引力参考传感器检测质量块电荷积累与控制

发布时间：2021-09-09 06:53

　　引力参考传感器（又称惯性传感器）是空间引力波探测等任务中的关键载荷,其中检测质量块经历各种宇宙环境之后,由于部分高能粒子的作用,检测质量块上会逐渐积累电荷,这些累积的电荷随时间增长到一定的程度时,引起的噪声会影响航天器无拖曳控制和相关任务科学目标的实现。本文分析了检测质量块的电荷积累机制,介绍了几种利用光电效应对检测质量块进行电荷控制的结构,并设计了利用250 nm紫外光对检测质量块电荷进行控制的实验,最后对检测质量块电荷控制方法进行了总结。 

【文章来源】：真空与低温. 2020,26(02)

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

利用光电效应进行的检测质量块电荷控制原理图

图2[7]是检测质量块和其电极笼的结构示意图。检测质量块为直径1.9 cm的石英球体，表面镀有一层1.3μm厚的铌薄膜；电极笼内表面镀有0.02μm厚的钛膜，检测质量块至电极笼内表面距离为30μm。检测质量块在650 km极地轨道上的电荷积累主要有三种机制[7]：宇宙辐射、检测质量块悬浮和检测质量块自旋。宇宙辐射充电机制主要是高能质子以速率6×109（质子/y）注入检测质量块，使检测质量块以大约1V/y的速率正充电。检测质量块悬浮和自旋机制引起的充电难以估计，并且只发生在实验开始的时候。检测质量块在650 km极地轨道上1个星期的平均电荷积累超过15 mV。GP-B任务中采用的紫外光由两盏10μW、254 nm射频放电汞灯提供，由光纤传导至检测质量块，检测质量块的光电发射效率大约在20～200 fA/μW之间[12]。

图3是GP-B电荷控制系统地面测试结构图[7]。该地面测试是在室温，压力为1.33×10-5Pa下进行的。如图3所示，通过光纤引导紫外光照射在检测质量块上。由于紫外光线在检测质量块上的反射能够照射在电荷控制电极上，因此，检测质量块和电荷控制电极都能由于光电效应发射出光电子。可通过调节电荷控制电极和检测质量块之间的偏压来控制光电流的流向。在该装置中，通过导线将检测质量块直接与电流计连接，测量光电流的大小。该地面测试通过调节偏压+18 V、-18 V、0 V获得检测质量块控制电势，如图4所示。图4 调节偏压获得检测质量块控制电势的地面测试结果

【参考文献】：
期刊论文
[1]表面吸附污染对多晶铜和金功函数的影响[J]. 朱瑞,赵志娟,安辰杰,徐军.  电子显微学报. 2018(03)
[2]空间引力波探测计划-LISA系统设计要点[J]. 王智,马军,李静秋.  中国光学. 2015(06)
[3]空间激光干涉引力波探测[J]. 罗子人,白姗,边星,陈葛瑞,董鹏,董玉辉,高伟,龚雪飞,贺建武,李洪银,李向前,李玉琼,刘河山,邵明学,宋同消,孙保三,唐文林,徐鹏,徐生年,杨然,靳刚.  力学进展. 2013(04)
[4]光电传感器的原理及应用[J]. 寻艳芳.  科技资讯. 2012(36)



本文编号：3391636