CN113253361B - 一种月壤水冰极端低温物性测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种月壤水冰极端低温物性测试装置，该测试装置包括制冷***、真空***和真空低温实验舱，真空低温实验舱位于真空***内部，制冷***与真空低温实验舱连接；真空低温实验舱的导冷样品台放置在实验舱舱体中，所述导冷样品台与多级冷头相连，密封样本盒和温控加热片放置在导冷样品台上，温控加热片上设置有被测传感器，密封样本盒被分为若干个独立单元，每个独立单元中放置水冰样本和被测传感器；解决现有技术没有能实现月球极端低温真空环境的实验装置的技术问题。本发明能够模拟如此苛刻的月球环境，是国内第一次对水冰探测的传感器件进行测试，填补了国内对于水冰探测的空白，对于我国追赶国际太空探索水平有着重大意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种月壤水冰极端低温物性测试装置，属于月壤测试装置技术领域。
背景技术
月球水冰的探索必然会面临真空、极低温等极端环境，为了保障探索所用传感器的性能，必须要由性能验证装置对其在极端环境下的性能进行地上验证，验证传感器在不同情况下的性能表现。但是由于其所需的极端环境过于苛刻，目前还没有能实现如此极端低温真空环境的实验装置。
发明内容
本发明为了解决现有技术没有能实现月球极端低温真空环境的实验装置的技术问题，提出一种月壤水冰极端低温物性测试装置。
本发明提出一种月壤水冰极端低温物性测试装置，包括制冷***、真空***和真空低温实验舱，所述真空低温实验舱位于真空***内部，所述制冷***与真空低温实验舱连接，为其制冷；
所述制冷***主要包括低温制冷机和多级冷头，所述低温制冷机通过多级冷头与真空低温实验舱连接；
所述真空低温实验舱包括实验舱舱体、导冷样品台、密封样本盒和温控加热片，所述导冷样品台放置在实验舱舱体中，所述导冷样品台与多级冷头相连，密封样本盒和温控加热片放置在导冷样品台上，所述温控加热片上设置有被测传感器，所述密封样本盒被分为若干个独立单元，每个独立单元中放置水冰样本和被测传感器；
所述真空***包括真空罩和冷屏，所述真空罩内设置有冷屏，所述冷屏内设置有实验舱舱体，所述真空罩上设置有传感器测量接口。
优选地，所述真空罩下方通过真空罩法兰连接有基座。
优选地，所述冷屏及真空低温实验舱外表面进行镀金处理，内表面均涂热沉黑漆。
优选地，所述多级冷头逐级降温，最终将极端低温传递到真空低温实验舱内。
优选地，所述导冷样品台的下方设置有导冷铜块，所述导冷铜块与多级冷头相连。
本发明所述的月壤水冰极端低温物性测试装置的有益效果为：
1、本发明采用密封样本盒包含五层独立单元，有利于位置解耦和分布解耦。
2、本发明能够模拟如此苛刻的月球环境，是国内第一次对水冰探测的传感器件进行测试，填补了国内对于水冰探测的空白，对于我国追赶国际太空探索水平有着重大意义。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
在附图中：
图1为本发明所述的一种月壤水冰极端低温物性测试装置的内部结构示意图；
图2为本发明所述的一种月壤水冰极端低温物性测试装置的外部结构示意图；
其中，1-冷屏；2-实验舱舱体；3-密封样本盒；4-传感器测量接口；5-基座；6-低温制冷机；7-多级冷头；8-真空罩法兰；9-导冷铜块；10-温控加热片；11-被测传感器；12-真空罩。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：
具体实施方式一：参见图1-2说明本实施方式。本实施方式所述的月壤水冰极端低温物性测试装置，包括制冷***、真空***和真空低温实验舱，所述真空低温实验舱位于真空***内部，所述制冷***与真空低温实验舱连接，为其制冷，所述热控***位于真空低温实验舱的外部；
所述制冷***主要包括低温制冷机6和多级冷头7，所述低温制冷机6通过多级冷头7与真空低温实验舱连接；
所述真空低温实验舱包括实验舱舱体、导冷样品台、密封样本盒3和温控加热片10，所述导冷样品台放置在实验舱舱体中，所述导冷样品台与多级冷头7相连，密封样本盒3和温控加热片10放置在导冷样品台上，所述温控加热片10上设置有被测传感器11，所述密封样本盒3被分为若干个独立单元，每个独立单元中放置水冰样本和被测传感器11；
所述真空***包括真空罩12和冷屏1，所述真空罩12内设置有冷屏1，所述冷屏1内设置有实验舱舱体，所述真空罩12上设置有传感器测量接口。
所述真空罩12下方通过真空罩法兰8连接有基座5。
所述被测传感器11可以根据实验的不同更换不同的传感器。
所述多级冷头7逐级降温，最终将极端低温传递到真空低温实验舱内。
所述导冷样品台的下方设置有导冷铜块4，所述导冷铜块4与多级冷头7相连。
所述冷屏1及真空低温实验舱外表面进行镀金处理以减少漏热，内表面均涂热沉黑漆所述冷屏1用于保持真空，保持低温。
其中，上部真空罩2内部是冷屏1，冷屏1的内侧是实验舱10。采用内外层的机构是为了尽量模拟极端低温的环境，其中冷屏1内的热力学温度可以达到40K，热真空舱内的热力学温度可以达到50K。所述真空罩2的连接处设置有密封环，真空罩2和密封环的作用是为了保持真空的条件，真空罩2与分子泵相连，在实验开始时可以将抽取真空罩2中的空气，保障实验时真空罩2内部可以达到一定的真空度。
实验所需的样本以及被测传感器件放置于导冷样品台之上，导冷样品台的特点是与导冷铜块9相连，导冷铜块9则与多级冷头7相连，为保证工作效率，各器件应紧贴导冷样品台，同时仪器通过传感器测量器接口4与实验装置相连，可以实时监控各舱室的温度。
为了验证被测传感器11的性能，需要完成两类实验，一是直接验证传感器在真空、低温、无水环境下的耐受实验，二是验证仪器在不同含水率的月壤中的耐受实验。
为了验证被测传感器11在不同情况下的性能，我们需要进行样本库的建立，配置不同含水率以及密实度的均值月壤水冰样本，进行低温冷冻处理，然后利用标定好的传感器件进行综合物性测试，持续改变含水率、冷冻温度以及密实度进行测试，即可获得温度、含水率以及密实度与综合物性的映射关系。
密封样本盒3被分为五个独立的单元，每一层放置综合物性已知的水冰样本和标定好的传感器件，以便进行位置解耦和分布解耦。在实验时保持被测传感器11与水冰的样本充分接触，完成试验后通过测得的数据与样本已知的物性参数进行对比分析，就可以判断传感器件在极端环境下的性能是否符合指标。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，还可以是上述各个实施方式记载的特征的合理组合，凡在本发明精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种月壤水冰极端低温物性测试装置，其特征在于，包括制冷***、真空***和真空低温实验舱，所述真空低温实验舱位于真空***内部，所述制冷***与真空低温实验舱连接，为其制冷，
所述制冷***主要包括低温制冷机(6)和多级冷头(7)，所述低温制冷机(6)通过多级冷头(7)与真空低温实验舱连接；
所述真空低温实验舱包括实验舱舱体、导冷样品台、密封样本盒(3)和温控加热片(10)，所述导冷样品台放置在实验舱舱体中，所述导冷样品台与多级冷头(7)相连，密封样本盒(3)和温控加热片(10)放置在导冷样品台上，所述温控加热片(10)上设置有被测传感器(11)，所述密封样本盒(3)被分为若干个独立单元，每个独立单元中放置水冰样本和被测传感器(11)；
所述真空***包括真空罩(12)和冷屏(1)，所述真空罩(12)内设置有冷屏(1)，所述冷屏(1)内设置有实验舱舱体，所述真空罩(12)上设置有传感器测量接口；
所述冷屏(1)和真空低温实验舱的外表面进行镀金处理，内表面均涂热沉黑漆。
2.根据权利要求1所述的月壤水冰极端低温物性测试装置，其特征在于，所述真空罩(12)下方通过真空罩法兰(8)连接有基座(5)。
3.根据权利要求1所述的月壤水冰极端低温物性测试装置，其特征在于，所述多级冷头(7)逐级降温，最终将极端低温传递到真空低温实验舱内。
4.根据权利要求1所述的月壤水冰极端低温物性测试装置，其特征在于，所述导冷样品台的下方设置有导冷铜块(4)，所述导冷铜块(4)与多级冷头(7)相连。
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