利用孤立导体建立等离子体探测载荷参考电位方法
发布时间：2021-06-20 20:21
研究讨论了一种利用孤立导体在空间等离子体环境中建立探测器参考电位的技术.将一个金属导体与航天器进行电隔离,利用电路将孤立导体电位引入探测器电源模块,为探测器建立参考电位.该技术可安全方便地应用于卫星等航天器,使探测器的地电位与空间等离子体电位基本一致,避免航天器本体电位对探测器的影响.该技术将应用于中国空间站等离子体原位探测器,通过测试验证了该技术方法可以建立-210～+210 V的参考电位,满足空间站等离子体原位探测器-200～+200 V的参考电位技术需求.
【文章来源】：空间科学学报. 2020,40(01)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图５参考电位的测试电路??Ｆｉｇ．?５?Ｔｅｓｔ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ｏｆ?ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ?ｐｏｔｅｎｔｉａｌ??
地与反相输入端电势相等，即与导??体金属板的参考电位相同．通过这样的参考势电路，??即可为卫星载荷建立与空间等离子体相一致的参考??电位．??载荷电源模块负责为载荷供电，同时也为参考势??电路中的运算放大器供电．卫星载荷的电源模块可??选用ＤＯＤＣ隔离型器件，实现与卫星一次电源的电??气隔离．载荷电子线路也需要号航天器采取电气隔??离，以确保载荷电源地电位与航天器电源地电位相互??独立，避免航天器本体电位对参考电位产生影响．??运＃放大器是参考势电路的核心部件，其型号选??图３参考电位的仿真结ｊ果??Ｆｉｇ．?３?Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ?ｐｏｔｅｎｔｉａｌ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｒｅｓｕｌｔ??取对参考势电路的性能有重要影响．由于载荷电源??棋块地端＾运放同相端相连，为避免运放破坏导体金??属板收集离子电流和电子电流的Ｔ－衡，从而改变导体??金属板参考电势，运放应具有高输入阻抗、低输入偏??置电流的特性．经过参数对比以及实验验证，最终选??取ＯＰ２７型运笄放大器．ＱＰ２７运算放大器是一种低??噪声、低温漂的高精度运算放大器，在士１５?Ｖ供电??下，输入偏置电流不超过±１５０ｎＡ，典型的差模输入??电阻为共模输入电阻为２？３ＧＲ可以满足??参考势电路所需运放的高阻抗要求．??３测试试验??３．１实验原理及过程??由于实验室非空问等离子体环境，无法再现卫星??结构地带电现象，因此在图．４所示电路中的导体金属??板，卫星结构地之间加载一个电压，模拟导体金属板??与卫星结构地之间的电压差．图５为实验室环境下??的测试电路，可调电压源通过电阻丑与运放输出端??相连，该电阻为航天器结构地通过空间等离子体＿导??
李晓明等：利用孤Ａ导体建立等离子体揮测载荷参考电位方法??８５：??位，该负电位掃要通过参考势电路与卫星载荷的电源??地连接．如图４所示，在导体金属板的表面，通过引线??将形成的参考电位连接到一个运算放大器的聚相糠??入端，运算放大器的输出端接到卫星结构地，并通过??空间等离子体与导体金属板形成电气连接，使参考势??电路构成闭环系纟充，从而使得运算放大器的同相输入??端电压与反相输入端电压相等．将载荷电源模块的电??源地连接到运算放大器的同相输入端，由宁电路中运??放同相输入端电势与反相输入端电势相等，因此探测??器电源模块的电源地与反相输入端电势相等，即与导??体金属板的参考电位相同．通过这样的参考势电路，??即可为卫星载荷建立与空间等离子体相一致的参考??电位．??载荷电源模块负责为载荷供电，同时也为参考势??电路中的运算放大器供电．卫星载荷的电源模块可??选用ＤＯＤＣ隔离型器件，实现与卫星一次电源的电??气隔离．载荷电子线路也需要号航天器采取电气隔??离，以确保载荷电源地电位与航天器电源地电位相互??独立，避免航天器本体电位对参考电位产生影响．??运＃放大器是参考势电路的核心部件，其型号选??图３参考电位的仿真结ｊ果??Ｆｉｇ．?３?Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ?ｐｏｔｅｎｔｉａｌ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｒｅｓｕｌｔ??取对参考势电路的性能有重要影响．由于载荷电源??棋块地端＾运放同相端相连，为避免运放破坏导体金??属板收集离子电流和电子电流的Ｔ－衡，从而改变导体??金属板参考电势，运放应具有高输入阻抗、低输入偏??置电流的特性．经过参数对比以及实验验证，最终选??取ＯＰ２７型运笄放大器．ＱＰ２７运算放大
【参考文献】：
期刊论文
[1]复杂太空环境对航天器的影响[J]. 周立栋,孙永卫,蒙志成. 飞航导弹. 2017(07)
[2]电磁监测试验卫星朗缪尔探针电离层探测技术[J]. 刘超,关燚炳,张爱兵,郑香脂,孙越强. 物理学报. 2016(18)
[3]沿面介质阻挡放电等离子体特性参数的仿真计算[J]. 郝玲艳,李清泉,毕晓甜,刘宾. 高电压技术. 2014(10)
[4]电磁监测卫星太阳电池阵表面等电位控制[J]. 赵颖,刘松喆,金海雯. 电源技术. 2014(02)
[5]等离子体环境非偏置固体表面带电研究[J]. 曹鹤飞,刘尚合,孙永卫,原青云. 物理学报. 2013(11)
[6]天基朗缪尔探针传感器设计与仿真[J]. 关燚炳,王世金,刘超. 空间科学学报. 2012(05)
[7]航天器交汇对接电位控制研究与航天器电位监测[J]. 关燚炳,王世金,梁金宝,刘超. 科技导报. 2011(29)
[8]归因于空间环境的航天器故障与异常[J]. 冯伟泉. 航天器环境工程. 2011(04)
[9]低轨道磁化等离子体中运动航天器等离子体鞘层特性[J]. 曹晋滨,汪学毅,周国成,陈涛. 地球物理学报. 2000(04)
本文编号：3239866
【文章来源】：空间科学学报. 2020,40(01)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图５参考电位的测试电路??Ｆｉｇ．?５?Ｔｅｓｔ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ｏｆ?ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ?ｐｏｔｅｎｔｉａｌ??
地与反相输入端电势相等，即与导??体金属板的参考电位相同．通过这样的参考势电路，??即可为卫星载荷建立与空间等离子体相一致的参考??电位．??载荷电源模块负责为载荷供电，同时也为参考势??电路中的运算放大器供电．卫星载荷的电源模块可??选用ＤＯＤＣ隔离型器件，实现与卫星一次电源的电??气隔离．载荷电子线路也需要号航天器采取电气隔??离，以确保载荷电源地电位与航天器电源地电位相互??独立，避免航天器本体电位对参考电位产生影响．??运＃放大器是参考势电路的核心部件，其型号选??图３参考电位的仿真结ｊ果??Ｆｉｇ．?３?Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ?ｐｏｔｅｎｔｉａｌ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｒｅｓｕｌｔ??取对参考势电路的性能有重要影响．由于载荷电源??棋块地端＾运放同相端相连，为避免运放破坏导体金??属板收集离子电流和电子电流的Ｔ－衡，从而改变导体??金属板参考电势，运放应具有高输入阻抗、低输入偏??置电流的特性．经过参数对比以及实验验证，最终选??取ＯＰ２７型运笄放大器．ＱＰ２７运算放大器是一种低??噪声、低温漂的高精度运算放大器，在士１５?Ｖ供电??下，输入偏置电流不超过±１５０ｎＡ，典型的差模输入??电阻为共模输入电阻为２？３ＧＲ可以满足??参考势电路所需运放的高阻抗要求．??３测试试验??３．１实验原理及过程??由于实验室非空问等离子体环境，无法再现卫星??结构地带电现象，因此在图．４所示电路中的导体金属??板，卫星结构地之间加载一个电压，模拟导体金属板??与卫星结构地之间的电压差．图５为实验室环境下??的测试电路，可调电压源通过电阻丑与运放输出端??相连，该电阻为航天器结构地通过空间等离子体＿导??
李晓明等：利用孤Ａ导体建立等离子体揮测载荷参考电位方法??８５：??位，该负电位掃要通过参考势电路与卫星载荷的电源??地连接．如图４所示，在导体金属板的表面，通过引线??将形成的参考电位连接到一个运算放大器的聚相糠??入端，运算放大器的输出端接到卫星结构地，并通过??空间等离子体与导体金属板形成电气连接，使参考势??电路构成闭环系纟充，从而使得运算放大器的同相输入??端电压与反相输入端电压相等．将载荷电源模块的电??源地连接到运算放大器的同相输入端，由宁电路中运??放同相输入端电势与反相输入端电势相等，因此探测??器电源模块的电源地与反相输入端电势相等，即与导??体金属板的参考电位相同．通过这样的参考势电路，??即可为卫星载荷建立与空间等离子体相一致的参考??电位．??载荷电源模块负责为载荷供电，同时也为参考势??电路中的运算放大器供电．卫星载荷的电源模块可??选用ＤＯＤＣ隔离型器件，实现与卫星一次电源的电??气隔离．载荷电子线路也需要号航天器采取电气隔??离，以确保载荷电源地电位与航天器电源地电位相互??独立，避免航天器本体电位对参考电位产生影响．??运＃放大器是参考势电路的核心部件，其型号选??图３参考电位的仿真结ｊ果??Ｆｉｇ．?３?Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ?ｐｏｔｅｎｔｉａｌ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｒｅｓｕｌｔ??取对参考势电路的性能有重要影响．由于载荷电源??棋块地端＾运放同相端相连，为避免运放破坏导体金??属板收集离子电流和电子电流的Ｔ－衡，从而改变导体??金属板参考电势，运放应具有高输入阻抗、低输入偏??置电流的特性．经过参数对比以及实验验证，最终选??取ＯＰ２７型运笄放大器．ＱＰ２７运算放大
【参考文献】：
期刊论文
[1]复杂太空环境对航天器的影响[J]. 周立栋,孙永卫,蒙志成. 飞航导弹. 2017(07)
[2]电磁监测试验卫星朗缪尔探针电离层探测技术[J]. 刘超,关燚炳,张爱兵,郑香脂,孙越强. 物理学报. 2016(18)
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[6]天基朗缪尔探针传感器设计与仿真[J]. 关燚炳,王世金,刘超. 空间科学学报. 2012(05)
[7]航天器交汇对接电位控制研究与航天器电位监测[J]. 关燚炳,王世金,梁金宝,刘超. 科技导报. 2011(29)
[8]归因于空间环境的航天器故障与异常[J]. 冯伟泉. 航天器环境工程. 2011(04)
[9]低轨道磁化等离子体中运动航天器等离子体鞘层特性[J]. 曹晋滨,汪学毅,周国成,陈涛. 地球物理学报. 2000(04)
本文编号：3239866
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