[发明专利]一种介质材料电导率测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种介质材料电导率测量装置及方法，属于测量领域。

背景技术

介质材料充放电效应是引起中、高轨道卫星异常现象的重要原因之一。由于在中、高轨道存在大量的空间高能电子，这些高通量高能电子可直接穿透卫星结构和仪器设备等的屏蔽层，进入卫星内部的电路板、导线绝缘层等介质材料中，导致绝缘介质材料深层电荷沉积，从而形成介质材料内带电。介质材料内带电过程包括电荷沉积和电荷泄放两个过程，其中高能电子辐照将引起的介质辐射诱导电导率（RIC）是影响电荷泄放速率的重要因素。RIC的产生引起电荷泄漏速率的增大，解决了沉积电荷导电通道的问题，使得沉积在介质体内电荷量减小，进而使得介质内电场强度的减小以及达到稳定状态的时间同数量级的减小。因此，介质材料的辐射诱导电导率在决定内带电程度及击穿可能性中起重要作用，是介质内带电研究的重要材料特性参数。

伴随着我国卫星技术的不断进步，为了满足通信卫星长寿命高性能的需求，我国卫星平台都将大量采用高比冲、长寿命、高效率的离子电推进系统，需要使用高达1000V的工作电压。当卫星运行在地球同步轨道（GEO）轨道时，其空间带电环境中的高能电子辐照会引起卫星介质材料充放电效应。此时，工作高压产生的强电场对介质材料的电导率也会产生影响，而场致效应和辐照效应同时对介质材料充放电效应的影响尚且不明确，因此，亟需开展在不同强度电场作用下和不同能量高能电子辐照下的介质材料电导率的测量，它是介质材料充放电研究和分析中必不可少的一项重要内容。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供一种介质材料电导率测量装置及方法，模拟介质材料同时受到场致效应和辐照效应的影响，解决测试过程中的微电流测试和抗干扰等技术，测得介质材料电导率。可用于测量在不同电场强度作用下和不同高能电子辐照下介质材料的电导率变化。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种介质材料电导率测量装置，所述装置包括真空室、电子加速器、介质材料样品、平板电极、绝缘垫、高压电源、静电计、真空抽气系统、样品台、三维传动机构、接地开关、非接触式电位计；

其中，在真空室内部，电子加速器安装在真空室顶部；样品台安装在真空室底面上，样品台上设置绝缘垫；介质材料样品放置在绝缘垫上表面，在介质材料样品和绝缘垫之间设有金属背电极；连接介质材料样品金属背电极的导线穿过绝缘垫并从绝缘垫下面引出后，与真空室外的静电计连接后接地。

在介质材料样品左右两侧分别设有一个平板电极，其中一个平板电极与真空室外的接地开关连接后接地，以消除平板电极对非接触式电位计的干扰；另一个平板电极与真空室外的高压电源连接；

在真空室内设有三维传动机构，三维传动机构上设有非接触式表面电位计探头；所述非接触式表面电位计探头与真空室外的非接触式表面电位计连接后接地；

在真空室外，真空抽气系统与真空室连接；

其中，优选所述金属背电极为导电金属胶带。

一种介质材料电导率测量方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一、开启真空抽气系统给真空室抽真空；

步骤二、开启电子加速器，模拟空间环境的高能电子辐照介质材料样品表面；

步骤三、开启高压电源给平板电极加高压；

步骤四、利用非接触式电位计监测介质材料样品的表面电位，利用静电计监测介质材料样品的泄漏电流；

步骤五、计算得到在某一设定电场强度下介质材料样品的辐射诱导电导率；其中，电阻率的计算公式为因此通过非接触式电位计得到的介质材料样品的表面电位V和静电计得到的介质材料样品的漏电流I，可以得到在设定电场强度下介质材料样品的辐射诱导电导率。

其中，所述步骤一中真空室的真空度低于5.0×10^－4Pa。

优选所述步骤二中电子加速器提供的高能电子能量范围在0.8～2.3MeV内可调，束流密度范围在1～25nA/cm²内可调。

优选所述步骤三中两个相对的平板电极提供的电场强度范围在0～1500V/cm内可调。

优选所述步骤四中监测介质材料样品的表面电位时，先接通接地开关将平板电极接地；然后关闭高压电源，记录非接触式电位计的读数；所述非接触式电位计型号为Trek341A；静电计型号为Keithley6517A；

有益效果