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专利名称：一种介质材料电导率测量装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种介质材料电导率测量装置及方法，属于测量领域。
背景技术：
介质材料充放电效应是引起中、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(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。伴随着我国卫星技术的不断进步，为了满足通信卫星长寿命高性能的需求，我国卫星平台都将大量采用高比冲、长寿命、高效率的离子电推进系统，需要使用高达1000V的工作电压。当卫星运行在地球同步轨道(GEO)轨道时，其空间带电环境中的高能电子辐照会引起卫星介质材料充放电效应。此时，工作高压产生的强电场对介质材料的电导率也会产生影响，而场致效应和辐照效应同时对介质材料充放电效应的影响尚且不明确，因此，亟需开展在不同强度电场作用下和不同能量高能电子辐照下的介质材料电导率的测量，它是介质材料充放电研究和分析中必不可少的一项重要内容。

发明内容
本发明解决的技术问题是:提供一种介质材料电导率测量装置及方法，模拟介质材料同时受到场致效应和辐照 效应的影响，解决测试过程中的微电流测试和抗干扰等技术，测得介质材料电导率。可用于测量在不同电场强度作用下和不同高能电子辐照下介质材料的电导率变化。为实现上述目的，本发明的技术方案如下:一种介质材料电导率测量装置，所述装置包括真空室、电子加速器、介质材料样品、平板电极、绝缘垫、高压电源、静电计、真空抽气系统、样品台、三维传动机构、接地开关、非接触式电位计；其中，在真空室内部，电子加速器安装在真空室顶部；样品台安装在真空室底面上，样品台上设置绝缘垫；介质材料样品放置在绝缘垫上表面，在介质材料样品和绝缘垫之间设有金属背电极；连接介质材料样品金属背电极的导线穿过绝缘垫并从绝缘垫下面引出后，与真空室外的静电计连接后接地。在介质材料样品左右两侧分别设有一个平板电极，其中一个平板电极与真空室外的接地开关连接后接地，以消除平板电极对非接触式电位计的干扰；另一个平板电极与真空室外的高压电源连接；在真空室内设有三维传动机构，三维传动机构上设有非接触式表面电位计探头；所述非接触式表面电位计探头与真空室外的非接触式表面电位计连接后接地；在真空室外，真空抽气系统与真空室连接；其中，优选所述金属背电极为导电金属胶带。一种介质材料电导率测量方法，所述方法包括以下步骤:步骤一、开启真空抽气系统给真空室抽真空；步骤二、开启电子加速器，模拟空间环境的高能电子辐照介质材料样品表面；步骤三、开启高压电源给平板电极加高压；步骤四、利用非接触式电位计监测介质材料样品的表面电位，利用静电计监测介质材料样品的泄漏电流；步骤五、计算得到在某一设定电场强度下介质材料样品的辐射诱导电导率；其中，
电阻率的计算公式为σ = += |，因此通过非接触式电位计得到的介质材料样品的表面电
位V和静电计得到的介质材料样品的漏电流I，可以得到在设定电场强度下介质材料样品的辐射诱导电导率。其中，所述步骤一中真空室的真空度低于5.0X 10 —4Pa。

优选所述步骤二中电子加速器提供的高能电子能量范围在0.8 2.3MeV内可调，束流密度范围在I 25nA/cm2内可调。优选所述步骤三中两个相对的平板电极提供的电场强度范围在O 1500V/cm内可调。优选所述步骤四中监测介质材料样品的表面电位时，先接通接地开关将平板电极接地；然后关闭高压电源，记录非接触式电位计的读数；所述非接触式电位计型号为Trek341A ;静电计型号为 Keithley6517A ；有益效果1.本发明所述介质材料电导率测量装置采用电子加速器，能较好的模拟空间带电环境的高能电子；所述方法可操作性强，该试验系统工作稳定，适用于测量在不同强度电场作用下和不同能量高能电子辐照下的介质材料电导率。2.采用一侧接地的平板电极，能够为介质材料样品提供匀强电场，解决了原有电导率测量装置无法模拟介质材料同时受场致效应和辐照效应的影响；


图1是本发明的介质材料电导率测量装置结构图。图中:1-真空室、2-电子加速器、3-介质材料样品、4-平板电极、5-绝缘垫、6-高压电源、7-静电计、8-真空抽气系统、9-样品台、10-三维传动机构、11-接地开关、12-非接触式电位计。
具体实施例方式如图1所示，为本发明的介质材料电导率测量装置，所述装置包括真空室1、电子加速器2、介质材料样品3、平板电极4、绝缘垫5、高压电源6、静电计7、真空抽气系统8、样品台9、三维传动机构10、接地开关11、非接触式电位计12 ；其中，在真空室I内部，电子加速器2安装在真空室I顶部；样品台9安装在真空室I底面上，样品台9上设置绝缘垫5 ;介质材料样品3放置在绝缘垫5上表面，在介质材料样品3和绝缘垫5之间设有金属背电极；连接介质材料样品3金属背电极的导线穿过绝缘垫5并从绝缘垫5下面引出后，与真空室I外的静电计7连接后接地。在介质材料样品3左右两侧分别设有一个平板电极4,其中一个平板电极与真空室I外的接地开关11连接后接地，以消除平板电极4对非接触式电位计12的干扰；另一个平板电极与真空室I外的高压电源6连接；在真空室I内设有三维传动机构10，三维传动机构10上设有非接触式表面电位计探头；所述非接触式表面电位计探头与真空室I外的非接触式表面电位计12连接后接地；
在真空室外，真空抽气系统8与真空室I连接；其中，所述金属背电极为导电金属胶带。一种介质材料电导率测量方法，所述方法包括以下步骤:步骤一、开启真空抽气系统8给真空室I抽真空，使真空度优于5.0X10 —4Pa ；步骤二、开启电子加速器2，模拟空间环境的高能电子，辐照介质材料样品3表面；电子能量为IMeV，束流密度为5nA/cm2 ；步骤三、开启高 压电源6给平板电极4加高压，在两平板电极之间得到500V/cm的场强；步骤四、先接通接地开关11将平板电极4接地，然后关闭高压电源6，记录非接触式电位计12的读数，监测介质材料样品3的表面电位；利用静电计7监测介质材料样品3的泄漏电流；所述非接触式电位计12型号为Trek341A ;静电计7型号为Keithley6517A。步骤五、计算在500V/cm电场强度作用和IMeV高能电子辐照下，通过电阻率的计
算公式σ = | =.^，以及非接触式电位计得到的介质材料样品的表面电位V和静电计得到 R V
的介质材料样品的漏电流I，可以得到在设定电场强度下介质材料样品3的辐射诱导电导率。综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种介质材料电导率测量装置，其特征在于:所述装置包括真空室(I)、电子加速器(2)、介质材料样品(3)、平板电极(4)、绝缘垫(5)、高压电源(6)、静电计(7)、真空抽气系统(8 )、样品台(9 )、三维传动机构(10 )、接地开关(11)、非接触式电位计(12); 其中，在真空室(I)内部，电子加速器(2)安装在真空室(I)顶部；样品台(9)安装在真空室(I)底面上，样品台(9)上设置绝缘垫(5);介质材料样品(3)放置在绝缘垫(5)上表面，在介质材料样品(3)和绝缘垫(5)之间设有金属背电极；连接介质材料样品(3)金属背电极的导线穿过绝缘垫(5)并从绝缘垫(5)下面引出后，与真空室(I)外的静电计(7)连接后接地； 在介质材料样品(3)左右两侧分别设有一个平板电极(4)，其中一个平板电极与真空室(I)外的接地开关(11)连接后接地，以消除平板电极(4)对非接触式电位计(12 )的干扰；另一个平板电极与真空室(I)外的高压电源(6 )连接； 在真空室(I)内设有三维传动机构(10)，三维传动机构(10)上设有非接触式表面电位计探头；所述非接触式表面电位计探头与真空室(I)外的非接触式表面电位计(12 )连接后接地； 在真空室外，真空抽气系统(8)与真空室(I)连接。
2.根据权利要求1所述的一种介质材料电导率测量装置，其特征在于:所述金属背电极为导电金属胶带。
3.—种介质材料电导率测量方法，所述方法使用如权利要求1所述的一种介质材料电导率测量装置，其特征在于:所述方法包括以下步骤: 步骤一、开启真空抽气系统(8)给真空室(I)抽真空； 步骤二、开启电子加速器(2)，模拟空间环境的高能电子辐照介质材料样品(3)表面； 步骤三、开启高压电源(6)给平板电极(4)加高压； 步骤四、利用非接触式电位计(12)监测介质材料样品(3)的表面电位，利用静电计(7)监测介质材料样品(3)的泄漏电流； 步骤五、计算得到介质材料样品(3)的辐射诱导电导率。
4.根据权利要求3所述的一种介质材料电导率测量方法，其特征在于:所述步骤一中真空室(I)的真空度低于5.0 X 10 — 4Pa0
5.根据权利要求3所述的一种介质材料电导率测量方法，其特征在于:所述步骤二中电子加速器(2)提供的高能电子能量范围在0.8 2.3MeV内可调，束流密度范围在I 25nA/cm2内可调。
6.根据权利要求3所述的一种介质材料电导率测量方法，其特征在于:所述步骤三中平板电极(4)提供的电场强度范围在O 1500V/cm内可调。
7.根据权利要求3所述的一种介质材料电导率测量方法，其特征在于:所述步骤四中监测介质材料样品(3)的表面电位时，先接通接地开关(11)将平板电极(4)接地；然后关闭高压电源(6)，记录非接触式电位计(12)的读数。
8.根据权利要求3所述的一种介质材料电导率测量方法，其特征在于:所述非接触式电位计(12)型号为Trek341A ;静电计(7)型号为Keithley6517A。
全文摘要
本发明涉及一种介质材料电导率测量装置及方法，属于测量领域。所述装置包括真空室、电子加速器、介质材料样品、平板电极、绝缘垫、高压电源、静电计、真空抽气系统、样品台、三维传动机构、接地开关、非接触式电位计；所述方法包括开启真空抽气系统给真空室抽真空；开启电子加速器，模拟空间环境的高能电子辐照介质材料样品表面；开启高压电源给平板电极加高压；利用非接触式电位计监测介质材料样品的表面电位，利用静电计监测介质材料样品的泄漏电流；计算得到介质材料样品的辐射诱导电导率。该试验系统工作稳定，采用一侧接地的平板电极，能够为介质材料样品提供匀强电场，解决了原有测量装置无法模拟介质材料同时受场致效应和辐照效应的影响。
文档编号G01R27/02GK103226167SQ20131014530
公开日2013年7月31日 申请日期2013年4月24日 优先权日2013年4月24日
发明者王俊, 李得天, 杨生胜, 秦晓刚, 柳青, 史亮, 汤道坦, 陈益峰 申请人:兰州空间技术物理研究所