專利名稱：一種測(cè)量空間原子氧環(huán)境模擬試驗(yàn)中vuv的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于真空紫外測(cè)量領(lǐng)域，具體來說，涉及一種能夠準(zhǔn)確
測(cè)量空間原子氧環(huán)境模擬試驗(yàn)過程中由于等離子體激發(fā)而產(chǎn)生的vuv (簡(jiǎn)稱伴隨vuv)的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
原子氧環(huán)境是指低地球軌道(通常認(rèn)為200 700km高度)上以原子 態(tài)氧存在的殘余氣體環(huán)境?？臻g飛行試驗(yàn)和地面模擬試驗(yàn)表明，原子氧 會(huì)造成航天器結(jié)構(gòu)性材料剝蝕老化、功能性材料功能下降，主要表現(xiàn)在 材料質(zhì)量和厚度的損失、表面形貌的變化以及各種性能參數(shù)的衰退等各 個(gè)方面。而地面模擬試驗(yàn)是我國(guó)目前進(jìn)行航天器空間原子氧環(huán)境適應(yīng)性 設(shè)計(jì)的主要試驗(yàn)驗(yàn)證手段。
目前所使用的所有空間原子氧環(huán)境地面模擬設(shè)備中，都存在氧氣解 離產(chǎn)生氧等離子體這樣一個(gè)物理過程，氧等離子體的特征光譜波長(zhǎng)主要 為130.4nm、 394.7nm、 436.8nm、 777.2nm、 844.6nm，強(qiáng)度隨著氧等離 子體的產(chǎn)生方式、功率、工作真空條件等因素而變化。波長(zhǎng)為130.4nm 的發(fā)射光譜處于真空紫外(VUV)波段。
紫外輻射，特別是真空紫外輻射，由于具有較高的光子能量，聚合 物吸收后會(huì)引發(fā)化學(xué)鍵和功能團(tuán)的斷裂或交聯(lián)，主要體現(xiàn)在表面顏色變 化、表面成分變化、材料功能特性變化等方面。因?yàn)檎婵兆贤?VUV) 對(duì)材料可能會(huì)造成的上述破壞，所以空間原子氧環(huán)境模擬試驗(yàn)過程中氧等離子體發(fā)射的VUV可能會(huì)對(duì)空間原子氧環(huán)境模擬試驗(yàn)的結(jié)果造成一 定的影響，從而導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果的偏差或者試驗(yàn)的失效。鑒于此，有必要
對(duì)空間原子氧環(huán)境模擬試驗(yàn)中的伴隨VUV進(jìn)行測(cè)試，以便對(duì)空間材料原
子氧環(huán)境評(píng)價(jià)提供有益的技術(shù)支持。使用碲化銫探測(cè)器對(duì)光電流進(jìn)行測(cè)
試分析是目前進(jìn)行vuv測(cè)量的一種手段，但由于在地面原子氧環(huán)境模擬
試驗(yàn)中，除真空環(huán)境外，測(cè)量位置還存在污染物、帶電粒子以及原子氧
束流等多種因素，會(huì)對(duì)vuv的測(cè)試造成干擾，從而導(dǎo)致較大的測(cè)量誤差，
因此，有必要采取一定的技術(shù)措施來消除這些干擾，以提高測(cè)試的準(zhǔn)確 性。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種能消除空間原子氧環(huán)境模擬試驗(yàn)中伴
隨vuv測(cè)量時(shí)的干擾因素(污染物、帶電粒子、原子氧等)所引起的誤
差，從而高精度、準(zhǔn)確地進(jìn)行空間原子氧環(huán)境模擬試驗(yàn)中伴隨vuv測(cè)量
的裝置。從而為提供準(zhǔn)確有效的地面模擬原子氧環(huán)境試驗(yàn)條件，提高長(zhǎng) 壽命低軌道航天器的在軌可靠性提供有力保證。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了如下的技術(shù)方案
本實(shí)用新型提供了一種空間原子氧環(huán)境模擬試驗(yàn)中伴隨vuv的測(cè)
量系統(tǒng)，其包括原子氧源，真空容器，氟化鎂片，碲化銫探測(cè)器，碲化
銫探測(cè)器信號(hào)采集裝置；真空容器上端具有一開口，開口正上方設(shè)置原 子氧源，真空容器中部設(shè)置有碲化銫探測(cè)器，氟化鎂片設(shè)置在碲化銫探 測(cè)器與原子氧源之間的位置上以對(duì)原子氧、雜散光及污染物進(jìn)行屏蔽， 碲化銫探測(cè)器與真空容器外的碲化銫探測(cè)器信號(hào)采集裝置進(jìn)行電連接。 上述系統(tǒng)中，氟化鎂片的直徑為50mm-100mm，厚度為lmm-5mm。 上述系統(tǒng)中，碲化銫探測(cè)器的電極包覆有Kapton (聚酰亞胺)基底真空絕緣膠帶，其厚度為10iim-50um。
上述系統(tǒng)中，氟化鎂片與碲化銫探測(cè)器之間的距離優(yōu)選為 5mm-15mrru
上述系統(tǒng)中，氟化鎂片安裝位置距原子氧束流入口 10mm-20mm。 本系統(tǒng)使用碲化銫探測(cè)器對(duì)空間原子氧模擬試驗(yàn)中由氧等離子體激 發(fā)產(chǎn)生的波長(zhǎng)為130.4nm的伴隨VUV進(jìn)行測(cè)量。本系統(tǒng)使用氟化鎂片放 置于碲化銫探測(cè)器前部，對(duì)原子氧、雜散光及污染物進(jìn)行屏蔽，減小它 們對(duì)VUV測(cè)量結(jié)果的影響。同時(shí)氟化鎂玻璃能夠?qū)诨C探測(cè)器起到良 好的保護(hù)作用，減小測(cè)量過程中的環(huán)境因素(原子氧、污染物及帶電粒 子)對(duì)碲化銫探測(cè)器的損傷，增強(qiáng)測(cè)量的重復(fù)性、減小多次測(cè)量的測(cè)量 誤差。同時(shí)，本系統(tǒng)利用厚度為25um的Kapton基底真空絕緣膠帶對(duì)碲 化銫探測(cè)器電極進(jìn)行了良好的保護(hù)，以減小原子氧束流中的帶電粒子對(duì) VUV測(cè)量的影響。

圖1是本實(shí)用新型的空間原子氧環(huán)境試驗(yàn)中伴隨vuv測(cè)量系統(tǒng)的示意圖。
其中，1、原子氧源；2、氟化鎂片；3、真空容器壁；4、碲化銫探 測(cè)器；5、真空絕緣膠帶；6、碲化銫探測(cè)器信號(hào)采集裝置；具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說明。
如圖1所示，本實(shí)用新型的空間原子氧環(huán)境模擬試驗(yàn)中伴隨vuv的
測(cè)量系統(tǒng)具有原子氧源l，氟化鎂片2，真空容器3，碲化銫探測(cè)器4， 碲化銫探測(cè)器信號(hào)采集裝置6;真空容器3上端開有原子氧束流入口，原 子氧束流入口正上方設(shè)置原子氧源1，真空容器3中部設(shè)置有碲化銫探測(cè)器4，碲化銫探測(cè)器4的電極用厚度為10ixm-50lim的Kapton基底真空 絕緣膠帶5包裹，氟化鎂片2設(shè)置在碲化銫探測(cè)器4與原子氧源1之間 的位置上以對(duì)原子氧、雜散光及污染物進(jìn)行屏蔽，碲化銫探測(cè)器4與真 空容器3外的碲化銫探測(cè)器信號(hào)采集裝置5進(jìn)行電連接。測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行 空間原子氧環(huán)境地面模擬試驗(yàn)伴隨VUV測(cè)量時(shí)，系統(tǒng)構(gòu)建步驟如下
1) 首先固定一塊潔凈的氟化鎂玻璃(直徑為50mm-100mm、厚度為 lmm-5mm)于真空室內(nèi)原子氧束流入口處，距入口距離保持在10mm 20mm，保證在測(cè)量時(shí)原子氧源能夠處于良好的工作狀態(tài)；
2) 使用厚度為10 y m-25 u m的Kapton基底真空絕緣膠帶對(duì)碲化銫 探測(cè)器電極進(jìn)行包裹，保證測(cè)量時(shí)帶電粒子與探測(cè)器電極之間的良好隔 離；
3) 安裝碲化銫探測(cè)器于氟化鎂玻璃后方5mm-15mm (沿原子氧束流 轟擊方向)處，保證測(cè)量位置探測(cè)系統(tǒng)的靈敏度；
4) 按照附圖1進(jìn)行探測(cè)器各電極以及碲化銫探測(cè)器信號(hào)采集裝置的 接線；
以下以具體實(shí)施例來對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步地說明 實(shí)施例l:
使用本套測(cè)量系統(tǒng)對(duì)緊湊型ECR束流式原子氧環(huán)境模擬設(shè)備中的 伴隨VUV進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量位置應(yīng)在環(huán)境評(píng)價(jià)試驗(yàn)時(shí)樣品放置位置(據(jù)真 空室內(nèi)原子氧束流入口處25mm)附近。
按照上述實(shí)施步驟對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了搭建，其中氟化鎂片直徑為O 65mm、厚度為2mm，對(duì)113nm 200nm的紫外具有良好的透射性能。電 極的絕緣選用空間級(jí)3M聚酰亞胺膠帶，厚度為25微米，具有較好的柔 韌性、抗遠(yuǎn)紫外性能及真空適應(yīng)性。氟化鎂片安裝位置距原子氧束流入口 15mm，探測(cè)器安裝位置距氟化鎂片10mm。
測(cè)量系統(tǒng)搭建完畢后，開啟原子氧環(huán)境模擬設(shè)備。伴隨紫外測(cè)量系 統(tǒng)工作時(shí)原子氧束流密度為2.0Xl(^atoms/cm7s;探測(cè)器溫度為50°C 55°C，處于正常工作溫度區(qū)間內(nèi)；真空條件為1.6X10，a，滿足探測(cè)器 正常工作條件。
使用本套系統(tǒng)測(cè)量出的探測(cè)器放置位置處的光電流在pA量級(jí)，即原 子氧源產(chǎn)生的伴隨VUV在真空室內(nèi)距原子氧束流入口 35mm處的劑量為 零。
比較實(shí)施例1
未采用本套測(cè)量系統(tǒng)，僅使用商用碲化銫探測(cè)器對(duì)緊湊型ECR束流 式原子氧環(huán)境模擬設(shè)備中的伴隨VUV進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量時(shí)原子氧束流密度 為2.0X10"atoms/cm7s;探測(cè)器溫度為50°C 55°C ，處于正常工作溫度 區(qū)間內(nèi)；真空條件為1.6X10—2Pa，滿足探測(cè)器正常工作條件。
測(cè)量結(jié)果表明，光電流采集出現(xiàn)嚴(yán)重干擾現(xiàn)象，數(shù)值約在mA量級(jí)， 但數(shù)值極不穩(wěn)定，無法進(jìn)行讀數(shù)；測(cè)量后取出探測(cè)器進(jìn)行肉眼觀察，可 以看出探測(cè)器前端窗口出現(xiàn)明顯污染物。
通過比較實(shí)施例1與實(shí)施例1進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)本測(cè)量系統(tǒng)與未加任 何改進(jìn)措施的碲化銫探測(cè)器相比，在進(jìn)行空間原子氧環(huán)境模擬試驗(yàn)中伴 隨VUV測(cè)試時(shí)，具有能夠有效降低干擾、提高測(cè)量準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性等優(yōu) 點(diǎn)，同時(shí)對(duì)碲化銫探測(cè)器本身也能起到一定的保護(hù)作用，有利于其測(cè)量 結(jié)果重復(fù)性的提高。
權(quán)利要求1、一種測(cè)量空間原子氧環(huán)境模擬試驗(yàn)中伴隨VUV的系統(tǒng)，包括原子氧源，真空容器，氟化鎂片，碲化銫探測(cè)器，碲化銫探測(cè)器信號(hào)采集裝置；其特征在于，真空容器上端具有一開口，開口正上方設(shè)置原子氧源，真空容器中部設(shè)置有碲化銫探測(cè)器，氟化鎂片設(shè)置在碲化銫探測(cè)器與原子氧源之間的位置上以對(duì)原子氧、雜散光及污染物進(jìn)行屏蔽，碲化銫探測(cè)器與真空容器外的碲化銫探測(cè)器信號(hào)采集裝置進(jìn)行電連接。
2、 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述氟化鎂片的直徑為 50mm-100mm， 厚度為lmm-5mm。
3、 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述碲化銫探測(cè)器的電 極包覆有聚酰亞胺基底真空絕緣膠帶。
4、 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述真空絕緣膠帶的厚 度為10um-50um。
5、 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述氟化鎂片與碲化銫 探測(cè)器之間的距離為5mm-15mm。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種空間原子氧環(huán)境模擬試驗(yàn)中伴隨VUV的測(cè)量系統(tǒng)，其包括原子氧源，真空容器，氟化鎂片，碲化銫探測(cè)器，碲化銫探測(cè)器信號(hào)采集裝置；真空容器上端具有一開口，開口正上方設(shè)置原子氧源，真空容器中部設(shè)置有碲化銫探測(cè)器，氟化鎂片設(shè)置在碲化銫探測(cè)器與原子氧源之間的位置上以對(duì)原子氧、雜散光及污染物進(jìn)行屏蔽，碲化銫探測(cè)器與真空容器外的碲化銫探測(cè)器信號(hào)采集裝置進(jìn)行電連接。本系統(tǒng)使用氟化鎂片對(duì)原子氧、雜散光及污染物進(jìn)行屏蔽，減小它們對(duì)VUV測(cè)量結(jié)果的影響。同時(shí)減小了測(cè)量過程中的環(huán)境因素對(duì)碲化銫探測(cè)器的損傷，增強(qiáng)測(cè)量的重復(fù)性、減小多次測(cè)量的測(cè)量誤差。
文檔編號(hào)G01N21/71GK201133900SQ20072030497
公開日2008年10月15日 申請(qǐng)日期2007年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月4日
發(fā)明者馮偉泉, 劉向鵬, 姜利祥, 濤 李, 鄭慧奇, 亮 郭 申請(qǐng)人:北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所