【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于空间碎片环境探测，具体涉及一种电阻网与声发射组合型空间碎片探测装置和探测方法。
技术介绍
1、目前的空间环境态势显示，空间碎片环境日益恶化，在低地球轨道直径大于10cm的空间碎片已超过3.65万个，预计直径1-10mm的空间碎片数量已超过3.3亿个，直径1mm以下的碎片超过200亿个，碎片的平均速度能达到10km/s。以直径10mm的铝碎片为例，当其以10km/s的速度撞击卫星时，撞击动能高达70kj，其超高速撞击会造成卫星严重损伤，甚至解体/爆炸失效。1mm以下的空间碎片超高速撞击可在光学镜头、热控材料等敏感表面产生坑和裂纹等损伤，引起材料或组件的功能下降或失效。
2、毫米及亚毫米级微小碎片/微流星体数量众多，与航天器发生碰撞的概率非常高，带来相当大的风险性。例如：2022年5月，詹姆斯-韦伯望远镜镜面被微流星体撞击，使望远镜探测性能受到了一定影响；2022年12月，"联盟ms-22"飞船发生空间碎片/微流星碰撞事故并引发冷却系统泄漏故障。
3、目前10厘米以上尺寸的空间碎片能够通过地基望远镜或雷达进行探测、编目并有效跟踪，但是厘米级及以下空间碎片还没有有效的地面探测手段，需要建立多样化的探测设备，在轨探测获取厘米级及以下的碎片环境数据,进一步完善现有的环境数据库,提升我国碎片工程软件的风险评估能力；实现空间碎片多特征参数探测，进一步实现航天器损伤评估，为航天器碎片防护设计提供支撑,保证航天器在轨可靠运行。
4、各国开展了多种原理的微小空间碎片/微流星体探测技术研究和在轨试验，
5、半导体探测器能探测空间碎片碰撞事件的通量、能量信息，电离探测器能探测通量、能量、位置、成分信息，压电探测器能探测通量、位置、能量信息，电阻栅探测器能探测通量、位置、尺寸信息，声发射探测器能探测通量、能量、位置信息。这些探测器在空间碎片信息获取方面均不全面。
技术实现思路
1、基于上述原因，本专利技术的专利技术目的在于提供一种电阻网与声发射组合型空间碎片探测装置和方法，用于全面获取空间碎片撞击事件的通量、时间、尺寸、方向、速度、质量等信息。
2、本专利技术采用了如下的技术方案：
3、本专利技术提供一种电阻网与声发射组合型空间碎片探测装置，包括以一定间距设置的两层探测单元，其中，第一层探测单元为电阻网探测单元，探测单元的基底为基底薄膜，采用绝缘薄膜结构；第二层为声发射探测单元，探测单元的基底为金属板基底，在金属板基底上以菱形或方形构型安装四只压电传感器；其中，所述电阻导线状态的信息获取采用通/断判别的电路，每只所述压电传感器连接一个信号放大器，采集处理电路进行电信号的采集处理。
4、进一步地，在所述基底薄膜的上、下两面分别镀制平行电阻导线，两面电阻导线形成网格状的电阻网结构。
5、进一步地，所述基底薄膜为聚酰亚胺薄膜或类似特性的绝缘材料薄膜。
6、进一步地，所述基底薄膜厚度小于25微米，使亚毫米尺寸的空间碎片能够穿透。
7、进一步地，所述电阻导线，以电阻导线宽度与两根电阻导线之间的距离形成一个周期，周期尺寸小于100微米，能够实现100微米直径的碎片尺寸测量。
8、进一步地，所述电路为多路开关编码电路。
9、进一步地，所述金属板基底为铝合金或不锈钢，所述压电传感器为聚偏二氟乙烯或压电陶瓷传感器。空间碎片与金属板撞击位置的确定采用4点、双曲线定位方法。
10、本专利技术还提供一种电阻网与声发射组合型空间碎片探测方法，采用上述电阻网与声发射组合型空间碎片探测装置，包括以下步骤：
11、1)空间碎片撞击到第一层探测单元表面，其穿透电阻网薄膜造成电阻导线断线，电阻网探测单元通/断判读电路根据信号状态获取碎片撞击信息，获得碎片撞击的时间t1、碎片的尺寸d、碎片的碰撞位置(x1、y1、z1)；
12、2)空间碎片穿过第一层探测单元后，撞击至第二层探测单元的金属基板，产生弹性波信号，基板上安装的4个压电传感器，接收到振动信号，并产生电信号，采用双曲线法获取碰撞位置(x2，y2，z2)，结合弹性波在金属基板中传播速度的标定结果v0，可以获取空间碎片碰撞时间t2；
13、3)根据第一层探测单元获取的碰撞位置(x1、y1、z1)，第二层探测单元获取的碰撞位置(x2，y2，z2)，结合空间碎片碰撞两层探测单元的时间差(t2-t1)，可以获取空间碎片的速度v；
14、4)根据第一层探测单元获取的空间碎片碰撞位置坐标(x1、y1、z1)以及第二层探测单元获取空间碎片碰撞位置坐标(x2，y2，z2)，可以获取空间碎片的方向信息；
15、5)根据空间碎片撞击后压电传感器产生的电压信号大小，结合撞击能量标定结果，获取空间碎片的能量信息e；
16、6)根据空间碎片的能量信息e、速度信息v，获取空间碎片的质量信息m，根据第一层电阻网探测单元对空间碎片的阻挡效率地面标定结果，进一步标定空间碎片的实际特征信息。
17、进一步地，空间碎片与金属板撞击位置的确定采用4点、双曲线定位方法。
18、有益效果：
19、本专利技术通过电阻网探测单元与声发射探测单元组合，建立一种组合型空间碎片探测装置，可有效获取尺寸0.1mm以上空间微小碎片通量、时间、尺寸、方向、速度、质量等全面信息，在空间碎片碰撞特征检测灵敏性、全面性方面具有优势，同时，其在环境适应性、系统集成度、易用性等方面也适用于开展在轨探测应用。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种电阻网与声发射组合型空间碎片探测装置，其特征在于，包括以一定间距设置的两层探测单元，其中，第一层探测单元为电阻网探测单元，探测单元的基底为基底薄膜，采用绝缘薄膜结构；第二层为声发射探测单元，探测单元的基底为金属板基底，在金属板基底上以菱形或方形构型安装四只压电传感器；其中，所述电阻导线状态的信息获取采用通/断判别的电路，每只所述压电传感器连接一个信号放大器，采集处理电路进行电信号的采集处理。
2.根据权利要求1所述的电阻网与声发射组合型空间碎片探测装置，其特征在于，在所述基底薄膜的上、下两面分别镀制平行电阻导线，两面电阻导线形成网格状的电阻网结构。
3.根据权利要求2所述的电阻网与声发射组合型空间碎片探测装置，其特征在于，所述基底薄膜为聚酰亚胺薄膜或类似特性的绝缘材料薄膜。
4.根据权利要求2所述的电阻网与声发射组合型空间碎片探测装置，其特征在于，所述基底薄膜厚度小于25微米，使亚毫米尺寸的空间碎片能够穿透。
5.根据权利要求2所述的电阻网与声发射组合型空间碎片探测装置，其特征在于，所述电阻导线，以电阻导线宽度与两根电阻导线
6.根据权利要求2所述的电阻网与声发射组合型空间碎片探测装置，其特征在于，所述电路为多路开关编码电路。
7.根据权利要求1所述的电阻网与声发射组合型空间碎片探测装置，其特征在于，所述金属板基底为铝合金或不锈钢，所述压电传感器为聚偏二氟乙烯或压电陶瓷传感器。
8.一种电阻网与声发射组合型空间碎片探测方法，其特征在于，采用根据权利要求1-7任一项所述的电阻网与声发射组合型空间碎片探测装置，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，空间碎片与金属板撞击位置的确定采用4点、双曲线定位方法。
...【技术特征摘要】
1.一种电阻网与声发射组合型空间碎片探测装置，其特征在于，包括以一定间距设置的两层探测单元，其中，第一层探测单元为电阻网探测单元，探测单元的基底为基底薄膜，采用绝缘薄膜结构；第二层为声发射探测单元，探测单元的基底为金属板基底，在金属板基底上以菱形或方形构型安装四只压电传感器；其中，所述电阻导线状态的信息获取采用通/断判别的电路，每只所述压电传感器连接一个信号放大器，采集处理电路进行电信号的采集处理。
2.根据权利要求1所述的电阻网与声发射组合型空间碎片探测装置，其特征在于，在所述基底薄膜的上、下两面分别镀制平行电阻导线，两面电阻导线形成网格状的电阻网结构。
3.根据权利要求2所述的电阻网与声发射组合型空间碎片探测装置，其特征在于，所述基底薄膜为聚酰亚胺薄膜或类似特性的绝缘材料薄膜。
4.根据权利要求2所述的电阻网与声发射组合型空间碎片探测装置，其特征在于，所述基底薄膜厚...
【专利技术属性】
技术研发人员：于钱，张品亮，武强，彭吉龙，王俊峰，陈川，曹燕，龚自正，
申请(专利权)人：北京卫星环境工程研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。