本發(fā)明涉及航天器電氣連接絕緣，尤其涉及一種導(dǎo)電滑環(huán)深層充電監(jiān)測(cè)兼抑制裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、衛(wèi)星的能量獲取主要依賴于其太陽帆板，而為了確保帆板能夠?qū)崟r(shí)跟蹤太陽，導(dǎo)電滑環(huán)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)揮著關(guān)鍵作用，它使得帆板能夠以最高效率吸收太陽能。然而，由于導(dǎo)電滑環(huán)機(jī)構(gòu)直接暴露于宇宙空間，當(dāng)遭遇高能電子流的增強(qiáng)現(xiàn)象時(shí)，這些電子能夠穿透鋁質(zhì)屏蔽層，并在絕緣擋板與銅質(zhì)導(dǎo)軌上沉積。鑒于絕緣擋板是由聚酰亞胺材料制成，其導(dǎo)電性較差，積累的電子會(huì)在絕緣層內(nèi)產(chǎn)生電場(chǎng)畸變。一旦這種畸變超過放電閾值，就會(huì)引發(fā)靜電放電，進(jìn)而造成深層放電現(xiàn)象，對(duì)航天器的穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅，成為衛(wèi)星潛在的故障點(diǎn)之一。

2、目前，國內(nèi)外針對(duì)導(dǎo)電滑環(huán)深層充電效應(yīng)的監(jiān)測(cè)手段主要集中在電介質(zhì)表面電位測(cè)量、pea電聲脈沖法測(cè)量電介質(zhì)空間電荷分布以及光電子學(xué)測(cè)量空間電荷。電介質(zhì)表面電位測(cè)量雖能測(cè)量導(dǎo)電滑環(huán)絕緣擋板上表面電位，從而推斷深層充電效應(yīng)，但受制于滑環(huán)整體結(jié)構(gòu)，深層充電效應(yīng)導(dǎo)致的電場(chǎng)畸變最嚴(yán)重的絕緣介質(zhì)、電極和絕緣擋板“三結(jié)合”點(diǎn)處電位并不能直接測(cè)量，檢測(cè)誤差較大。pea聲電測(cè)量手段雖成本較低，發(fā)展較為成熟，但其測(cè)量分辨率低，測(cè)量本身信噪比低，同時(shí)在太空極端環(huán)境下，pea的超低溫測(cè)量結(jié)果并不理想。光電子學(xué)測(cè)量空間電荷手段信號(hào)信噪比高、能適應(yīng)多種環(huán)境，但光電子學(xué)測(cè)量需要在絕緣擋板上部增加靶材料，現(xiàn)階段國內(nèi)外光電子學(xué)測(cè)量的靶材料選擇為油墨和鋁，應(yīng)用于導(dǎo)電滑環(huán)會(huì)增加絕緣擋板沿面閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)。而國內(nèi)外針對(duì)導(dǎo)電滑環(huán)深層充電效應(yīng)的抑制手段主要集中在增厚鋁屏蔽層、調(diào)整導(dǎo)電滑環(huán)結(jié)構(gòu)以及更換絕緣材料上。增厚鋁屏蔽層雖能減少深層充電，但受限于航天器重量限制，且研究顯示即使鋁層厚度增至3毫米，放電閾值仍可能被達(dá)到。降低絕緣擋板高度可在一定程度上減少電場(chǎng)強(qiáng)度，但也可能縮短爬電距離，增加放電風(fēng)險(xiǎn)。更換絕緣材料同樣存在局限性，新材料的引入可能帶來新的未知風(fēng)險(xiǎn)。這些方法均為被動(dòng)抑制措施，且在高能電子流結(jié)束后，電場(chǎng)畸變?nèi)詴?huì)持續(xù)一段時(shí)間。鑒于此，如何監(jiān)測(cè)導(dǎo)電滑環(huán)深層充電效應(yīng)，同時(shí)更有效地抑制深層充電現(xiàn)象，確保航天器的安全運(yùn)行，成為當(dāng)前亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供了一種通過電荷模塊獲得絕緣擋板電荷分布信息、以及通過溫度模塊獲得絕緣擋板當(dāng)前溫度，由控制單元與預(yù)設(shè)閾值計(jì)算、對(duì)比后獲得最終反饋信息，并傳送至溫度模塊對(duì)絕緣擋板進(jìn)行加熱，以提高絕緣擋板的電導(dǎo)率，加速沉積電子的釋放，從而抑制深層充電的導(dǎo)電滑環(huán)深層充電監(jiān)測(cè)兼抑制裝置及方法，可以主動(dòng)抑制深層充電、降低深層放電風(fēng)險(xiǎn)、小體積、輕量化、安裝難度低。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種導(dǎo)電滑環(huán)深層充電監(jiān)測(cè)兼抑制裝置，包括監(jiān)測(cè)抑制單元和控制單元；

3、所述監(jiān)測(cè)抑制單元包括若干個(gè)電荷模塊和若干個(gè)溫度模塊；

4、所述電荷模塊：用于根據(jù)第一控制信號(hào)獲得絕緣擋板上第一位置的第一監(jiān)測(cè)信號(hào)，以及用于將所述第一監(jiān)測(cè)信號(hào)傳送至所述控制單元；每個(gè)所述電荷模塊分別對(duì)應(yīng)一個(gè)所述第一位置；

5、所述溫度模塊：用于根據(jù)第二控制信號(hào)獲得所述絕緣擋板上第二位置的第二監(jiān)測(cè)信號(hào)，用于將所述第二監(jiān)測(cè)信號(hào)傳送至所述控制單元，以及用于根據(jù)所述控制單元的最終反饋信號(hào)加熱所述第二位置；每個(gè)所述溫度模塊分別對(duì)應(yīng)一個(gè)所述第二位置；

6、所述控制單元：

7、用于供電；用于預(yù)設(shè)運(yùn)行參數(shù)、電場(chǎng)強(qiáng)度閾值和溫度閾值；

8、用于根據(jù)所述預(yù)設(shè)運(yùn)行參數(shù)向所述電荷模塊傳送所述第一控制信號(hào)，用于向所述溫度模塊傳送所述第二控制信號(hào)；

9、用于接收所述第一監(jiān)測(cè)信號(hào)、并根據(jù)所述第一監(jiān)測(cè)信號(hào)獲得所述第一位置的電荷分布信息；

10、用于根據(jù)所述電場(chǎng)強(qiáng)度閾值和所述第一位置的電荷分布信息獲得中間反饋信息；

11、用于接收所述第二監(jiān)測(cè)信號(hào)、并根據(jù)所述第二監(jiān)測(cè)信號(hào)獲得所述第二位置的當(dāng)前溫度；

12、用于根據(jù)所述中間反饋信息、所述第二位置的當(dāng)前溫度和所述溫度閾值獲得所述最終反饋信號(hào)；

13、以及用于將所述最終反饋信號(hào)傳送至所述溫度模塊。

14、進(jìn)一步地，所述電荷模塊包括第一壓電陶瓷和第二壓電陶瓷；

15、使用時(shí)，所述第一壓電陶瓷設(shè)置在所述第一位置的外表面，所述第二壓電陶瓷設(shè)置在所述第一位置內(nèi)表面；

16、所述第一壓電陶瓷和所述第二壓電陶瓷分別與所述控制單元相連接；

17、所述第二壓電陶瓷用于根據(jù)所述第一控制信號(hào)向所述第一位置發(fā)射壓電壓力波脈沖信號(hào)，所述第一位置為所述第一壓電陶瓷與所述第二壓電陶瓷之間的所述絕緣擋板；

18、所述壓電壓力波脈沖信號(hào)經(jīng)所述第一位置傳播后由所述第一壓電陶瓷接收形成所述第一監(jiān)測(cè)信號(hào)，所述第一監(jiān)測(cè)信號(hào)由所述第一壓電陶瓷傳送至所述控制單元。

19、進(jìn)一步地，所述溫度模塊包括：

20、隔聲層，一端開口呈殼狀；

21、第三壓電陶瓷，封閉設(shè)置在所述隔聲層的開口端，所述第三壓電陶瓷與所述隔聲層形成密閉腔體，所述第三壓電陶瓷與所述控制單元相連接；

22、阻尼層，密封填充于所述密閉腔體內(nèi)；

23、以及聲阻抗轉(zhuǎn)換層，鋪設(shè)于所述第三壓電陶瓷外表面，使用時(shí)，用于連接所述第二位置內(nèi)表面；

24、所述第三壓電陶瓷用于根據(jù)所述第二控制信號(hào)向所述聲阻抗轉(zhuǎn)換層發(fā)射第一超聲波信號(hào)，所述第一超聲波信號(hào)經(jīng)所述第二位置內(nèi)表面后的反射波由所述第三壓電陶瓷接收形成所述第二監(jiān)測(cè)信號(hào)，所述第二監(jiān)測(cè)信號(hào)由所述第三壓電陶瓷傳送至所述控制單元；所述第三壓電陶瓷用于根據(jù)所述最終反饋信號(hào)向所述聲阻抗轉(zhuǎn)換層發(fā)射第二超聲波信號(hào)，所述第二超聲波信號(hào)用于加熱所述第二位置。

25、進(jìn)一步地，所述溫度模塊還包括電源接口和信號(hào)接口；

26、所述信號(hào)接口用于接收所述第二控制信號(hào)并傳送至所述第三壓電陶瓷，以及用于將所述第二監(jiān)測(cè)信號(hào)傳送至所述控制單元；

27、所述電源接口用于接收所述最終反饋信號(hào)并傳送至所述第三壓電陶瓷。

28、進(jìn)一步地，所述電荷模塊和所述溫度模塊相間隔布置。

29、進(jìn)一步地，若干個(gè)所述溫度模塊分別由所述控制單元獨(dú)立控制。

30、進(jìn)一步地，所述控制單元包括電源模塊、信號(hào)處理模塊和溫度控制模塊；

31、所述信號(hào)處理模塊：

32、用于預(yù)設(shè)所述電場(chǎng)強(qiáng)度閾值；

33、用于接收所述第一監(jiān)測(cè)信號(hào)；

34、用于根據(jù)所述第一監(jiān)測(cè)信號(hào)獲得所述第一位置的電荷分布信息；

35、用于根據(jù)所述電場(chǎng)強(qiáng)度閾值和所述第一位置的電荷分布信息獲得中間反饋信號(hào)；

36、用于將所述中間反饋信號(hào)傳送至所述溫度控制模塊；

37、用于接收所述第二監(jiān)測(cè)信號(hào)并根據(jù)所述第二監(jiān)測(cè)信號(hào)獲得所述第二位置的當(dāng)前溫度；

38、用于將所述第二位置的當(dāng)前溫度傳送至所述溫度控制模塊；

39、所述溫度控制模塊：

40、用于預(yù)設(shè)所述溫度閾值；

41、用于接收所述述中間反饋信號(hào)；

42、用于接收所述根據(jù)所述第二位置的當(dāng)前溫度；

43、用于根據(jù)所述中間反饋信號(hào)、所述第二位置的當(dāng)前溫度和所述溫度閾值獲得第二位置的加熱溫度；

44、用于將所述第二位置的加熱溫度傳送至所述電源模塊；

45、所述電源模塊：

46、用于供電，所述電源模塊分別與所述信號(hào)處理模塊、所述溫度控制模埠和所述監(jiān)測(cè)抑制單元相連接；

47、用于預(yù)設(shè)所述運(yùn)行參數(shù)；

48、用于根據(jù)所述運(yùn)行參數(shù)向所述電荷模塊傳送所述第一控制信號(hào)，用于向所述溫度模塊傳送所述第二控制信號(hào)；

49、用于接收所述第二位置的加熱溫度，并根據(jù)所述第二位置的加熱溫度獲得所述最終反饋信號(hào)；

50、用于將所述最終反饋信號(hào)傳送至所述溫度模塊。

51、一種導(dǎo)電滑環(huán)深層充電監(jiān)測(cè)兼抑制方法，利用所述的導(dǎo)電滑環(huán)深層充電監(jiān)測(cè)兼抑制裝置實(shí)現(xiàn)，包括以下步驟：

52、獲取所述運(yùn)行參數(shù)、所述電場(chǎng)強(qiáng)度閾值和所述溫度閾值并輸入至所述控制單元；

53、所述控制單元根據(jù)所述運(yùn)行參數(shù)向所述電荷模塊傳送所述第一控制信號(hào)，所述控制單元根據(jù)所述運(yùn)行參數(shù)向所述溫度模塊傳送所述第二控制信號(hào)；

54、所述電荷模塊根據(jù)所述第一控制信號(hào)獲取所述絕緣擋板上所述第一位置的第一監(jiān)測(cè)信號(hào)，并將所述第一監(jiān)測(cè)信號(hào)傳送至所述控制單元；

55、所述溫度模塊根據(jù)所述第二控制信號(hào)獲取所述絕緣擋板上所述第二位置的第二監(jiān)測(cè)信號(hào)，并將所述第二監(jiān)測(cè)信號(hào)傳送至所述控制單元；

56、所述控制單元接收所述第一監(jiān)測(cè)信號(hào)、并根據(jù)所述第一監(jiān)測(cè)信號(hào)獲得所述第一位置的電荷分布信息；

57、所述控制單元根據(jù)所述電場(chǎng)強(qiáng)度閾值和所述第一位置的電荷分布信息獲得中間反饋信號(hào)；

58、所述控制單元接收所述第二監(jiān)測(cè)信號(hào)、并根據(jù)所述第二監(jiān)測(cè)信號(hào)獲得所述第二位置的當(dāng)前溫度；

59、所述控制單元根據(jù)所述中間反饋信號(hào)、所述第二位置的當(dāng)前溫度和所述溫度閾值獲得所述最終反饋信號(hào)；

60、所述控制單元將所述最終反饋信號(hào)傳送至所述溫度模塊；

61、所述溫度模塊根據(jù)所述最終反饋信號(hào)加熱所述第二位置。

62、進(jìn)一步地，獲得所述最終反饋信號(hào)的步驟為：

63、根據(jù)所述第一位置的電荷分布信息獲得所述第一位置的最大電場(chǎng)強(qiáng)度；

64、對(duì)比所述第一位置的最大電場(chǎng)強(qiáng)度與所述電場(chǎng)強(qiáng)度閾值：

65、若所述第一位置的最大電場(chǎng)強(qiáng)度不超過所述電場(chǎng)強(qiáng)度閾值，則所述反饋信息為否定信號(hào)；

66、否則中間反饋信號(hào)包括肯定信號(hào)和所述第一位置的最大電場(chǎng)強(qiáng)度；

67、基于所述肯定信號(hào)，根據(jù)所述第二位置的當(dāng)前溫度、所述溫度閾值和所述第一位置的最大電場(chǎng)強(qiáng)度獲得所述第二位置的加熱溫度；

68、根據(jù)所述第二位置的加熱溫度獲得所述最終反饋信號(hào)。

69、進(jìn)一步地，所述第一控制信號(hào)的采樣間隔為1~2h；

70、當(dāng)所述溫度模塊未接收所述最終反饋信號(hào)時(shí)，所述第二控制信號(hào)的采樣間隔為1~2h；

71、當(dāng)所述溫度模塊接收所述最終反饋信號(hào)時(shí)，所述第二控制信號(hào)的采樣間隔為15~30min。

72、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

73、1.?本發(fā)明通過電荷模塊獲得絕緣擋板電荷分布信息、以及通過溫度模塊獲得絕緣擋板當(dāng)前溫度，由控制單元與預(yù)設(shè)閾值計(jì)算、對(duì)比后獲得最終反饋信息，并傳送至溫度模塊對(duì)絕緣擋板進(jìn)行加熱，以提高絕緣擋板的電導(dǎo)率，加速沉積電子的釋放，從而抑制深層充電；

74、2.?本發(fā)明中溫度模塊集溫度測(cè)量與加熱功能于一體，且加熱均勻，溫度控制精準(zhǔn)，設(shè)備精簡(jiǎn)，配合電荷模塊及控制單元，是一種主動(dòng)抑制深層充電的手段，可以大大降低深層放電風(fēng)險(xiǎn)；

75、3.?本發(fā)明中控制單元采用電力電子器件集成在一起，監(jiān)測(cè)抑制單元也均可由小型探頭實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)小體積、輕量化，降低整體的安裝難度。