电路(5)、零参考电势体(6)、薄壁光杆取芯管(7)、薄壁取芯钻头(8)和采样组件，所述回转驱动部件(1)、碎屑弹射版(4)和薄壁光杆取芯管(7)由上至下依次连接，薄壁光杆取芯管(7)的下端设有薄壁取芯钻头(8)，多个正极励场电路(5)和多个零参考电势体(6)交替设置在薄壁光杆取芯管(7)上，每两个正极励场电路(5)之间设有一个零参考电势体(6)，电压换换模块(2)安装在回转驱动部件(1)的下部，高压滑环(3)与电压转换模块(2)连接，所述采样组件位于薄壁光杆取芯管(7)的一侧，所述采样组件与电压转换模块(2)连接。2.根据权利要求1所述的一种电场辅助颗粒运移的星球钻探采样装置，其特征在于：所述采样组件包括热控模块(9)、样品处理舱(10)、电场采样槽(11)、气体传输管道(12)、机电接口(13)和支架(14)，支架(14)的上端设有机电接口(13)，支架(14)的下端设有热控模块(9)，气体传输管道(12)插装在支架(14)内，气体传输管道(12)的上端延伸至机电接口(13)的上端，气体传输管道(12)的下端与样品处理舱(10)连接，电场采样槽(11)位于薄壁光杆取芯管(7)与支架(14)之间，电场采样槽(11)向右下方倾斜设置，电场采样槽(11)的右端穿过支架(14)的侧壁与样品处理舱(10)连通。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟伟，姜生元，徐传喜，崔中雨，苏小波，唐钧跃，刘伟，阮旭，
申请(专利权)人：四川波凡同创机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：