發(fā)布時間：2021-09-09 06:53

　　引力參考傳感器（又稱慣性傳感器）是空間引力波探測等任務(wù)中的關(guān)鍵載荷,其中檢測質(zhì)量塊經(jīng)歷各種宇宙環(huán)境之后,由于部分高能粒子的作用,檢測質(zhì)量塊上會逐漸積累電荷,這些累積的電荷隨時間增長到一定的程度時,引起的噪聲會影響航天器無拖曳控制和相關(guān)任務(wù)科學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)。本文分析了檢測質(zhì)量塊的電荷積累機制,介紹了幾種利用光電效應(yīng)對檢測質(zhì)量塊進行電荷控制的結(jié)構(gòu),并設(shè)計了利用250 nm紫外光對檢測質(zhì)量塊電荷進行控制的實驗,最后對檢測質(zhì)量塊電荷控制方法進行了總結(jié)。 

【文章來源】：真空與低溫. 2020,26(02)

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

利用光電效應(yīng)進行的檢測質(zhì)量塊電荷控制原理圖

圖2[7]是檢測質(zhì)量塊和其電極籠的結(jié)構(gòu)示意圖。檢測質(zhì)量塊為直徑1.9 cm的石英球體，表面鍍有一層1.3μm厚的鈮薄膜；電極籠內(nèi)表面鍍有0.02μm厚的鈦膜，檢測質(zhì)量塊至電極籠內(nèi)表面距離為30μm。檢測質(zhì)量塊在650 km極地軌道上的電荷積累主要有三種機制[7]：宇宙輻射、檢測質(zhì)量塊懸浮和檢測質(zhì)量塊自旋。宇宙輻射充電機制主要是高能質(zhì)子以速率6×109（質(zhì)子/y）注入檢測質(zhì)量塊，使檢測質(zhì)量塊以大約1V/y的速率正充電。檢測質(zhì)量塊懸浮和自旋機制引起的充電難以估計，并且只發(fā)生在實驗開始的時候。檢測質(zhì)量塊在650 km極地軌道上1個星期的平均電荷積累超過15 mV。GP-B任務(wù)中采用的紫外光由兩盞10μW、254 nm射頻放電汞燈提供，由光纖傳導(dǎo)至檢測質(zhì)量塊，檢測質(zhì)量塊的光電發(fā)射效率大約在20～200 fA/μW之間[12]。

圖3是GP-B電荷控制系統(tǒng)地面測試結(jié)構(gòu)圖[7]。該地面測試是在室溫，壓力為1.33×10-5Pa下進行的。如圖3所示，通過光纖引導(dǎo)紫外光照射在檢測質(zhì)量塊上。由于紫外光線在檢測質(zhì)量塊上的反射能夠照射在電荷控制電極上，因此，檢測質(zhì)量塊和電荷控制電極都能由于光電效應(yīng)發(fā)射出光電子。可通過調(diào)節(jié)電荷控制電極和檢測質(zhì)量塊之間的偏壓來控制光電流的流向。在該裝置中，通過導(dǎo)線將檢測質(zhì)量塊直接與電流計連接，測量光電流的大小。該地面測試通過調(diào)節(jié)偏壓+18 V、-18 V、0 V獲得檢測質(zhì)量塊控制電勢，如圖4所示。圖4 調(diào)節(jié)偏壓獲得檢測質(zhì)量塊控制電勢的地面測試結(jié)果

【參考文獻】：
期刊論文
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[3]空間激光干涉引力波探測[J]. 羅子人,白姍,邊星,陳葛瑞,董鵬,董玉輝,高偉,龔雪飛,賀建武,李洪銀,李向前,李玉瓊,劉河山,邵明學(xué),宋同消,孫保三,唐文林,徐鵬,徐生年,楊然,靳剛.  力學(xué)進展. 2013(04)
[4]光電傳感器的原理及應(yīng)用[J]. 尋艷芳.  科技資訊. 2012(36)



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