本發明專利技術涉及一種真空中帶電污染物的檢測裝置及方法，屬于真空技術應用領域。所述裝置包括：真空測試室、熱電子發射陰極、熱電子發射陰極陶瓷固定件、加速極支撐架、偏轉柵網、測試法蘭、加速極、底座、出氣蓋、加熱臺、支架；直流穩流電源、第一穩壓電源、真空機組、第二穩壓電源；QCM探頭、QCM支架、QCM頻率監測儀、溫控儀。所述方法在真空中利用熱電子發射陰極產生電子，并利用加速極使電子在環形電場中反復運動，運動的電子與材料受熱出氣產物相互作用，產生帶電污染物。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及，屬于真空技術應用領域。
技術介紹
在中高軌道，等離子體非常稀薄，航天器表面電場的作用距離從數米延伸至數百米。這樣會改變航天器周圍帶電污染物的傳輸路徑，使污染物在航天器表面再分布，并沉積在航天器上的任何位置，使航天器整體污染程度加重，并對位于低污染區的敏感系統造成更加嚴重的危害(如衛星大功率射頻系統中污染物從非關鍵部位轉移到關鍵部位，大大降低系統的放電閥值，使系統更容易產生放電現象而燒毀器件；同時還導致光學鏡片的防塵罩失效，影響光學系統的成像質量)。航天器表面帶電形成的電場能夠吸附周圍空間原本不會沉積到表面的帶電污染物，增大敏感表面污染物的沉積量，在短期內就可能達到污染水平的控制上限，縮短衛星有效載荷的使用壽命。在表面帶電加劇污染程度這一現象的研究中，美國研制了阻滯能量分析儀-石英晶體微粒天平裝置(RPA-QCM)研究航天器表面帶電對污染的增強作用，并在P78-2 (SCATHA)衛星上進行了飛行驗證試驗，用于判斷衛星上安裝的八個肼發動機點火后是否會在傳感器上沉積污染物。研究結果表明真空條件下，在溫度高于_45°C的敏感表面上并沒有觀測到來自肼發動機點火殘余物的沉積。目前國內外尚未有關于地面模擬真空下帶電污染源技術的裝置或方法的公開報道。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供，具體是在真空中利用熱電子發射方法產生電子，并利用加速極使電子在環形電場中反復運動，與材料受熱出氣產物進行相互作用產生帶電污染物，并通過QCM探頭和QCM頻率監測儀對污染物進行檢測的裝置和方法。為實現上述目的，本專利技術的技術方案如下。一種真空中帶電污染物的檢測裝置，所述裝置包括真空測試室、熱電子發射陰極、熱電子發射陰極陶瓷固定件、加速極支撐架、偏轉柵網、測試法蘭、加速極、底座、出氣蓋、加熱臺、支架；直流穩流電源、第一穩壓電源、真空機組、第二穩壓電源；QCM探頭、QCM支架、QCM頻率監測儀、溫控儀；其中，真空測試室內部中心位置設有底座；熱電子發射陰極通過熱電子發射陰極陶瓷固定件固定安裝在底座左側；加速極通過加速極支撐架固定安裝在底座中部；QCM支架固定安裝在底座右側；偏轉柵網固定安裝在QCM支架左側，并與QCM支架絕緣；QCM探頭固定安裝在QCM支架右側；加熱臺通過支架固定安裝在真空測試室左側，在加熱臺中心開有出氣孔，在出氣孔上設有出氣蓋，加熱臺出氣孔與QCM探頭正對；測試法蘭安裝在真空測試室頂部，在測試法蘭上布置有三個真空接插件，其中兩個為高壓真空接插件；在真空測試室底部和側壁分別安裝有真空法蘭；直流穩流電源、第一穩壓電源、第二穩壓電源、QCM頻率監測儀、真空機組、溫控儀位于真空測試室外部；直流穩流電源通過真空接插件與熱電子發射陰極連接；第一穩壓電源通過一個高壓真空接插件與加速極連接；第二穩壓電源通過另一個高壓真空接插件與偏轉柵網連接；QCM頻率監測儀通過真空測試室側壁的真空法蘭與QCM探頭連接；溫控儀通過真空測試室底部的真空法蘭與加熱臺連接；真空機組與真空測試室連接；優選熱電子發射陰極為門式鎢絲；優選加速極支撐架為兩個平行的金屬桿；加速極為多層圓環，均布安裝在加速極支撐架上，相鄰兩個圓環之間的間距為Imm IOmm ;加速極材料為不銹鋼或銅；加速極支撐架材料為金屬；優選加熱臺與測試法蘭底部的距離彡120mm,與真空測試室底部距離彡200mm ；優選熱電子發射陰極所在平面與加熱臺出氣孔之間的距離為5mnTl5mm ；優選熱電子發射陰極所在平面與加速極之間的距離為lmnT3mm，所述距離為熱電子發射陰極所在平面到加速極邊緣的最短距離；一種真空中帶電污染物的檢測方法，具體步驟如下步驟一、將樣品放入樣品容器中，將樣品容器裝入加熱臺，并蓋上出氣蓋，將加熱臺固定在支架上；其中，優選所述樣品容器為金屬敞口容器；步驟二、關閉真空測試室，開啟真空機組抽真空，至真空測試室內的壓強彡 7X10 —3Pa ;步驟三、開啟溫控儀電源，設定加熱臺溫度，使樣品產生出氣產物；步驟四、開啟直流穩流電源和第一穩壓電源，使熱電子發射陰極發射電子，并通過加速極對電子進行加速；這一過程中電子與出氣產物碰撞，使出氣產物電離并帶上正電；步驟五、開啟QCM頻率監測儀，記錄QCM的初始頻率；步驟六、開啟第二穩壓電源，使出氣產物通過偏轉柵網在QCM探頭上得到收集；步驟七、每隔設定時間記錄一次QCM的頻率,并計算每次記錄的QCM頻率與初始頻率之差，獲得帶電污染物的沉積量；優選步驟三中，樣品加熱溫度為室溫 125°C ；優選直流穩流電源的輸出電流范圍為O. 5A 2A，第一穩壓電源的輸出電壓范圍為+50V +200V，第二穩壓電源的輸出電壓范圍為-3000V 0V。當電子與出氣氣體產物相互作用10mirT30min后，結束實驗；依次關閉直流穩流電源，關閉第一穩壓電源和第二穩壓電源，關閉溫控儀，關閉QCM電源，對測試法蘭上兩個高壓真空接插件用接線棒接觸，進行放電處理；然后打開真空測試室，取出樣品。有益效果I.本專利技術提供了，所述方法在真空中利用熱電子發射陰極產生電子，并利用加速極使電子在環形電場中反復運動，運動的電子與材料受熱出氣產物相互作用，產生帶電污染物。利用本方法可得到真空條件下，不同材料出氣污染物產生的帶電污染物。2.所述方法采用熱電子發射陰極，能產生穩定的電子流；采用環形的加速極，能使電子在加速極電場中往復運動，增大電子與出氣污染物的碰撞幾率；采用柵網，形成近平行電場，能模擬空間航天器帶電表面；使用QCM檢測，對污染物的探測極限可達到10_9g。附圖說明圖I是本專利技術所述的真空中帶電污染物的檢測裝置的結構示意圖。圖中1_真空測試室；2_熱電子發射陰極；3-熱電子發射陰極陶瓷固定件；4-加速極支撐架；5_偏轉柵網；6-測試法蘭；7-QCM探頭；8-QCM支架；9_加速極；10_底座；11-出氣蓋；12_加熱臺；13_支架；具體實施例方式下面通過實施例對本專利技術作進一步說明。實施例I如圖I所示的真空中帶電污染物的檢測裝置，所述裝置包括真空測試室I、熱電子發射陰極2、熱電子發射陰極陶瓷固定件3、加速極支撐架4、偏轉柵網5、測試法蘭6、加速極9、底座10、出氣蓋11、加熱臺12、支架13 ;直流穩流電源、第一穩壓電源、真空機組、第二穩壓電源；QCM探頭7、QCM支架8、QCM頻率監測儀、溫控儀；其中，真空測試室I內部中心位置設有底座10 ;熱電子發射陰極2通過熱電子發射陰極陶瓷固定件3固定安裝在底座10左側；加速極9通過加速極支撐架4固定安裝在底座10中部；QCM支架8為鋁制，固定安裝在底座10右側；偏轉柵網5固定安裝在QCM支架8左側，并與QCM支架8之間通過聚四氟乙烯薄片絕緣；將QCM探頭7用沉頭螺釘固定安裝在QCM支架8右側；加熱臺12通過支架13固定安裝在真空測試室I左側，在加熱臺12中心開有出氣孔，在出氣孔上設有出氣蓋11，加熱臺12出氣孔與QCM探頭7正對；測試法蘭6安裝在真空測試室I頂部，在測試法蘭6上布置有三個真空接插件，其中兩個為高壓真空接插件；在真空測試室I底部和側壁分別安裝有真空法蘭；直流穩流電源、第一穩壓電源、第二穩壓電源、QCM頻率監測儀、真空機組、溫控儀位于真空測試室I外部；直流穩流電源通過真空接插件與熱電子發射陰極2連接；第一穩壓電源通過一個本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種真空中帶電污染物的檢測裝置，其特征在于：所述裝置包括：真空測試室（1）、熱電子發射陰極（2）、熱電子發射陰極陶瓷固定件（3）、加速極支撐架（4）、偏轉柵網（5）、測試法蘭（6）、加速極（9）、底座（10）、出氣蓋（11）、加熱臺（12）、支架（13）；直流穩流電源、第一穩壓電源、真空機組、第二穩壓電源；QCM探頭（7）、QCM支架（8）、QCM頻率監測儀、溫控儀；其中，真空測試室（1）內部中心位置設有底座（10）；熱電子發射陰極（2）通過熱電子發射陰極陶瓷固定件（3）固定安裝在底座（10）左側；加速極（9）通過加速極支撐架（4）固定安裝在底座（10）中部；QCM支架（8）固定安裝在底座（10）右側；偏轉柵網（5）固定安裝在QCM支架（8）左側，并與QCM支架（8）之間絕緣；QCM探頭（7）固定安裝在QCM支架（8）右側；加熱臺（12）通過支架（13）固定安裝在真空測試室（1）左側，在加熱臺（12）中心開有出氣孔，在出氣孔上設有出氣蓋（11），加熱臺（12）出氣孔與QCM探頭（7）正對；測試法蘭（6）安裝在真空測試室（1）頂部，在測試法蘭（6）上布置有三個真空接插件，其中兩個為高壓真空接插件；在真空測試室（1）底部和側壁分別安裝有真空法蘭；直流穩流電源、第一穩壓電源、第二穩壓電源、QCM頻率監測儀、真空機組、溫控儀位于真空測試室（1）外部；直流穩流電源通過真空接插件與熱電子發射陰極（2）連接；第一穩壓電源通過一個高壓真空接插件與加速極（9）連接；第二穩壓電源通過另一個高壓真空接插件與偏轉柵網（5）連接；QCM頻率監測儀通過真空測試室（1）側壁的真空法蘭與QCM探頭（7）連接；溫控儀通過真空測試室（1）底部的真空法蘭與加熱臺（12）連接；真空機組與真空測試室（1）連接。...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：郭興，王鹢，楊生勝，莊建宏，楊青，孔風連，薛玉雄，顏則東，
申請(專利權)人：中國航天科技集團公司第五研究院第五一〇研究所，
類型：發明
國別省市：
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