CN103823114A - 介质材料不同温度下辐射诱导电导率测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种介质材料不同温度下辐射诱导电导率测量装置及方法。一种介质材料不同温度下辐射诱导电导率测量装置，包括：真空室、用于模拟空间环境高能电子的电子加速器、介质材料、屏蔽壳、绝缘导热垫、用于给介质材料加热的加热片、隔热垫、用于测量介质材料漏电流的静电计、用于给加热片供电的加热片电源、真空抽气***、样品台、三维运动导轨、用于监测介质材料温度的温度巡检仪、用于监测介质材料表面电位的非接触式电位计。本发明可以提高介质材料不同温度下辐射诱导电导率测量的准确度。
Description
技术领域
本发明涉及测量技术领域，特别涉及一种介质材料不同温度下辐射诱导电导率测量装置及方法。
背景技术
介质材料内带电效应是引起中、高轨道卫星异常现象的重要原因之一。由于在中、高轨道存在大量的空间高能电子，这些高通量高能电子可直接穿透卫星结构和仪器设备等的屏蔽层，进入卫星内部的电路板、导线绝缘层等介质材料中，导致绝缘介质材料深层电荷沉积，从而形成介质材料内带电。介质材料内带电过程包括电荷沉积和电荷泄放两个过程，其中高能电子辐照将引起的介质辐射诱导电导率(RadiationInduced Conductivity，RIC)是影响电荷泄放速率的重要因素。RIC的产生引起电荷泄漏速率的增大，解决了沉积电荷导电通道的问题，使得沉积在介质体内电荷量减小，进而使得介质内电场强度的减小以及达到稳定状态的时间同数量级的减小。因此，介质材料的辐射诱导电导率在决定内带电程度及击穿可能性中起重要作用，是介质内带电研究的重要材料特性参数。
中、高轨卫星除了经受空间带电环境的高能电子辐射外，还会经会经历严苛的温度变化过程，因而有必要在不同温度下对介质材料进行辐射诱导电导率测试，它是内带电研究和分析中必不可少的一项重要内容。
发明内容
在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
本发明提供介质材料不同温度下辐射诱导电导率测量装置及方法，以提高介质材料在不同温度下辐射诱导电导率测量的准确度。
本发明提供了介质材料不同温度下辐射诱导电导率测量装置，包括：真空室、用于模拟空间环境高能电子的电子加速器、介质材料、屏蔽壳、绝缘导热垫、用于给所述介质材料加热的加热片、隔热垫、用于测量所述介质材料漏电流的静电计、用于给所述加热片供电的加热片电源、真空抽气***、样品台、三维运动导轨、用于监测所述介质材料温度的温度巡检仪、用于监测所述介质材料表面电位的非接触式电位计；
其中，所述电子加速器位于所述真空室的顶部；所述样品台位于所述真空室的底部；所述隔热垫放置于所述样品台的上表面；所述加热片放置于所述隔热垫的上表面，所述绝缘导热垫放置于所述加热片的上表面，所述介质材料放置于所述绝缘导热垫的上表面；所述屏蔽壳位于所述介质材料外侧，包围所述介质材料、绝缘导热垫、加热片和隔热垫；所述三维运动导轨安装于所述真空室的底部，且位于所述样品台的左侧，所述三维运动导轨的测头位于所述介质材料的上方；
所述静电计、加热片电源、真空抽气***、温度巡检仪和非接触式电位计位于所述真空室的外部；所述温度巡检仪与所述介质材料相连；所述静电计的一端与所述介质材料相连，所述静电计的另一端接地；所述加热片电源与所述加热片相连；所述非接触式电位计的一端与所述三维运动导轨的测头相连，所述非接触式电位计的另一端接地；所述真空抽气***紧贴所述真空室的外壁。
本发明还提供了一种介质材料不同温度下辐射诱导电导率测量方法，使用上述任一所述的介质材料不同温度下辐射诱导电导率测量装置；所述介质材料不同温度下辐射诱导电导率测量方法包括：
将隔热垫放置于样品台的上表面，将加热片放置于所述隔热垫的上表面，将绝缘导热垫放置于所述加热片的上表面，将介质材料放置于所述绝缘导热垫的上表面；
开启真空抽气***给真空室抽真空；
开启电子加速器模拟空间环境的高能电子；
开启加热片电源给加热片供电，所述加热片给所述介质材料加热；
通过温度巡检仪监测所述介质材料的温度；
通过非接触式电位计监测所述介质材料的表面电位；
通过静电计监测所述介质材料的漏电流；
通过所述介质材料的表面电位和所述介质材料的漏电流，计算所述介质材料在不同温度下的辐射诱导电导率。
与现有技术相比，本发明包括以下优点：
本发明提供的介质材料不同温度下辐射诱导电导率测量装置，采用电子加速器可以较好地模拟中、高轨道的高能电子环境；可以通过加热片给介质材料加热来模拟材质材料温度的改变，方便研究介质材料温度改变对介质材料辐射诱导电导率的影响，方便测量介质材料在不同温度下的辐射诱导电导率，而且通过温度巡检仪来监测所述介质材料温度。并且可以通过介质材料的表面电位和所述介质材料的漏电流，计算所述介质材料在不同温度下的辐射诱导电导率，由于电子加速器可以准确模拟介质材料所处的环境，加热片可以准确控制介质材料处在不同的温度，温度巡检仪可以准确监测所述介质材料温度，因此本发明提供的介质材料不同温度下辐射诱导电导率测量装置，可以提高介质材料不同温度下辐射诱导电导率测量的准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种介质材料不同温度下辐射诱导电导率测量装置的结构框图；
图2为本发明实施例提供的一种介质材料不同温度下辐射诱导电导率测量方法的流程图。
附图标记：
1-真空室；2-电子加速器；3-介质材料；4-屏蔽壳；5-绝缘导热垫；6-加热片；7-隔热垫；8-静电计；9-加热片电源；10-真空抽气***；11-样品台；12-三维运动导轨；13-温度巡检仪；14-非接触式电位计；15-测头。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
参照图1，是本发明实施例提供的一种介质材料不同温度下辐射诱导电导率测量装置的结构框图，本实施例中介质材料不同温度下辐射诱导电导率测量装置具体可以包括：
真空室1、用于模拟空间环境高能电子的电子加速器2、介质材料3、屏蔽壳4、绝缘导热垫5、用于给所述介质材料加热的加热片6、隔热垫7、用于测量所述介质材料漏电流的静电计8、用于给所述加热片供电的加热片电源9、真空抽气***10、样品台11、三维运动导轨12、用于监测所述介质材料温度的温度巡检仪13、用于监测所述介质材料表面电位的非接触式电位计14。
如图1所示，所述电子加速器2位于所述真空室1的顶部；所述样品台11位于所述真空室1的底部；所述隔热垫7放置于所述样品台11的上表面；所述加热片6放置于所述隔热垫7的上表面，所述绝缘导热垫5放置于所述加热片6的上表面，所述介质材料3放置于所述绝缘导热垫5的上表面；所述屏蔽壳4位于所述介质材料3外侧，包围所述介质材料3、绝缘导热垫5、加热片6和隔热垫7；所述三维运动导轨12安装于与所述真空室1的底部，且位于所述样品台11的左侧，所述三维运动导轨12的测头位于所述介质材料3的上方；
所述静电计8、加热片电源9、真空抽气***10、温度巡检仪13和非接触式电位计14位于所述真空室1的外部；所述温度巡检仪13与所述介质材料3相连；所述静电计8的一端与所述介质材料3相连，所述静电计8的另一端接地；所述加热片电源9与所述加热片6相连，所述非接触式电位计14与所述三维运动导轨12的测头15相连，所述非接触式电位计14的另一端接地；所述真空抽气***10紧贴所述真空室1的外壁。
需要说明的是，所述介质材料3的下表面设置有金属背电极；所述静电计8的一端与所述金属背电极相连，所述静电计8的另一端接地。静电计可以监测所述介质材料的漏电流，在本发明的一种优选实施例中，所述静电计的型号为Keithley6517A。
在本发明的一种优选实施例中，所述加热片的上表面涂覆有导热硅脂；和/或，所述绝缘导热垫的上表面涂覆有导热硅脂。可以保证把加热片6产生的热量均匀、快速地传导给介质材料3。上述“和/或”包括以下三种情况：（一）所述加热片的上表面涂覆有导热硅脂；（二）所述绝缘导热垫的上表面涂覆有导热硅脂；（三）所述加热片的上表面和所述绝缘导热垫的上表面均涂覆有导热硅脂，此时介质材料3的金属背电极与绝缘导热垫5之间涂覆导热硅脂，绝缘导热垫5与加热片6之间涂覆导热硅脂，可以保证把加热片6产生的热量均匀、快速地传导给介质材料3。并且所述绝缘导热垫的导热系数越大越好。在本发明的一种优选实施例中，所述隔热垫的导热系数小于0.1W/(m·K)。
需要说明的是，上述非接触式电位计可以监测所述介质材料的表面电位U，静电计可以监测所述介质材料的漏电流I，计算U/I得到介质材料的电阻R。由于R=L/σS=AL/S，其中L为介质材料的厚度，S为介质材料的表面积，A为介质材料的密度，σ为介质材料的电导率。由于介质材料的厚度L和表面积S为定制，可以计算得到介质材料的电导率σ。电导率σ为介质材料的本征电导率和辐射诱导电导率之和，因此用上述电导率σ与介质材料的本征电导率（定值）作差，作差的结果即为介质材料的辐射诱导电导率。
本实施例提供的介质材料不同温度下辐射诱导电导率测量装置，采用电子加速器可以较好地模拟中、高轨道的高能电子环境；可以通过加热片给介质材料加热来模拟材质材料温度的改变，方便研究介质材料温度改变对介质材料辐射诱导电导率的影响，方便测量介质材料在不同温度下的辐射诱导电导率，而且通过温度巡检仪来监测所述介质材料温度。并且可以通过介质材料的表面电位和所述介质材料的漏电流，计算所述介质材料在不同温度下的辐射诱导电导率，由于电子加速器可以准确模拟介质材料所处的环境，加热片可以准确控制介质材料处在不同的温度，温度巡检仪可以准确监测所述介质材料温度，因此本实施例提供的介质材料不同温度下辐射诱导电导率测量装置，可以提高介质材料不同温度下辐射诱导电导率测量的准确度。
实施例二：
参照图2，是本发明实施例提供的一种介质材料不同温度下辐射诱导电导率测量方法的流程图，本实施例可以采用实施例一中描述的任一种介质材料不同温度下辐射诱导电导率测量装置，本实施例中介质材料不同温度下辐射诱导电导率测量方法具体可以包括以下步骤：
步骤100，将隔热垫放置于样品台的上表面，将加热片放置于所述隔热垫的上表面，将绝缘导热垫放置于所述加热片的上表面，将介质材料放置于所述绝缘导热垫的上表面。需要说明的是，所述加热片的上表面涂覆有导热硅脂；和/或，所述绝缘导热垫的上表面涂覆有导热硅脂。
步骤101，开启真空抽气***给真空室抽真空。在本发明的一种优选实施例中，所述步骤101开启真空抽气***给真空室抽真空，具体可以包括：开启真空抽气***；将所述真空室抽至真空度高于5.0×10-4Pa的真空。
步骤102，开启电子加速器模拟空间环境的高能电子。在本发明的一种优选实施例中，所述步骤102开启电子加速器模拟空间环境的高能电子，具体可以包括：开启电子加速器；所述电子加速器模拟高能电子能量范围在0.8MeV-2.3MeV，束流密度范围在1nA/cm2-25nA/cm2内的空间环境。
步骤103，开启加热片电源给加热片供电，所述加热片给所述介质材料加热。在本发明的一种优选实施例中，所述步骤103加热片给所述介质材料加热，具体可以包括：所述加热片将所述介质材料加热至30℃～150℃范围内的任一温度值。
步骤104，通过温度巡检仪监测所述介质材料的温度。
步骤105，通过非接触式电位计监测所述介质材料的表面电位。在本发明的一种优选实施例中，所述步骤105通过非接触式电位计监测所述介质材料的表面电位，具体可以包括：采用型号为Trek341A的非接触式电位计监测所述介质材料的表面电位。当然也可以采用其他型号的非接触式电位计监测所述介质材料的表面电位，本实施例中将所述非接触式电位计监测得到的介质材料的表面电位记为U。
步骤106，通过静电计监测所述介质材料的漏电流。在本发明的一种优选实施例中，所述步骤106通过静电计监测所述介质材料的漏电流，具体可以包括：采用型号为Keithley6517A的静电计监测所述介质材料的漏电流。当然也可以采用其他型号的静电计测量介质材料的漏电流，本实施例对此不作限制。本实施例中将所述静电计测得的介质材料的漏电流记为I。
步骤107，通过所述介质材料的表面电位和所述介质材料的漏电流，计算所述介质材料在不同温度下的辐射诱导电导率。本实施例中可以通过所述介质材料的表面电位U和所述介质材料的漏电流I，计算所述介质材料在不同温度下的辐射诱导电导率。具体可以通过计算U/I得到介质材料的电阻R。由于R=L/σS=AL/S，其中L为介质材料的厚度，S为介质材料的表面积，A为介质材料的密度，σ为介质材料的电导率。由于介质材料的厚度L和表面积S为定制，可以计算得到介质材料的电导率σ。电导率σ为介质材料的本征电导率和辐射诱导电导率之和，因此用上述电导率σ与介质材料的本征电导率（定值）作差，作差的结果即为介质材料的辐射诱导电导率。
本实施例提供的介质材料不同温度下辐射诱导电导率测量方法，可以通过开启电子加速器模拟空间环境的高能电子，通过开启加热片电源给加热片供电，所述加热片给所述介质材料加热，然后通过温度巡检仪监测所述介质材料的温度，通过非接触式电位计监测所述介质材料的表面电位，通过静电计监测所述介质材料的漏电流，最后通过所述介质材料的表面电位和所述介质材料的漏电流，计算所述介质材料在不同温度下的辐射诱导电导率。由于电子加速器可以准确模拟介质材料所处的环境，加热片可以准确控制介质材料处在不同的温度，温度巡检仪可以准确监测所述介质材料温度，因此本实施例提供的介质材料不同温度下辐射诱导电导率测量方法，可以提高介质材料不同温度下辐射诱导电导率测量的准确度。
在本发明上述各实施例中，实施例的序号和/或先后顺序仅仅便于描述，不代表实施例的优劣。对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：只读存储器（Read-Only Memory，简称ROM）、随机存取存储器（Random Access Memory，简称RAM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本发明的装置和方法等实施例中，显然，各部件或各步骤是可以分解、组合和/或分解后重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。同时，在上面对本发明具体实施例的描述中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。
最后应说明的是：虽然以上已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。
Claims (10)
1.一种介质材料不同温度下辐射诱导电导率测量装置，其特征在于，包括：真空室、用于模拟空间环境高能电子的电子加速器、介质材料、屏蔽壳、绝缘导热垫、用于给所述介质材料加热的加热片、隔热垫、用于测量所述介质材料漏电流的静电计、用于给所述加热片供电的加热片电源、真空抽气***、样品台、三维运动导轨、用于监测所述介质材料温度的温度巡检仪、用于监测所述介质材料表面电位的非接触式电位计；
其中，所述电子加速器位于所述真空室的顶部；所述样品台位于所述真空室的底部；所述隔热垫放置于所述样品台的上表面；所述加热片放置于所述隔热垫的上表面，所述绝缘导热垫放置于所述加热片的上表面，所述介质材料放置于所述绝缘导热垫的上表面；所述屏蔽壳位于所述介质材料外侧，包围所述介质材料、绝缘导热垫、加热片和隔热垫；所述三维运动导轨安装于所述真空室的底部，且位于所述样品台的左侧，所述三维运动导轨的测头位于所述介质材料的上方；
所述静电计、加热片电源、真空抽气***、温度巡检仪和非接触式电位计位于所述真空室的外部；所述温度巡检仪与所述介质材料相连；所述静电计的一端与所述介质材料相连，所述静电计的另一端接地；所述加热片电源与所述加热片相连；所述非接触式电位计的一端与所述三维运动导轨的测头相连，所述非接触式电位计的另一端接地；所述真空抽气***紧贴所述真空室的外壁。
2.根据权利要求1所述的介质材料不同温度下辐射诱导电导率测量装置，其特征在于：
所述介质材料的下表面设置有金属背电极；
所述静电计的一端与所述金属背电极相连，所述静电计的另一端接地。
3.根据权利要求1所述的介质材料不同温度下辐射诱导电导率测量装置，其特征在于：
所述加热片的上表面涂覆有导热硅脂；和/或，
所述绝缘导热垫的上表面涂覆有导热硅脂。
4.根据权利要求1所述的介质材料不同温度下辐射诱导电导率测量装置，其特征在于：
所述隔热垫的导热系数小于0.1W/(m·K)。
5.一种介质材料不同温度下辐射诱导电导率测量方法，其特征在于，使用如权利要求1-4任一所述的介质材料不同温度下辐射诱导电导率测量装置；所述介质材料不同温度下辐射诱导电导率测量方法包括：
将隔热垫放置于样品台的上表面，将加热片放置于所述隔热垫的上表面，将绝缘导热垫放置于所述加热片的上表面，将介质材料放置于所述绝缘导热垫的上表面；
开启真空抽气***给真空室抽真空；
开启电子加速器模拟空间环境的高能电子；
开启加热片电源给加热片供电，所述加热片给所述介质材料加热；
通过温度巡检仪监测所述介质材料的温度；
通过非接触式电位计监测所述介质材料的表面电位；
通过静电计监测所述介质材料的漏电流；
通过所述介质材料的表面电位和所述介质材料的漏电流，计算所述介质材料在不同温度下的辐射诱导电导率。
6.根据权利要求5所述的介质材料不同温度下辐射诱导电导率测量方法，其特征在于，所述开启真空抽气***给真空室抽真空，包括：
开启真空抽气***；
将所述真空室抽至真空度高于5.0×10-4Pa的真空。
7.根据权利要求5所述的介质材料不同温度下辐射诱导电导率测量方法，其特征在于，所述加热片给所述介质材料加热，包括：
所述加热片将所述介质材料加热至30℃～150℃范围内的任一温度值。
8.根据权利要求5所述的介质材料不同温度下辐射诱导电导率测量方法，其特征在于，所述开启电子加速器模拟空间环境的高能电子，包括：
开启电子加速器；
所述电子加速器模拟高能电子能量范围在0.8MeV-2.3MeV，束流密度范围在1nA/cm2-25nA/cm2内的空间环境。
9.根据权利要求5所述的介质材料不同温度下辐射诱导电导率测量方法，其特征在于，所述通过非接触式电位计监测所述介质材料的表面电位，包括：
采用型号为Trek341A的非接触式电位计监测所述介质材料的表面电位。
10.根据权利要求5所述的介质材料不同温度下辐射诱导电导率测量方法，其特征在于，所述通过静电计监测所述介质材料的漏电流，包括：
采用型号为Keithley6517A的静电计监测所述介质材料的漏电流。
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