CN112304349B - 一种空间碎片的探测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种空间碎片的探测装置及方法。所述探测装置包括第一敏感层、第二敏感层和第三敏感层，其中，所述第一敏感层、所述第二敏感层和所述第三敏感层均是由封装后的聚偏氟乙烯压电薄膜和设置于所述聚偏氟乙烯压电薄膜上的声发射传感器组成的，所述第一敏感层、所述第二敏感层和所述第三敏感层间隔预设距离横向排布设置，且所述第一敏感层、所述第二敏感层和所述第三敏感层相互平行。本发明实施例通过三层PVDF压电薄膜和声发射传感器进行组合，能够给出空间碎片撞击时刻、速度矢量、尺寸和材料类型等信息，为微小空间碎片环境探测与建模提供高质量探测数据，而且具有工艺简单、结构轻便、探测面积大、探测信息全面等优点。

Description

一种空间碎片的探测装置及方法
技术领域
本发明涉及微小空间碎片探测技术领域，特别是一种空间碎片的探测装置及方法。
背景技术
随着人类航天活动增多，空间碎片数量日益增多，对空间飞行器的撞击威胁也愈加严重。其中，直径在1cm以下的碎片通常被称为微小空间碎片。微小空间碎片具有较高的速度，与航天器碰撞会破坏航天器表面涂层、材料和结构，影响高姿态精度航天器指向性能。为掌握空间小碎片的空间分布特征，国外开展过一系列探测活动。
微小空间碎片探测器按照感知技术原理可分为压电型、半导体型、电离型、格栅型以及组合式等5大类探测器。
压电型探测器可分为压电薄膜型和压电陶瓷型两类。其中，压电薄膜型探测器通常采用PVDF压电薄膜，微小空间碎片撞击PVDF产生去极化效应，薄膜上下表面分别聚集正负电荷，在电路中形成电流。通过采集和处理该电流信号，可以判断传感器是否被撞，并估算碎片尺寸。压电陶瓷(PZT)型探测器利用压电效应，通过探测被碎片撞击后产生的压电信号感知撞击事件。
半导体型探测器利用硅基片制成平板型电容器，由外部电路给电容器提供偏置电压，微小碎片与其发生碰撞后会放电产生电流，通过采集和处理该电流信号判断是否传感器是否被撞。
撞击电离型微小空间碎片探测器内部设置有纯金靶心，当碎片与靶心碰撞时，巨大动能产生等离子体云，过对等离子体的测量，可以获得空间碎片的质量、速度和成分等信息。
格栅型微小空间碎片探测器，通过将细小(宽度在亚mm甚至μm量级)导电条组成的导电格栅被封装后，利用***电路监测其内部通断情况，根据其导通情况判断传感器是否被撞，并估算碎片尺寸。
组合式微小空间碎片探测器通常综合采用多种探测手段，探测要素较为全面，如NASA支持的PINDROP探测器采用声发射+凝胶的手段，通过监测撞击产生的声发射信号感知撞击事件并定位撞击点。利用凝胶在轨捕捉碎片，送回地面后直接分析碎片尺寸和材料理性，利用碎片在凝胶内的弹道轨迹反演碎片速度。NASA支持的SDS探测器则采用声发射传感器与多层导电格栅组合的探测方式。上述组合式探测器均可实现对撞击时间、位置以及碎片尺寸、速度、材料类型的探测。
然而，压电型探测器通常只能给出空间碎片的个数、速度和质量的信息，无法给出空间碎片的大小和方向的信息；半导体型探测器能够给出空间碎片的个数、大小的信息，无法给出空间碎片的方向和速度等信息；电离型探测器能够给出空间碎片质量、速度和成分的信息，也无法给出空间碎片的方向。格栅型探测器能够给出空间碎片个数、大小的信息，无法给出空间碎片的方向和速度等信息；组合型探测器能够给出空间碎片的个数、尺寸、速度、材料类型等信息，但是PINDROP在碎片尺寸探测范围存在上限，SDS工艺复杂。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种空间碎片的探测装置及方法。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种空间碎片的探测装置，包括第一敏感层、第二敏感层和第三敏感层，其中，
所述第一敏感层、所述第二敏感层和所述第三敏感层均是由封装后的聚偏氟乙烯压电薄膜和设置于所述聚偏氟乙烯压电薄膜上的声发射传感器组成的，所述第一敏感层、所述第二敏感层和所述第三敏感层间隔预设距离横向排布设置，且所述第一敏感层、所述第二敏感层和所述第三敏感层相互平行。
可选地，所述声发射传感器为压电陶瓷类型的声发射传感器和压电薄膜类型的声发射传感器中的任一种。
可选地，所述第一敏感层、所述第二敏感层和所述第三敏感层上设置的声发射传感器均呈四边形定位阵列排布，所述四边形定位阵列的边长小于1m。
可选地，所述预设距离为10cm～20cm。
可选地，所述聚偏氟乙烯压电薄膜采用聚酰亚胺薄膜、聚酯薄膜进行封装。
可选地，所述聚偏氟乙烯压电薄膜采用以聚酰亚胺薄膜和聚酯薄膜为基体的改性聚合物薄膜进行封装。
可选地，所述环氧树脂薄膜的厚度为50um～100um。
为了解决上述技术问题，本发明实施例还提供了一种空间碎片的探测方法，应用于上述任一项所述的探测装置，所述方法包括：
当空间碎片依次击穿第一敏感层、第二敏感层和第三敏感层的情况下，获取所述空间碎片击穿所述第一敏感层生成的第一信息、击穿所述第二敏感层生成的第二信息、及击穿所述第三敏感层生成的第三信息；
基于所述第一信息、所述第二信息和所述第三信息，获取所述空间碎片的飞行速度信息、飞行方向信息、飞行距离信息、所述空间碎片的碎片材质和所述空间碎片的尺寸信息。
可选地，所述获取所述空间碎片击穿所述第一敏感层生成的第一信息、击穿所述第二敏感层生成的第二信息、及击穿所述第三敏感层生成的第三信息，包括：
获取所述空间碎片击穿所述第一敏感层的第一时刻、第一穿孔孔径和第一击穿位置，并将所述第一时刻、所述第一穿孔孔径和所述第一击穿位置作为所述第一信息；
获取所述空间碎片击穿所述第二敏感层的第二时刻、第二穿孔孔径和第二击穿位置，并将所述第二时刻、所述第二穿孔孔径和所述第二击穿位置作为所述第二信息；
获取所述空间碎片击穿所述第三敏感层的第三时刻、第三穿孔孔径和第三击穿位置，并将所述第三时刻、所述第三穿孔孔径和所述第三击穿位置作为所述第三信息。
可选地，所述基于所述第一信息、所述第二信息和所述第三信息，获取所述空间碎片的飞行速度信息、飞行方向信息、飞行距离信息、所述空间碎片的碎片材质和所述空间碎片的尺寸信息，包括：
基于所述第一位置、所述第二位置和所述第三位置，确定所述空间碎片的飞行方向和飞行距离；
基于所述第一时刻、所述第二时刻、所述第三时刻和所述飞行距离，确定所述空间碎片的飞行速度；
基于所述第一穿孔孔径、所述第二穿孔孔径、所述第三穿孔孔径和所述空间碎片的飞行速度变化值，确定所述空间碎片的碎片材质；
基于所述碎片材质对所述飞行速度和所述飞行方向进行修正，得到修正飞行速度和修正飞行方向；
基于所述第一穿孔孔径、所述修正飞行速度和所述修正飞行方向，确定所述空间碎片的尺寸信息。
本发明与现有技术相比的优点在于：
本发明实施例提供了一种空间碎片的探测装置及方法，该装置包括第一敏感层、第二敏感层和第三敏感层，其中，第一敏感层、第二敏感层和第三敏感层均是由封装后的聚偏氟乙烯压电薄膜和设置于聚偏氟乙烯压电薄膜上的声发射传感器组成的，第一敏感层、第二敏感层和第三敏感层间隔预设距离横向排布设置。本发明实施例通过三层PVDF压电薄膜和声发射传感器进行组合，能够给出空间碎片撞击时刻、速度矢量、尺寸和材料类型等信息，为微小空间碎片环境探测与建模提供高质量探测数据，而且具有工艺简单、结构轻便、探测面积大、探测信息全面等优点。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种空间碎片的探测装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种PVDF的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种PVDF上设置声发射传感器的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种空间碎片击穿敏感层的示意图；
图5为本发明实施例提供的一种空间碎片的探测方法的步骤流程图。
具体实施方式
实施例一
参照图1，示出了本发明实施例提供的一种空间碎片的探测装置的结构示意图，如图1所示，该探测装置可以包括：第一敏感层110、第二敏感层120和第三敏感层130，其中，
第一敏感层110、第二敏感层120和第三敏感层130均是由封装后的聚偏氟乙烯压电薄膜140和设置于聚偏氟乙烯压电薄膜140上的声发射传感器150组成的，第一敏感层110、第二敏感层120和第三敏感层130间隔预设距离横向排布设置，且第一敏感层110、第二敏感层120和第三敏感层130相互平行。
本发明实施例通过三层PVDF压电薄膜和声发射传感器进行组合，能够给出空间碎片撞击时刻、速度矢量、尺寸和材料类型等信息，为微小空间碎片环境探测与建模提供高质量探测数据，而且具有工艺简单、结构轻便、探测面积大、探测信息全面等优点。
在本发明实施例中，声发射传感器可以为压电陶瓷类型的声发射传感器，也可以为压电薄膜类型的声发射传感器等，具体地，可以根据业务需求选定声发射传感器的类型，本发明实施例对此不加以限制。
在本发明实施例中，PVDF压电薄膜可以是采用聚酰亚胺薄膜、聚酯薄膜进行封装的，也可以是采用以聚酰亚胺薄膜和聚酯薄膜为基体的各类改性聚合物薄膜进行封装的，聚酰亚胺薄膜和聚酯薄膜这两种材质具有一定强度且绝缘性较好，具体地，可以根据业务需求进行设置，本发明实施例对此不加以限制。
在本发明实施例中，用于封装PVDF压电薄膜的聚合物薄膜厚度可以为50um～100um等，具体地，可以根据业务需求自行设定聚合物薄膜的厚度，只要位于50um～100um之间即可，本发明实施例对此不加以限制。
对于PVDF压电薄膜的封装方式可以如图2所示，首先，将两片铜箔作为电极，利用环氧树脂胶粘贴在PVDF压电薄膜的两侧；然后，利用环氧树脂胶将聚合物薄膜粘贴在PVDF压电薄膜的外侧，即将PVDF压电薄膜封装在内，起到绝缘和保护PVDF薄膜的作用。
在本发明实施例中，相邻两个敏感层之间的预设距离位于10cm～20cm之间，本发明实施例优选为15cm。
在本发明实施例中，第一敏感层、第二敏感层和第三敏感层上设置的声发射传感器均成四边形定位阵列排序，四边形定位阵列的边上小于1m，如图3所示，各敏感层声发射传感器均采用四边形定位阵列，四边形边长不大于1米，根据敏感层尺寸合理设置传感器阵列，形成覆盖整个敏感层的一个或多个四边形定位阵列。
对于敏感层的组成方式可以如图3所示，封装后的PVDF压电薄膜和声发射传感器，声发射传感器粘贴在PVDF压电薄膜边角位置形成四边形定位阵列，当PVDF压电薄膜尺寸较大时，可增加声发射传感器数量，构成覆盖PVDF压电薄膜的一系列四边形定位阵列。其中，四边形定位阵列的边长优选不大于1米。
接下来，结合图4，对本发明实施例提供的探测装置探测空间碎片的过程进行详细描述。
参照图4，示出了本发明实施例提供的一种空间碎片击穿敏感层的示意图，如图4所示：
首先，可通过地面试验模拟塑料、铝合金、铜质材料撞击三层探测结构，通过试验标定不同材料的弹丸穿孔孔径与PVDF压电薄膜去极化电脉冲信号之间的关系、弹丸直径与穿孔孔径之间的关系、弹丸速度v0、v12、v23之间的衰减规律，建立经验公式。当空间碎片击穿第一敏感层后，穿孔区域的PVDF材料发生去极化效应，释放电荷脉冲，根据脉冲起始时刻确定碎片撞击时刻(t1)，根据脉冲信号强度确定穿孔孔径(d1)。同时，撞击产生的应力波在薄膜内传播，先后到达声发射传感器处，采用声发射定位算法即可确定碎片撞击位置(x1，y1)。
空间碎片穿透第一敏感层后继续撞击穿透第二、第三敏感层，同理可确定碎片撞击时刻(t2、t3)和碎片撞击位置(x2，y2)、(x3，y3)。
将空间碎片击穿第一敏感层、第二敏感层、三敏感层的时间与位置进行对比，即可获得相速度v12、v23。
Figure BDA0002699453200000071
Figure BDA0002699453200000072
上述公式中，s12表示第一敏感层到第二敏感层间距，s23表示第二敏感层到第三敏感层间距，根据第二敏感层穿孔孔径d2，结合v12、v23变化规律可确定碎片材料类型。
碎片材料类型确定后可根据v12反推碎片入射速度v0，根据第一敏感层穿孔孔径(d1)确定碎片尺寸。
由空间碎片击穿第一敏感层、第二敏感层、第三敏感层的位置，可以知道空间碎片的飞行方向为[Ax，Ay，Az]，其中
Figure BDA0002699453200000073
本发明实施例通过采用三层PVDF压电薄膜和声发射传感器进行组合，能够给出空间碎片撞击时刻、速度矢量、尺寸和材料类型等信息，为微小空间碎片环境探测与建模提供高质量探测数据。
本发明实施例提供的空间碎片的探测装置包括第一敏感层、第二敏感层和第三敏感层，其中，第一敏感层、第二敏感层和第三敏感层均是由封装后的聚偏氟乙烯压电薄膜和设置于聚偏氟乙烯压电薄膜上的声发射传感器组成的，第一敏感层、第二敏感层和第三敏感层间隔预设距离横向排布设置。本发明实施例通过三层PVDF压电薄膜和声发射传感器进行组合，能够给出空间碎片撞击时刻、速度矢量、尺寸和材料类型等信息，为微小空间碎片环境探测与建模提供高质量探测数据，而且具有工艺简单、结构轻便、探测面积大、探测信息全面等优点。
实施例二
参照图5，示出了本发明实施例提供的一种空间碎片的探测方法的步骤流程图，如图5所示，该空间碎片的探测方法可以应用于上述实施例一中任一项的空间碎片的探测装置，该探测方法具体可以包括如下步骤：
步骤501：当空间碎片依次击穿第一敏感层、第二敏感层和第三敏感层的情况下，获取所述空间碎片击穿所述第一敏感层生成的第一信息、击穿所述第二敏感层生成的第二信息、及击穿所述第三敏感层生成的第三信息。
本实施例可以应用于上述实施例一提供的空间碎片的探测装置。
空间碎片是指人类空间活动的产物。包括完成任务的火箭箭体和卫星本体、火箭的喷射物、在执行航天任务过程中的抛弃物、空间物体之间的碰撞产生的碎块等，是空间环境的主要污染源。
在地面试验过程中，可以设置三层探测结构，即第一敏感层、第二敏感层和第三敏感层，通过地面试验模拟空间碎片如塑料、铝合金、铜质材料等空间碎片撞击三层探测结构，通过试验标定不同材料的弹丸穿孔孔径与PVDF压电薄膜去极化电脉冲信号之间的关系、弹丸直径与穿孔孔径之间的关系、弹丸速度v0、v12、v23之间的衰减规律，建立经验公式。当空间碎片击穿第一敏感层后，穿孔区域的PVDF材料发生去极化效应，释放电荷脉冲，根据脉冲起始时刻确定碎片撞击时刻(t1)，根据脉冲信号强度确定穿孔孔径(d1)。同时，撞击产生的应力波在薄膜内传播，先后到达声发射传感器处，采用声发射定位算法即可确定碎片撞击位置(x1，y1)。
具体地，结合下述过程进行详细描述。
在本实施例中，第一信息是指空间碎片击穿第一敏感层时生成的信息。
第二信息是指空间碎片击穿第二敏感层时生成的信息。
第三信息是指空间碎片击穿第二敏感层时生成的信息。
第一信息、第二信息和第三信息均包括击穿位置、击穿时刻和击穿穿孔孔径等信息。在空间碎片依次击穿第一敏感层、第二敏感层和第三敏感层的情况下，可以获取空间碎片击穿第一敏感层生成的第一信息、击穿第二敏感层生成的第二信息、及击穿第三敏感层生成的第三信息，具体地，可以结合下述具体实现方式进行详细描述。
在本发明的一种具体实现方式中，上述步骤501可以包括：
子步骤A1：获取所述空间碎片击穿所述第一敏感层的第一时刻、第一穿孔孔径和第一击穿位置，并将所述第一时刻、所述第一穿孔孔径和所述第一击穿位置作为所述第一信息。
在本发明实施例中，第一时刻是指空间碎片击穿第一敏感层的时刻，记为t1。
第一穿孔孔径是指空间碎片击穿第一敏感层之后，在第一敏感层上所形成的穿孔的孔径，记为d1。
第一击穿位置是指空间碎片击穿第一敏感层时形成的穿孔孔径在第一敏感层上所处的位置，记为(x1，y1)。
当空间碎片击穿第一敏感层后，穿孔区域的第一敏感层的PVDF材料发生去极化效应，释放电荷脉冲，根据脉冲起始时刻可以确定出第一击穿时刻，根据脉冲信号强度可以确定第一穿孔孔径，同时，空间碎片撞击第一敏感层产生的应力波在薄膜内传播，先后到达声发射传感器处，采用声发射定位算法即可确定第一击穿位置。在获取第一击穿时刻、第一穿孔孔径和第一击穿位置之后，则可以将第一击穿时刻、第一穿孔孔径和第一击穿位置作为第一信息。
子步骤A2：获取所述空间碎片击穿所述第二敏感层的第二时刻、第二穿孔孔径和第二击穿位置，并将所述第二时刻、所述第二穿孔孔径和所述第二击穿位置作为所述第二信息。
第二时刻是指空间碎片击穿第二敏感层的时刻，记为t2。
第二穿孔孔径是指空间碎片击穿第二敏感层之后，在第二敏感层上所形成的穿孔的孔径，记为d2。
第二击穿位置是指空间碎片击穿第二敏感层时形成的穿孔孔径在第二敏感层上所处的位置，记为(x2，y2)。
当空间碎片击穿第二敏感层后，穿孔区域的第二敏感层的PVDF材料发生去极化效应，释放电荷脉冲，根据脉冲起始时刻可以确定出第二击穿时刻，根据脉冲信号强度可以确定第二穿孔孔径，同时，空间碎片撞击第二敏感层产生的应力波在薄膜内传播，先后到达声发射传感器处，采用声发射定位算法即可确定第二击穿位置。在获取第二击穿时刻、第二穿孔孔径和第二击穿位置之后，则可以将第二击穿时刻、第二穿孔孔径和第二击穿位置作为第二信息。
子步骤A3：获取所述空间碎片击穿所述第三敏感层的第三时刻、第三穿孔孔径和第三击穿位置，并将所述第三时刻、所述第三穿孔孔径和所述第三击穿位置作为所述第三信息。
第三时刻是指空间碎片击穿第三敏感层的时刻，记为t3。
第三穿孔孔径是指空间碎片击穿第三敏感层之后，在第三敏感层上所形成的穿孔的孔径，记为d3。
第三击穿位置是指空间碎片击穿第三敏感层时形成的穿孔孔径在第三敏感层上所处的位置，记为(x3，y3)。
当空间碎片击穿第三敏感层后，穿孔区域的第三敏感层的PVDF材料发生去极化效应，释放电荷脉冲，根据脉冲起始时刻可以确定出第三击穿时刻，根据脉冲信号强度可以确定第三穿孔孔径，同时，空间碎片撞击第三敏感层产生的应力波在薄膜内传播，先后到达声发射传感器处，采用声发射定位算法即可确定第三击穿位置。在获取第三击穿时刻、第三穿孔孔径和第三击穿位置之后，则可以将第三击穿时刻、第三穿孔孔径和第三击穿位置作为第三信息。
在获取到空间碎片击穿第一敏感层生成的第一信息、击穿第二敏感层生成的第二信息、及击穿第三敏感层生成的第三信息之后，执行步骤502。
步骤502：基于所述第一信息、所述第二信息和所述第三信息，获取所述空间碎片的飞行速度信息、飞行方向信息、飞行距离信息、所述空间碎片的碎片材质和所述空间碎片的尺寸信息。
在获取到第一信息、第二信息和第三信息之后，可以结合第一信息、第二信息和第三信息计算得到空间碎片的飞行速度信息、飞行方向信息、飞行距离信息、空间碎片的碎片材质和空间碎片的尺寸信息，具体地，可以结合下述具体实现方式进行详细描述。
在本发明的另一种具体实现方式中，上述步骤502可以包括：
子步骤B1：基于所述第一位置、所述第二位置和所述第三位置，确定所述空间碎片的飞行方向和飞行距离。
在本发明实施例中，在获取第一位置、第二位置和第三位置之后，可以结合第一位置、第二位置和第三位置确定空间碎片的飞行方向和飞行距离。
子步骤B2：基于所述第一时刻、所述第二时刻、所述第三时刻和所述飞行距离，确定所述空间碎片的飞行速度。
在获取第一时刻、第二时刻和第三时刻之后，可以基于第一时刻、第二时刻、第三时刻，空间碎片在第一敏感层和第二敏感层之间的飞行距离，及空间碎片在第二敏感层和第三敏感层之间的飞行距离，计算得到空间碎片的飞行速度，具体地，可以结合下述公式进行计算：
Figure BDA0002699453200000111
Figure BDA0002699453200000112
上述公式中，s12表示第一敏感层到第二敏感层间距，s23表示第二敏感层到第三敏感层间距，根据v12、v23变化规律可确定碎片材料类型。
子步骤B3：基于所述第一穿孔孔径、所述第二穿孔孔径、所述第三穿孔孔径和所述空间碎片的飞行速度变化值，确定所述空间碎片的碎片材质。
在获取第一穿孔孔径、第二穿孔孔径、第三穿孔孔径之后，可以结合这三个穿孔孔径结合空间碎片的飞行速度变化值，确定空间碎片的碎片材质，具体地，由三层PVDF压电薄膜穿孔孔径，结合碎片速度变化规律，可初步将空间碎片材料分类为轻、中、重密度材料，分别对应航天常用的三种材料：塑料、铝合金、铜。
在本实施例中，压电薄膜穿孔孔径、碎片速度变化规律与碎片材料类型之间的关系需要通过地面标定试验获得。
子步骤B4：基于所述碎片材质对所述飞行速度和所述飞行方向进行修正，得到修正飞行速度和修正飞行方向。
在获取空间碎片的碎片材质之后，可以基于碎片材质对飞行速度和飞行方向分别进行修正，以得到修正飞行速度和修正飞行方向，具体地，可以基于碎片材质对飞行速度进行修正，以得到修正飞行速度，基于碎片材质对飞行方向进行修正以得到修正飞行方向。
在得到修正飞行速度和修正飞行方向之后，执行子步骤B5。
子步骤B5：基于所述第一穿孔孔径、所述修正飞行速度和所述修正飞行方向，确定所述空间碎片的尺寸信息。
在得到修正飞行方向和修正飞行速度之后，可以基于第一穿孔孔径、修正飞行速度和修正飞行方向确定空间碎片的尺寸信息，具体地，材料类型确定后，对碎片速度、方向进行修正，结合首层PVDF压电薄膜穿孔孔径确定空间碎片的尺寸。
本发明实施例通过三层PVDF压电薄膜和声发射传感器进行组合，能够给出空间碎片撞击时刻、速度矢量、尺寸和材料类型等信息，为微小空间碎片环境探测与建模提供高质量探测数据，而且具有工艺简单、结构轻便、探测面积大、探测信息全面等优点。
本发明实施例提供的空间碎片的探测方法，通过当空间碎片依次击穿第一敏感层、第二敏感层和第三敏感层的情况下，获取空间碎片击穿第一敏感层生成的第一信息、击穿第二敏感层生成的第二信息、及击穿第三敏感层生成的第三信息，基于第一信息、第二信息和第三信息，获取空间碎片的飞行速度信息、飞行方向信息、飞行距离信息、空间碎片的碎片材质和空间碎片的尺寸信息。本发明实施例通过三层PVDF压电薄膜和声发射传感器进行组合，能够给出空间碎片撞击时刻、速度矢量、尺寸和材料类型等信息，为微小空间碎片环境探测与建模提供高质量探测数据，而且具有工艺简单、结构轻便、探测面积大、探测信息全面等优点。
尽管上文对本专利的具体设计方式和思路给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明专利的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本专利的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种空间碎片的探测装置，其特征在于，所述探测装置包括第一敏感层、第二敏感层和第三敏感层，其中，
所述第一敏感层、所述第二敏感层和所述第三敏感层均是由封装后的聚偏氟乙烯压电薄膜和设置于所述聚偏氟乙烯压电薄膜上的声发射传感器组成的，所述第一敏感层、所述第二敏感层和所述第三敏感层间隔预设距离横向排布设置，且所述第一敏感层、所述第二敏感层和所述第三敏感层的相互平行。
2.根据权利要求1所述的探测装置，其特征在于，所述声发射传感器为压电陶瓷类型的声发射传感器和压电薄膜类型的声发射传感器中的任一种。
3.根据权利要求1所述的探测装置，其特征在于，所述第一敏感层、所述第二敏感层和所述第三敏感层上设置的声发射传感器均呈四边形定位阵列排布，所述四边形定位阵列的边长小于1m。
4.根据权利要求1所述的探测装置，其特征在于，所述预设距离为10cm～20cm。
5.根据权利要求1所述的探测装置，其特征在于，所述聚偏氟乙烯压电薄膜采用聚酰亚胺薄膜、聚酯薄膜进行封装。
6.根据权利要求1所述的探测装置，其特征在于，所述聚偏氟乙烯压电薄膜是采用以聚酰亚胺薄膜和聚酯薄膜为基体的改性聚合物薄膜进行封装。
7.根据权利要求6所述的探测装置，其特征在于，所述聚合物薄膜的厚度为50um～100um。
8.一种空间碎片的探测方法，应用于权利要求1至7任一项所述的探测装置，其特征在于，所述方法包括：
当空间碎片依次击穿第一敏感层、第二敏感层和第三敏感层的情况下，获取所述空间碎片击穿所述第一敏感层生成的第一信息、击穿所述第二敏感层生成的第二信息、及击穿所述第三敏感层生成的第三信息；
基于所述第一信息、所述第二信息和所述第三信息，获取所述空间碎片的飞行速度信息、飞行方向信息、飞行距离信息、所述空间碎片的碎片材质和所述空间碎片的尺寸信息；
所述获取所述空间碎片击穿所述第一敏感层生成的第一信息、击穿所述第二敏感层生成的第二信息、及击穿所述第三敏感层生成的第三信息，包括：
获取所述空间碎片击穿所述第一敏感层的第一时刻、第一穿孔孔径和第一击穿位置，并将所述第一时刻、所述第一穿孔孔径和所述第一击穿位置作为所述第一信息；
获取所述空间碎片击穿所述第二敏感层的第二时刻、第二穿孔孔径和第二击穿位置，并将所述第二时刻、所述第二穿孔孔径和所述第二击穿位置作为所述第二信息；
获取所述空间碎片击穿所述第三敏感层的第三时刻、第三穿孔孔径和第三击穿位置，并将所述第三时刻、所述第三穿孔孔径和所述第三击穿位置作为所述第三信息。
9.根据权利要求8所述的探测方法，其特征在于，所述基于所述第一信息、所述第二信息和所述第三信息，获取所述空间碎片的飞行速度信息、飞行方向信息、飞行距离信息、所述空间碎片的碎片材质和所述空间碎片的尺寸信息，包括：
基于所述第一击穿位置、所述第二击穿位置和所述第三击穿位置，确定所述空间碎片的飞行方向和飞行距离；
基于所述第一时刻、所述第二时刻、所述第三时刻和所述飞行距离，确定所述空间碎片的飞行速度；
基于所述第一穿孔孔径、所述第二穿孔孔径、所述第三穿孔孔径和所述空间碎片的飞行速度变化值，确定所述空间碎片的碎片材质；
基于所述碎片材质对所述飞行速度和所述飞行方向进行修正，得到修正飞行速度和修正飞行方向；
基于所述第一穿孔孔径、所述修正飞行速度和所述修正飞行方向，确定所述空间碎片的尺寸信息。
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