[发明专利]真空紫外辐照强度控制装置及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及真空紫外辐照试验领域，具体地，涉及一种真空紫外辐照强度控制装置及控制方法。

背景技术

真空紫外辐射的波长为115—200nm，只能在真空状态下传播。空间环境下由太阳产生的真空紫外可引起相关涂层材料光学性能、力学性能和化学性能的退化和降解。真空紫外辐照试验就是在地面模拟真空环境下的真空紫外辐照，其强度一般为太阳真空紫外辐照强度的5—10倍，并要求在试验过程中保持恒定。真空紫外辐照试验一般采用带有MgF窗口的氘灯，其发光形态为圆锥形。由于发光体本身的性能退化和辐照过程中挥发物对MgF窗口的污染，光源的发光强度会随使用时间逐渐减小，因而辐照强度也会随着试验时间逐渐降低，导致试验精度差，因此有必要对辐照强度进行补偿；另一方面，为了满足对辐照强度的精度要求，保证紫外辐照强度的恒定，真空紫外辐照试验用氘灯在没有达到使用寿命时就报废，极大地增加了试验成本。

目前，NASA已经建立了用来进行航天器材料真空紫外辐照试验的设备，得到了多种材料的真空紫外辐照性能退化曲线，为航天器热控设计和结构设计起到了支撑作用。国内相关研究机构在真空紫外辐照领域也进行了一些探索性研究，但还不具备真空紫外辐照试验的能力，只能进行200nm以上的近紫外辐照试验。

发明内容

针对当前真空紫外辐照试验的技术空白，为提高试验精度，本发明的目的是提供一种真空紫外辐照试验辐照强度控制装置及控制方法。该真空紫外辐照实验辐照强度控制装置基于闭环控制原理，通过对紫外光源总辐射量的监控，改变辐照试样板和真空紫外光源之间的距离以修正试样板辐照面上的辐照强度，保证真空紫外辐照试验辐照强度的恒定，安装及调节灵活、方便应用。

根据本发明的一个方面，提供一种真空紫外辐照试验辐照强度控制装置，包括：真空设备、真空紫外强度探测器、探测器电源、探测器移动机构、探测器伺服电机、探测器电源、电荷放大器、数据采集卡、紫外辐照试样板、试样板移动机构、试样板移动导轨、试样板伺服电机、试样板伺服电机电源、控制器和计算机，真空紫外强度探测器、探测器移动机构、紫外辐照试样板、试样板移动机构和试样板移动导轨设置在真空设备内部，其它部件设置在真空设备外部，试样板移动导轨两端与真空设备固接连接，试样板移动机构与试样板移动导轨连接，紫外辐照试样板与试样板移动机构连接，试样板伺服电机一端与试样板移动机构连接，另一端通过试样板伺服电机电源连接至控制器；探测器移动机构设置在紫外光源与紫外辐照试样板之间，真空紫外强度探测器与探测器移动机构连接，探测器伺服电机一端与真空紫外强度探测器连接，另一端通过探测器伺服电机电源连接至控制器；电荷放大器与真空紫外强度探测器连接，数据采集卡一端与电荷放大器连接，另一端连接至控制器，计算机与控制器连接，探测器电源与真空紫外强度探测器连接。

优选地，紫外辐照试样板辐照平面与光源辐照面保持平行。

优选地，试样板移动机构沿试样板移动导轨方向的移动速度不大于10cm/min。

优选地，探测器移动机构在光源辐照平面内转动，且所处平面与光源的距离d₀保持不变。

优选地，真空紫外强度探测器使用MgF窗口，在真空度为10^-3Pa的环境下正常使用，且真空紫外强度探测器使用时间不长于1000小时。

优选地，试样板移动机构在试样板移动导轨上滑动，试样板移动机构与光源之间的距离在一定范围[d₁,d₂]内自动调整，且大于探测器移动机构距光源的距离。

根据本发明的另一个方面，提供一种用于真空紫外辐照试验的辐照强度控制方法，利用真空紫外强度探测器得到的光源的总辐射量，采用闭环控制原理，调节真空紫外光源与辐照样品之间的距离，保证样品受到的真空紫外辐照强度恒定，具体包括以下步骤：

第一步，利用标准真空紫外光源进行真空紫外探测器在115-200nm波段内的强度标定，即真空紫外强度/输出电流；

第二步，安装探测器、试样，真空设备开机到试验状态；

第三步，打开紫外光源，在控制计算机上输入紫外辐照试样板期望的紫外辐射强度S_R和辐照时间T；

第四步，真空紫外探测器移动至可受辐照区域，得到当前光源总辐射量；

第五步，基于反馈当前光源总辐射量，计算机通过控制器控制伺服电机移动紫外光源与紫外辐照试样板之间的距离d，使紫外辐照试样板上的真空紫外辐射强度达到S_R，试验记时开始；