本发明专利技术涉及一种介质材料内部电荷及电场分布原位测试系统及方法，具体涉及一种能够原位测试星用介质材料的内部电荷及电场分布的系统及方法，属于测量领域。所述系统包括真空罐、上电极、电磁阀、抽真空系统、直流高压电源、测试信号线、工控机、示波器、屏蔽法兰、高压纳秒脉冲发生器、空间电荷检测装置主机、电子加速器。所述方法通过电子加速器使高能电子通过上电极孔注入到样品表面，同时通过示波器和工控机记录测试波形；将工控机记录的标定波形与测试波形进行数据处理，得到样品中的电荷分布。可对地面模拟的空间高能电子射入空间材料产生的内部电荷及电场分布进行原位监测。并避免了辐照后拿出样品测量带来的误差，使测试信号不受干扰。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，具体涉及一种能够原位测试星用介质材料的内部电荷及电场分布的系统及方法，属于测量领域。
技术介绍
卫星内带电一般是由于空间中能量在O. I IOMeV的高能电子射入材料内引起的，上述高能电子能够穿透卫星结构(卫星表面材料、电缆护层等)并在电缆绝缘层、印制电路板及电容器部件上沉积电荷，当高能电子注入卫星介质材料时，可能会导致材料强度下降。如果介质内入射电子的沉积速率超过其泄放速率时,介质内电荷密度将逐渐增大，电场强度也随之增强，当内建电场强度超过介质材料的击穿强度时将发生内放电。内放电通常接近于电子系统，从而对卫星系统的工作的危害更直接。随着卫星电子系统性能的提高和大量新材料的使用，卫星对空间高能电子环境引起的介质材料内带电效应问题也越来越敏感，卫星内带电防护技术成为发展长寿命应用卫星所必须解决的关键技术之一。因此开展卫星内带电防护技术研究，在地面模拟卫星内带电，监测介质材料内部电荷及电场分布对于卫星内带电防护有着重要的意义。国内在介质材料内带电效应的研究方面在近几年已取得一定研究成果，中国航天科技集团公司五院五一O所与西安交通大学联合研究，开发出高能电子辐照下的介质材料内部电荷及电场分布测量装置-空间电荷测量仪，但该仪器只可以测量高能电子辐照后材料的内部电荷及电场分布，不能实现原位测试，由于高能电子的辐射性，在关闭高能电子加速器后还需要至少半小时时间才可以将辐照后的材料样品取出测试，在这个过程中由于材料会接触空气及其它介质导致电荷泄放，使测量结果出现偏差。为了减小偏差，需要一种高能电子辐照下的介质材料内部电荷及电场分布原位测试的方法。专利技术内容本专利技术提供一种能够原位测试星用介质材料内部电荷及电场分布的系统及方法，能解决高能电子辐照样品后，再将样品取出进行电荷及电场分布，这一测试过程中的电荷泄放和测量带来的误差。为解决上述问题，本专利技术的技术方案如下一种介质材料内部电荷及电场分布原位测试系统，所述系统包括真空罐、上电极、电磁阀、抽真空系统、直流高压电源、测试信号线、工控机、示波器、屏蔽法兰、高压纳秒脉冲发生器、空间电荷检测装置主机、电子加速器。其中，在真空罐内部，空间电荷检测装置主机安装在真空罐底面上，样品放置在主机上表面，在样品上放置上电极；所述上电极为金属圆柱体，沿中轴线开有上电极孔；电子加速器安装在真空罐顶部，发射端与上电极孔正对；真空罐底部开有第一、第二和第三通孔，在第二和第三通孔中安装有屏蔽法兰；导线通过第一通孔，将直流高压电源与上电极连接；测试信号线通过第二通孔，将空间电荷检测装置主机与示波器连接，工控机通过网线与示波器连接；屏蔽导线通过第三通孔，将上电极与高压纳秒脉冲发生器连接；在真空罐外，抽真空系统通过电磁阀与真空罐连接；优选上电极孔的直径为l(T20mm ；所述测试样品为星用介质材料板，如聚四氟乙烯、聚酰亚胺，厚度为O. Γ1. 2mm ；其中，高压纳秒脉冲发生器的作用为，通过上电极给样品施加高压纳秒电脉冲，使样品中的空间电荷在高压纳秒电脉冲的作用下产生相应的压力波脉冲。直流高压电源的作用为，在标定过程中，向样品两端施加强电场，研究样品介质在强电场作用下的电荷注入和演变；还可获得声波在样品中的传输时间，为后续的高能电子辐照后样品界面确定提供依据。空间电荷检测装置主机的作用为，实现高压纳秒电脉冲信号的测量、放大、滤波和信号调理。所述主机包括中间放大器、信号调理电路系统和压电传感器，其中压电传感器为PVDF压电材料制成，具有压电性能好、频带宽、动态响应较好与低阻抗等性能。示波器的作用为，显示和记录经由空间电荷检测装置主机输出的高压纳秒电脉冲信号。工控机的作用为，将示波器显示的脉冲波形进行存储。一种介质材料内部电荷及电场分布原位测试方法，所述方法步骤如下步骤一、将样品进行干燥处理后，在其上下表面涂抹硅胶；步骤二、将样品放入真空罐中，上电极与空间电荷检测装置主机之间，使电子加速器的发射端与上电极孔正对；步骤三、关闭真空罐，打开电磁阀，开启抽真空系统抽真空，至真空罐内的真空度低于 9 X KT3Pa ；打开直流高压电源，将电压调至250(T3500V ；打开高压纳秒脉冲发生器；打开示波器，将示波器的调节触发电平在IOOmV以内，调出脉冲波形，打开工控机记录标定波形，完成对样品内部电荷和电场分布的标定；然后关闭直流高压电源、示波器；步骤四、打开电子加速器，使高能电子通过上电极孔注入到样品表面，同时打开示波器，调节示波器的触发电平在IOOmV以内，调出波形，打开工控机记录测试波形；步骤五、将工控机记录的标定波形与测试波形进行数据处理，得到样品中的电荷分布。优选步骤四中，所述高能电子的能量为O. I lOMeV。有益效果I.本专利技术提供了一种介质材料内部电荷及电场分布原位测试系统，在所述系统中，沿上电极中轴线上开有上电极孔，使电子可以直射在样品上，且不影响高压脉冲信号通过上电极传到空间电荷检测装置主机上，因此上电极孔的孔径应在一个特定的范围才可以两样兼顾，经试验Φ IOmm 20mm的上电极孔可实现以上目标。2.所述系统将空间电荷检测装置主机放置在真空罐内的电子加速器下，全部测试信号线采用屏蔽电缆，通过真空罐上安装的屏蔽法兰，将测试信号引出到测试室外进行测量，完全避免了辐照后拿出样品测量带来的误差，使测试信号不受干扰。3.本专利技术提供的原位测试方法，通过电子加速器在地面模拟能量为O. I IOMeV空间高能电子，可注入样品材料内部。将带屏蔽的信号线通过真空罐内壁上的屏蔽法兰与真空罐外的测试室相连，通过示波器与工控机进行数据监测和采集。可对地面模拟的空间高能电子射入空间材料产生的内部电荷及电场分布进行原位监测。附图说明图I是本专利技术所述的介质材料内部电荷及电场分布原位测试系统的结构示意图。图2是实施例中，示波器测试得到的脉冲波形。图3是实施例中，经过不同束流密度的电子辐照后，样品不同厚度位置的空间电荷分布。图4是是实施例中，经过不同束流密度的电子辐照后，样品不同厚度位置的空间电场分布。图中1 —真空罐；2 —上电极孔；3 —上电极；4 —样品；5 —电磁阀；6 —抽真空系统；7 —直流闻压电源；8 —测试信号线；9 一工控机；10 —不波器；11 一屏蔽法兰；12 —闻压纳秒脉冲发生器；13 —空间电荷检测装置主机；14一电子加速器。具体实施例方式如图I所示的一种介质材料内部电荷及电场分布原位测试系统，所述系统包括真空罐I、上电极3、电磁阀5、抽真空系统6、直流高压电源7、测试信号线8、工控机9、示波器10、屏蔽法兰11、高压纳秒脉冲发生器12、空间电荷检测装置主机13、电子加速器14。其中，在真空罐I内部，空间电荷检测装置主机13安装在真空罐I底面上，样品4放置在主机13上表面，在样品4上放置上电极3 ;所述上电极3为金属圆柱体，沿中轴线开有上电极孔2 ;电子加速器14安装在真空罐I顶部，发射端与上电极孔2正对；真空罐I底部开有第一、第二和第三通孔，在第二和第三通孔中安装有屏蔽法兰11 ;导线通过第一通孔，将直流高压电源7与上电极3连接；测试信号线8通过第二通孔，将空间电荷检测装置主机13与示波器10连接，工控机9通过网线与示波器10连接；屏蔽导线通过第三通孔，将上电极3与高压纳秒本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种介质材料内部电荷及电场分布原位测试系统，其特征在于：所述系统包括真空罐（1）、上电极（3）、电磁阀（5）、抽真空系统（6）、直流高压电源（7）、测试信号线（8）、工控机（9）、示波器（10）、屏蔽法兰（11）、高压纳秒脉冲发生器（12）、空间电荷检测装置主机（13）、电子加速器（14）；其中，在真空罐（1）内部，空间电荷检测装置主机（13）安装在真空罐（1）底面上，样品（4）放置在主机（13）上表面，在样品（4）上放置上电极（3）；所述上电极（3）为金属圆柱体，沿中轴线开有上电极孔（2）；电子加速器（14）安装在真空罐（1）顶部，发射端与上电极孔（2）正对；真空罐（1）底部开有第一、第二和第三通孔，在第二和第三通孔中安装有屏蔽法兰（11）；导线通过第一通孔，将直流高压电源（7）与上电极（3）连接；测试信号线（8）通过第二通孔，将空间电荷检测装置主机（13）与示波器（10）连接，工控机（9）通过网线与示波器（10）连接；屏蔽导线通过第三通孔，将上电极（3）与高压纳秒脉冲发生器（12）连接；在真空罐（1）外，抽真空系统（1）通过电磁阀（5）与真空罐（1）连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：柳青，李得天，陈益峰，秦晓刚，汤道坦，王俊，史亮，孔风连，
申请(专利权)人：中国航天科技集团公司第五研究院第五一〇研究所，
类型：发明
国别省市：
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