專利名稱：一種介質材料電導率測量裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種介質材料電導率測量裝置及方法，屬于測量領域。
背景技術：
介質材料充放電效應是引起中、高軌道衛星異常現象的重要原因之一。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星結構和儀器設備等的屏蔽層，進入衛星內部的電路板、導線絕緣層等介質材料中，導致絕緣介質材料深層電荷沉積,從而形成介質材料內帶電。介質材料內帶電過程包括電荷沉積和電荷泄放兩個過程，其中高能電子輻照將引起的介質輻射誘導電導率(RIC)是影響電荷泄放速率的重要因素。RIC的產生引起電荷泄漏速率的增大，解決了沉積電荷導電通道的問題，使得沉積在介質體內電荷量減小，進而使得介質內電場強度的減小以及達到穩定狀態的時間同數量級的減小。因此，介質材料的輻射誘導電導率在決定內帶電程度及擊穿可能性中起重要作用，是介質內帶電研究的重要材料特性參數。伴隨著我國衛星技術的不斷進步，為了滿足通信衛星長壽命高性能的需求，我國衛星平臺都將大量采用高比沖、長壽命、高效率的離子電推進系統，需要使用高達1000V的工作電壓。當衛星運行在地球同步軌道(GEO)軌道時，其空間帶電環境中的高能電子輻照會引起衛星介質材料充放電效應。此時，工作高壓產生的強電場對介質材料的電導率也會產生影響，而場致效應和輻照效應同時對介質材料充放電效應的影響尚且不明確，因此，亟需開展在不同強度電場作用下和不同能量高能電子輻照下的介質材料電導率的測量，它是介質材料充放電研究和分析中必不可少的一項重要內容。
發明內容
本發明解決的技術問題是:提供一種介質材料電導率測量裝置及方法，模擬介質材料同時受到場致效應和輻照 效應的影響，解決測試過程中的微電流測試和抗干擾等技術，測得介質材料電導率。可用于測量在不同電場強度作用下和不同高能電子輻照下介質材料的電導率變化。為實現上述目的，本發明的技術方案如下:一種介質材料電導率測量裝置，所述裝置包括真空室、電子加速器、介質材料樣品、平板電極、絕緣墊、高壓電源、靜電計、真空抽氣系統、樣品臺、三維傳動機構、接地開關、非接觸式電位計；其中，在真空室內部，電子加速器安裝在真空室頂部；樣品臺安裝在真空室底面上，樣品臺上設置絕緣墊；介質材料樣品放置在絕緣墊上表面，在介質材料樣品和絕緣墊之間設有金屬背電極；連接介質材料樣品金屬背電極的導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連接后接地。在介質材料樣品左右兩側分別設有一個平板電極，其中一個平板電極與真空室外的接地開關連接后接地，以消除平板電極對非接觸式電位計的干擾；另一個平板電極與真空室外的高壓電源連接；在真空室內設有三維傳動機構，三維傳動機構上設有非接觸式表面電位計探頭；所述非接觸式表面電位計探頭與真空室外的非接觸式表面電位計連接后接地；在真空室外，真空抽氣系統與真空室連接；其中，優選所述金屬背電極為導電金屬膠帶。一種介質材料電導率測量方法，所述方法包括以下步驟:步驟一、開啟真空抽氣系統給真空室抽真空；步驟二、開啟電子加速器，模擬空間環境的高能電子輻照介質材料樣品表面；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監測介質材料樣品的表面電位，利用靜電計監測介質材料樣品的泄漏電流；步驟五、計算得到在某一設定電場強度下介質材料樣品的輻射誘導電導率；其中，
電阻率的計算公式為σ = += |，因此通過非接觸式電位計得到的介質材料樣品的表面電
位V和靜電計得到的介質材料樣品的漏電流I，可以得到在設定電場強度下介質材料樣品的輻射誘導電導率。其中，所述步驟一中真空室的真空度低于5.0X 10 —4Pa。
優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內可調，束流密度范圍在I 25nA/cm2內可調。優選所述步驟三中兩個相對的平板電極提供的電場強度范圍在O 1500V/cm內可調。優選所述步驟四中監測介質材料樣品的表面電位時，先接通接地開關將平板電極接地；然后關閉高壓電源，記錄非接觸式電位計的讀數；所述非接觸式電位計型號為Trek341A ;靜電計型號為 Keithley6517A ；有益效果1.本發明所述介質材料電導率測量裝置采用電子加速器，能較好的模擬空間帶電環境的高能電子；所述方法可操作性強，該試驗系統工作穩定，適用于測量在不同強度電場作用下和不同能量高能電子輻照下的介質材料電導率。2.采用一側接地的平板電極，能夠為介質材料樣品提供勻強電場，解決了原有電導率測量裝置無法模擬介質材料同時受場致效應和輻照效應的影響；
圖1是本發明的介質材料電導率測量裝置結構圖。圖中:1-真空室、2-電子加速器、3-介質材料樣品、4-平板電極、5-絕緣墊、6-高壓電源、7-靜電計、8-真空抽氣系統、9-樣品臺、10-三維傳動機構、11-接地開關、12-非接觸式電位計。
具體實施例方式如圖1所示，為本發明的介質材料電導率測量裝置，所述裝置包括真空室1、電子加速器2、介質材料樣品3、平板電極4、絕緣墊5、高壓電源6、靜電計7、真空抽氣系統8、樣品臺9、三維傳動機構10、接地開關11、非接觸式電位計12 ；其中，在真空室I內部，電子加速器2安裝在真空室I頂部；樣品臺9安裝在真空室I底面上，樣品臺9上設置絕緣墊5 ;介質材料樣品3放置在絕緣墊5上表面，在介質材料樣品3和絕緣墊5之間設有金屬背電極；連接介質材料樣品3金屬背電極的導線穿過絕緣墊5并從絕緣墊5下面引出后，與真空室I外的靜電計7連接后接地。在介質材料樣品3左右兩側分別設有一個平板電極4,其中一個平板電極與真空室I外的接地開關11連接后接地，以消除平板電極4對非接觸式電位計12的干擾；另一個平板電極與真空室I外的高壓電源6連接；在真空室I內設有三維傳動機構10，三維傳動機構10上設有非接觸式表面電位計探頭；所述非接觸式表面電位計探頭與真空室I外的非接觸式表面電位計12連接后接地；
在真空室外，真空抽氣系統8與真空室I連接；其中，所述金屬背電極為導電金屬膠帶。一種介質材料電導率測量方法，所述方法包括以下步驟:步驟一、開啟真空抽氣系統8給真空室I抽真空，使真空度優于5.0X10 —4Pa ；步驟二、開啟電子加速器2，模擬空間環境的高能電子，輻照介質材料樣品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的場強；步驟四、先接通接地開關11將平板電極4接地，然后關閉高壓電源6，記錄非接觸式電位計12的讀數，監測介質材料樣品3的表面電位；利用靜電計7監測介質材料樣品3的泄漏電流；所述非接觸式電位計12型號為Trek341A ;靜電計7型號為Keithley6517A。步驟五、計算在500V/cm電場強度作用和IMeV高能電子輻照下，通過電阻率的計
算公式σ = | =.^，以及非接觸式電位計得到的介質材料樣品的表面電位V和靜電計得到 R V
的介質材料樣品的漏電流I，可以得到在設定電場強度下介質材料樣品3的輻射誘導電導率。綜上所述，以上僅為本發明的較佳實施例而已，并非用于限定本發明的保護范圍。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種介質材料電導率測量裝置，其特征在于:所述裝置包括真空室(I)、電子加速器(2)、介質材料樣品(3)、平板電極(4)、絕緣墊(5)、高壓電源(6)、靜電計(7)、真空抽氣系統(8 )、樣品臺(9 )、三維傳動機構(10 )、接地開關(11)、非接觸式電位計(12); 其中，在真空室(I)內部，電子加速器(2)安裝在真空室(I)頂部；樣品臺(9)安裝在真空室(I)底面上，樣品臺(9)上設置絕緣墊(5);介質材料樣品(3)放置在絕緣墊(5)上表面，在介質材料樣品(3)和絕緣墊(5)之間設有金屬背電極；連接介質材料樣品(3)金屬背電極的導線穿過絕緣墊(5)并從絕緣墊(5)下面引出后，與真空室(I)外的靜電計(7)連接后接地； 在介質材料樣品(3)左右兩側分別設有一個平板電極(4)，其中一個平板電極與真空室(I)外的接地開關(11)連接后接地，以消除平板電極(4)對非接觸式電位計(12 )的干擾；另一個平板電極與真空室(I)外的高壓電源(6 )連接； 在真空室(I)內設有三維傳動機構(10)，三維傳動機構(10)上設有非接觸式表面電位計探頭；所述非接觸式表面電位計探頭與真空室(I)外的非接觸式表面電位計(12 )連接后接地； 在真空室外，真空抽氣系統(8)與真空室(I)連接。
2.根據權利要求1所述的一種介質材料電導率測量裝置，其特征在于:所述金屬背電極為導電金屬膠帶。
3.—種介質材料電導率測量方法，所述方法使用如權利要求1所述的一種介質材料電導率測量裝置，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(8)給真空室(I)抽真空； 步驟二、開啟電子加速器(2)，模擬空間環境的高能電子輻照介質材料樣品(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(12)監測介質材料樣品(3)的表面電位，利用靜電計(7)監測介質材料樣品(3)的泄漏電流； 步驟五、計算得到介質材料樣品(3)的輻射誘導電導率。
4.根據權利要求3所述的一種介質材料電導率測量方法，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.根據權利要求3所述的一種介質材料電導率測量方法，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內可調，束流密度范圍在I 25nA/cm2內可調。
6.根據權利要求3所述的一種介質材料電導率測量方法，其特征在于:所述步驟三中平板電極(4)提供的電場強度范圍在O 1500V/cm內可調。
7.根據權利要求3所述的一種介質材料電導率測量方法，其特征在于:所述步驟四中監測介質材料樣品(3)的表面電位時，先接通接地開關(11)將平板電極(4)接地；然后關閉高壓電源(6)，記錄非接觸式電位計(12)的讀數。
8.根據權利要求3所述的一種介質材料電導率測量方法，其特征在于:所述非接觸式電位計(12)型號為Trek341A ;靜電計(7)型號為Keithley6517A。
全文摘要
本發明涉及一種介質材料電導率測量裝置及方法，屬于測量領域。所述裝置包括真空室、電子加速器、介質材料樣品、平板電極、絕緣墊、高壓電源、靜電計、真空抽氣系統、樣品臺、三維傳動機構、接地開關、非接觸式電位計；所述方法包括開啟真空抽氣系統給真空室抽真空；開啟電子加速器，模擬空間環境的高能電子輻照介質材料樣品表面；開啟高壓電源給平板電極加高壓；利用非接觸式電位計監測介質材料樣品的表面電位，利用靜電計監測介質材料樣品的泄漏電流；計算得到介質材料樣品的輻射誘導電導率。該試驗系統工作穩定，采用一側接地的平板電極，能夠為介質材料樣品提供勻強電場，解決了原有測量裝置無法模擬介質材料同時受場致效應和輻照效應的影響。
文檔編號G01R27/02GK103226167SQ20131014530
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月24日 優先權日2013年4月24日
發明者王俊, 李得天, 楊生勝, 秦曉剛, 柳青, 史亮, 湯道坦, 陳益峰 申請人:蘭州空間技術物理研究所
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