[发明专利]基于电光调制的旋叶式表面电位测量装置

说明书

本发明公开了一种基于电光调制的旋叶式表面电位测量装置，包括激光器、光纤、电光调制器、旋转叶片、固定叶片等，当对被测表面进行电位测量时，在被测带电体的作用下，当接地旋转叶片旋转时，周期性地遮盖或打开固定叶片，使固定叶片感应出持续的交流信号,并输出至电光调制系统进行检测，激光器发出的光传输至电光调制器，经由所加载的交流信号调制后传输至光电探测器转换为电信号，最终通过信号显示输出装置将电信号进行输出观测，并通过计算最终获得被测物体表面的电位值。本发明将旋叶式测量方法与集成光波导技术相结合，最终实现高灵敏度、高稳定度和高精度的表面电位测量。

技术领域

本发明属于航天器空间环境探测技术领域，具体来说，本发明涉及一种基于电光调制的旋叶式表面电位测量装置。

背景技术

运行于太空中的卫星由于等离子体中的孤立体效应，导致卫星表面的电位与卫星的结构体以及周遭环境电位不一致，造成卫星表面充电。当卫星表面充电后，可以影响到卫星搭载科学探测设备的测量，甚至发生放电现象。对卫星表面充电的高精度监测有助于进一步了解太空环境对卫星造成的影响，并进一步改善卫星对太空环境的避防措施。另一方面，在探月任务中，月球表面积聚着厚重的月尘，其受太阳及宇宙射线等的照射而呈带电状态，很容易被吸附到探月仪器设备中，对设备的各项功能造成严重的影响。因此，为保证各种设备在登月后的安全使用，在进行登月探测之前，必须对月面各种危害因素进行论证及月球环境进行模拟试验，其中一项较重要的试验项目为月尘表面静电电位的测量，研究月尘的带电性质具有十分重要的工程价值。

测量物体表面电位的仪器通常分为接触式和非接触式两种，由于接触式仪器在与被测物体接触时会使带电物体静电放电，而使电荷量减少或使带电物体的电容增加，这两个因素都使物体的表面电位降低，因而测出的结果与物体真实带电情况相差较大，所以在测量许多物体的表面电位时更常用的方法是用非接触式测量方法。旋叶式静电计属于常用非接触式测量装置，测试探头部位有一个多等分的扇形旋转叶片，将固定叶片上的感应直流信号变为交流信号。

对于表面电位的测量，由于测量过程易受到外界条件影响，因而测量极易出现误差。在对被测位置进行电位测量时，测量读数随时间以指数规律衰减，因此要求测量装置具有很高的输入阻抗，以减小测试误差。

此外，上述测量方法其探头部分以及输出设备组成的信号传输通路可能成为发射源，从而对被测区域电位产生干扰，同时空间电场在这些设备会产生电磁感应现象，将导致测量结果严重偏离真实值。采用电光调制技术可以有效地使探头部分与信号处理单元进行光电隔离，同时电光晶体具有极高的输入阻抗，因此将旋叶式探头与电光调制器相结合而成的表面电位测量装置可以实现表面电位的高稳定度、高精度测量。

发明内容

针对表面电位测量中存在的问题，本发明提出一种基于电光调制的旋叶式表面电位测量装置，将电光调制技术与旋叶式探头相结合，可以实现高灵敏度、高稳定度和高精度的空间电场测量能力。

基于电光调制的旋叶式表面电位测量装置，包括激光器、光纤、电光调制器、电极、光电探测器、信号显示输出装置、电机、固定叶片、旋转叶片，其中，用于产生激光的激光器通过光纤传输给电光调制器，经其调制后由光纤传输至光电探测器并转换为电信号，最终通过信号显示输出装置将电信号进行输出观测，并通过计算最终获得被测物体表面的电位值；其中，电光调制器的一对电极分别与旋叶式测试探头相连，测试探头上具有两个金属叶片即固定叶片和旋转叶片，其中旋转叶片为多等份的扇形旋转金属叶片，将固定叶片上的感应直流信号变为交流信号，旋转叶片上有开孔并固定在微型电动机上，由其带动做旋转运动；固定叶片与旋转叶片互补，呈现出整圆的等份叶片，固定安装在电机前并与电光调制器的输入端相连，旋转叶片与电机以及电光调制器的输出端接地，当对被测表面进行电位测量时，在被测带电体的作用下，当接地旋转叶片旋转时，周期性地遮盖或打开固定叶片，使固定叶片感应出持续的交流信号。

其中，固定叶片固定于电动机和旋转叶片之间，随着旋转叶片周期性的遮挡和打开，所测量到的被测表面电压进行周期性变化，最终得到交流信号。