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專利名稱：一種介質(zhì)材料電導(dǎo)率測(cè)量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種介質(zhì)材料電導(dǎo)率測(cè)量裝置及方法，屬于測(cè)量領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
介質(zhì)材料充放電效應(yīng)是引起中、高軌道衛(wèi)星異常現(xiàn)象的重要原因之一。由于在中、高軌道存在大量的空間高能電子，這些高通量高能電子可直接穿透衛(wèi)星結(jié)構(gòu)和儀器設(shè)備等的屏蔽層，進(jìn)入衛(wèi)星內(nèi)部的電路板、導(dǎo)線絕緣層等介質(zhì)材料中，導(dǎo)致絕緣介質(zhì)材料深層電荷沉積,從而形成介質(zhì)材料內(nèi)帶電。介質(zhì)材料內(nèi)帶電過程包括電荷沉積和電荷泄放兩個(gè)過程，其中高能電子輻照將引起的介質(zhì)輻射誘導(dǎo)電導(dǎo)率(RIC)是影響電荷泄放速率的重要因素。RIC的產(chǎn)生引起電荷泄漏速率的增大，解決了沉積電荷導(dǎo)電通道的問題，使得沉積在介質(zhì)體內(nèi)電荷量減小，進(jìn)而使得介質(zhì)內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度的減小以及達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間同數(shù)量級(jí)的減小。因此，介質(zhì)材料的輻射誘導(dǎo)電導(dǎo)率在決定內(nèi)帶電程度及擊穿可能性中起重要作用，是介質(zhì)內(nèi)帶電研究的重要材料特性參數(shù)。伴隨著我國(guó)衛(wèi)星技術(shù)的不斷進(jìn)步，為了滿足通信衛(wèi)星長(zhǎng)壽命高性能的需求，我國(guó)衛(wèi)星平臺(tái)都將大量采用高比沖、長(zhǎng)壽命、高效率的離子電推進(jìn)系統(tǒng)，需要使用高達(dá)1000V的工作電壓。當(dāng)衛(wèi)星運(yùn)行在地球同步軌道(GEO)軌道時(shí)，其空間帶電環(huán)境中的高能電子輻照會(huì)引起衛(wèi)星介質(zhì)材料充放電效應(yīng)。此時(shí)，工作高壓產(chǎn)生的強(qiáng)電場(chǎng)對(duì)介質(zhì)材料的電導(dǎo)率也會(huì)產(chǎn)生影響，而場(chǎng)致效應(yīng)和輻照效應(yīng)同時(shí)對(duì)介質(zhì)材料充放電效應(yīng)的影響尚且不明確，因此，亟需開展在不同強(qiáng)度電場(chǎng)作用下和不同能量高能電子輻照下的介質(zhì)材料電導(dǎo)率的測(cè)量，它是介質(zhì)材料充放電研究和分析中必不可少的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是:提供一種介質(zhì)材料電導(dǎo)率測(cè)量裝置及方法，模擬介質(zhì)材料同時(shí)受到場(chǎng)致效應(yīng)和輻照 效應(yīng)的影響，解決測(cè)試過程中的微電流測(cè)試和抗干擾等技術(shù)，測(cè)得介質(zhì)材料電導(dǎo)率。可用于測(cè)量在不同電場(chǎng)強(qiáng)度作用下和不同高能電子輻照下介質(zhì)材料的電導(dǎo)率變化。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種介質(zhì)材料電導(dǎo)率測(cè)量裝置，所述裝置包括真空室、電子加速器、介質(zhì)材料樣品、平板電極、絕緣墊、高壓電源、靜電計(jì)、真空抽氣系統(tǒng)、樣品臺(tái)、三維傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、接地開關(guān)、非接觸式電位計(jì)；其中，在真空室內(nèi)部，電子加速器安裝在真空室頂部；樣品臺(tái)安裝在真空室底面上，樣品臺(tái)上設(shè)置絕緣墊；介質(zhì)材料樣品放置在絕緣墊上表面，在介質(zhì)材料樣品和絕緣墊之間設(shè)有金屬背電極；連接介質(zhì)材料樣品金屬背電極的導(dǎo)線穿過絕緣墊并從絕緣墊下面引出后，與真空室外的靜電計(jì)連接后接地。在介質(zhì)材料樣品左右兩側(cè)分別設(shè)有一個(gè)平板電極，其中一個(gè)平板電極與真空室外的接地開關(guān)連接后接地，以消除平板電極對(duì)非接觸式電位計(jì)的干擾；另一個(gè)平板電極與真空室外的高壓電源連接；在真空室內(nèi)設(shè)有三維傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，三維傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上設(shè)有非接觸式表面電位計(jì)探頭；所述非接觸式表面電位計(jì)探頭與真空室外的非接觸式表面電位計(jì)連接后接地；在真空室外，真空抽氣系統(tǒng)與真空室連接；其中，優(yōu)選所述金屬背電極為導(dǎo)電金屬膠帶。一種介質(zhì)材料電導(dǎo)率測(cè)量方法，所述方法包括以下步驟:步驟一、開啟真空抽氣系統(tǒng)給真空室抽真空；步驟二、開啟電子加速器，模擬空間環(huán)境的高能電子輻照介質(zhì)材料樣品表面；步驟三、開啟高壓電源給平板電極加高壓；步驟四、利用非接觸式電位計(jì)監(jiān)測(cè)介質(zhì)材料樣品的表面電位，利用靜電計(jì)監(jiān)測(cè)介質(zhì)材料樣品的泄漏電流；步驟五、計(jì)算得到在某一設(shè)定電場(chǎng)強(qiáng)度下介質(zhì)材料樣品的輻射誘導(dǎo)電導(dǎo)率；其中，
電阻率的計(jì)算公式為σ = += |，因此通過非接觸式電位計(jì)得到的介質(zhì)材料樣品的表面電
位V和靜電計(jì)得到的介質(zhì)材料樣品的漏電流I，可以得到在設(shè)定電場(chǎng)強(qiáng)度下介質(zhì)材料樣品的輻射誘導(dǎo)電導(dǎo)率。其中，所述步驟一中真空室的真空度低于5.0X 10 —4Pa。

優(yōu)選所述步驟二中電子加速器提供的高能電子能量范圍在0.8 2.3MeV內(nèi)可調(diào)，束流密度范圍在I 25nA/cm2內(nèi)可調(diào)。優(yōu)選所述步驟三中兩個(gè)相對(duì)的平板電極提供的電場(chǎng)強(qiáng)度范圍在O 1500V/cm內(nèi)可調(diào)。優(yōu)選所述步驟四中監(jiān)測(cè)介質(zhì)材料樣品的表面電位時(shí)，先接通接地開關(guān)將平板電極接地；然后關(guān)閉高壓電源，記錄非接觸式電位計(jì)的讀數(shù)；所述非接觸式電位計(jì)型號(hào)為Trek341A ;靜電計(jì)型號(hào)為 Keithley6517A ；有益效果1.本發(fā)明所述介質(zhì)材料電導(dǎo)率測(cè)量裝置采用電子加速器，能較好的模擬空間帶電環(huán)境的高能電子；所述方法可操作性強(qiáng)，該試驗(yàn)系統(tǒng)工作穩(wěn)定，適用于測(cè)量在不同強(qiáng)度電場(chǎng)作用下和不同能量高能電子輻照下的介質(zhì)材料電導(dǎo)率。2.采用一側(cè)接地的平板電極，能夠?yàn)榻橘|(zhì)材料樣品提供勻強(qiáng)電場(chǎng)，解決了原有電導(dǎo)率測(cè)量裝置無法模擬介質(zhì)材料同時(shí)受場(chǎng)致效應(yīng)和輻照效應(yīng)的影響；


圖1是本發(fā)明的介質(zhì)材料電導(dǎo)率測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)圖。圖中:1-真空室、2-電子加速器、3-介質(zhì)材料樣品、4-平板電極、5-絕緣墊、6-高壓電源、7-靜電計(jì)、8-真空抽氣系統(tǒng)、9-樣品臺(tái)、10-三維傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、11-接地開關(guān)、12-非接觸式電位計(jì)。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，為本發(fā)明的介質(zhì)材料電導(dǎo)率測(cè)量裝置，所述裝置包括真空室1、電子加速器2、介質(zhì)材料樣品3、平板電極4、絕緣墊5、高壓電源6、靜電計(jì)7、真空抽氣系統(tǒng)8、樣品臺(tái)9、三維傳動(dòng)機(jī)構(gòu)10、接地開關(guān)11、非接觸式電位計(jì)12 ；其中，在真空室I內(nèi)部，電子加速器2安裝在真空室I頂部；樣品臺(tái)9安裝在真空室I底面上，樣品臺(tái)9上設(shè)置絕緣墊5 ;介質(zhì)材料樣品3放置在絕緣墊5上表面，在介質(zhì)材料樣品3和絕緣墊5之間設(shè)有金屬背電極；連接介質(zhì)材料樣品3金屬背電極的導(dǎo)線穿過絕緣墊5并從絕緣墊5下面引出后，與真空室I外的靜電計(jì)7連接后接地。在介質(zhì)材料樣品3左右兩側(cè)分別設(shè)有一個(gè)平板電極4,其中一個(gè)平板電極與真空室I外的接地開關(guān)11連接后接地，以消除平板電極4對(duì)非接觸式電位計(jì)12的干擾；另一個(gè)平板電極與真空室I外的高壓電源6連接；在真空室I內(nèi)設(shè)有三維傳動(dòng)機(jī)構(gòu)10，三維傳動(dòng)機(jī)構(gòu)10上設(shè)有非接觸式表面電位計(jì)探頭；所述非接觸式表面電位計(jì)探頭與真空室I外的非接觸式表面電位計(jì)12連接后接地；
在真空室外，真空抽氣系統(tǒng)8與真空室I連接；其中，所述金屬背電極為導(dǎo)電金屬膠帶。一種介質(zhì)材料電導(dǎo)率測(cè)量方法，所述方法包括以下步驟:步驟一、開啟真空抽氣系統(tǒng)8給真空室I抽真空，使真空度優(yōu)于5.0X10 —4Pa ；步驟二、開啟電子加速器2，模擬空間環(huán)境的高能電子，輻照介質(zhì)材料樣品3表面；電子能量為IMeV，束流密度為5nA/cm2 ；步驟三、開啟高 壓電源6給平板電極4加高壓，在兩平板電極之間得到500V/cm的場(chǎng)強(qiáng)；步驟四、先接通接地開關(guān)11將平板電極4接地，然后關(guān)閉高壓電源6，記錄非接觸式電位計(jì)12的讀數(shù)，監(jiān)測(cè)介質(zhì)材料樣品3的表面電位；利用靜電計(jì)7監(jiān)測(cè)介質(zhì)材料樣品3的泄漏電流；所述非接觸式電位計(jì)12型號(hào)為Trek341A ;靜電計(jì)7型號(hào)為Keithley6517A。步驟五、計(jì)算在500V/cm電場(chǎng)強(qiáng)度作用和IMeV高能電子輻照下，通過電阻率的計(jì)
算公式σ = | =.^，以及非接觸式電位計(jì)得到的介質(zhì)材料樣品的表面電位V和靜電計(jì)得到 R V
的介質(zhì)材料樣品的漏電流I，可以得到在設(shè)定電場(chǎng)強(qiáng)度下介質(zhì)材料樣品3的輻射誘導(dǎo)電導(dǎo)率。綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種介質(zhì)材料電導(dǎo)率測(cè)量裝置，其特征在于:所述裝置包括真空室(I)、電子加速器(2)、介質(zhì)材料樣品(3)、平板電極(4)、絕緣墊(5)、高壓電源(6)、靜電計(jì)(7)、真空抽氣系統(tǒng)(8 )、樣品臺(tái)(9 )、三維傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(10 )、接地開關(guān)(11)、非接觸式電位計(jì)(12); 其中，在真空室(I)內(nèi)部，電子加速器(2)安裝在真空室(I)頂部；樣品臺(tái)(9)安裝在真空室(I)底面上，樣品臺(tái)(9)上設(shè)置絕緣墊(5);介質(zhì)材料樣品(3)放置在絕緣墊(5)上表面，在介質(zhì)材料樣品(3)和絕緣墊(5)之間設(shè)有金屬背電極；連接介質(zhì)材料樣品(3)金屬背電極的導(dǎo)線穿過絕緣墊(5)并從絕緣墊(5)下面引出后，與真空室(I)外的靜電計(jì)(7)連接后接地； 在介質(zhì)材料樣品(3)左右兩側(cè)分別設(shè)有一個(gè)平板電極(4)，其中一個(gè)平板電極與真空室(I)外的接地開關(guān)(11)連接后接地，以消除平板電極(4)對(duì)非接觸式電位計(jì)(12 )的干擾；另一個(gè)平板電極與真空室(I)外的高壓電源(6 )連接； 在真空室(I)內(nèi)設(shè)有三維傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(10)，三維傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(10)上設(shè)有非接觸式表面電位計(jì)探頭；所述非接觸式表面電位計(jì)探頭與真空室(I)外的非接觸式表面電位計(jì)(12 )連接后接地； 在真空室外，真空抽氣系統(tǒng)(8)與真空室(I)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種介質(zhì)材料電導(dǎo)率測(cè)量裝置，其特征在于:所述金屬背電極為導(dǎo)電金屬膠帶。
3.—種介質(zhì)材料電導(dǎo)率測(cè)量方法，所述方法使用如權(quán)利要求1所述的一種介質(zhì)材料電導(dǎo)率測(cè)量裝置，其特征在于:所述方法包括以下步驟: 步驟一、開啟真空抽氣系統(tǒng)(8)給真空室(I)抽真空； 步驟二、開啟電子加速器(2)，模擬空間環(huán)境的高能電子輻照介質(zhì)材料樣品(3)表面； 步驟三、開啟高壓電源(6)給平板電極(4)加高壓； 步驟四、利用非接觸式電位計(jì)(12)監(jiān)測(cè)介質(zhì)材料樣品(3)的表面電位，利用靜電計(jì)(7)監(jiān)測(cè)介質(zhì)材料樣品(3)的泄漏電流； 步驟五、計(jì)算得到介質(zhì)材料樣品(3)的輻射誘導(dǎo)電導(dǎo)率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種介質(zhì)材料電導(dǎo)率測(cè)量方法，其特征在于:所述步驟一中真空室(I)的真空度低于5.0 X 10 — 4Pa0
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種介質(zhì)材料電導(dǎo)率測(cè)量方法，其特征在于:所述步驟二中電子加速器(2)提供的高能電子能量范圍在0.8 2.3MeV內(nèi)可調(diào)，束流密度范圍在I 25nA/cm2內(nèi)可調(diào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種介質(zhì)材料電導(dǎo)率測(cè)量方法，其特征在于:所述步驟三中平板電極(4)提供的電場(chǎng)強(qiáng)度范圍在O 1500V/cm內(nèi)可調(diào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種介質(zhì)材料電導(dǎo)率測(cè)量方法，其特征在于:所述步驟四中監(jiān)測(cè)介質(zhì)材料樣品(3)的表面電位時(shí)，先接通接地開關(guān)(11)將平板電極(4)接地；然后關(guān)閉高壓電源(6)，記錄非接觸式電位計(jì)(12)的讀數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種介質(zhì)材料電導(dǎo)率測(cè)量方法，其特征在于:所述非接觸式電位計(jì)(12)型號(hào)為Trek341A ;靜電計(jì)(7)型號(hào)為Keithley6517A。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種介質(zhì)材料電導(dǎo)率測(cè)量裝置及方法，屬于測(cè)量領(lǐng)域。所述裝置包括真空室、電子加速器、介質(zhì)材料樣品、平板電極、絕緣墊、高壓電源、靜電計(jì)、真空抽氣系統(tǒng)、樣品臺(tái)、三維傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、接地開關(guān)、非接觸式電位計(jì)；所述方法包括開啟真空抽氣系統(tǒng)給真空室抽真空；開啟電子加速器，模擬空間環(huán)境的高能電子輻照介質(zhì)材料樣品表面；開啟高壓電源給平板電極加高壓；利用非接觸式電位計(jì)監(jiān)測(cè)介質(zhì)材料樣品的表面電位，利用靜電計(jì)監(jiān)測(cè)介質(zhì)材料樣品的泄漏電流；計(jì)算得到介質(zhì)材料樣品的輻射誘導(dǎo)電導(dǎo)率。該試驗(yàn)系統(tǒng)工作穩(wěn)定，采用一側(cè)接地的平板電極，能夠?yàn)榻橘|(zhì)材料樣品提供勻強(qiáng)電場(chǎng)，解決了原有測(cè)量裝置無法模擬介質(zhì)材料同時(shí)受場(chǎng)致效應(yīng)和輻照效應(yīng)的影響。
文檔編號(hào)G01R27/02GK103226167SQ20131014530
公開日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月24日
發(fā)明者王俊, 李得天, 楊生勝, 秦曉剛, 柳青, 史亮, 湯道坦, 陳益峰 申請(qǐng)人:蘭州空間技術(shù)物理研究所