真空紫外輻照強度控制裝置及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種真空紫外輻照試驗輻照強度控制裝置，包括：真空設備、真空紫外強度探測器、探測器電源、探測器移動機構、探測器伺服電機、探測器伺服電機電源、電荷放大器、數(shù)據(jù)采集卡、紫外輻照試樣板、試樣板移動機構、試樣板移動導軌、試樣板伺服電機、試樣板伺服電機電源、控制器和計算機。本發(fā)明還提供了一種用于真空紫外輻照試驗的輻照強度控制方法，利用真空紫外強度探測器得到光源的總輻射量，采用閉環(huán)控制原理，通過伺服電機調(diào)節(jié)真空紫外光源與輻照樣品之間的距離，保證試樣受到的真空紫外輻照強度恒定。本發(fā)明具有結構簡單、通用性高、應用方便、精度高、響應快的優(yōu)點，可以有效地降低航天器產(chǎn)品真空紫外輻照試驗成本，提高試驗精度。
【專利說明】真空紫外輻照強度控制裝置及控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及真空紫外輻照試驗領域，具體地，涉及一種真空紫外輻照強度控制裝置及控制方法。
【背景技術】
[0002]真空紫外輻射的波長為115— 200nm，只能在真空狀態(tài)下傳播?？臻g環(huán)境下由太陽產(chǎn)生的真空紫外可引起相關涂層材料光學性能、力學性能和化學性能的退化和降解。真空紫外輻照試驗就是在地面模擬真空環(huán)境下的真空紫外輻照，其強度一般為太陽真空紫外輻照強度的5 —10倍，并要求在試驗過程中保持恒定。真空紫外輻照試驗一般采用帶有MgF窗口的氘燈，其發(fā)光形態(tài)為圓錐形。由于發(fā)光體本身的性能退化和輻照過程中揮發(fā)物對MgF窗口的污染，光源的發(fā)光強度會隨使用時間逐漸減小，因而輻照強度也會隨著試驗時間逐漸降低，導致試驗精度差，因此有必要對輻照強度進行補償；另一方面，為了滿足對輻照強度的精度要求，保證紫外輻照強度的恒定，真空紫外輻照試驗用氘燈在沒有達到使用壽命時就報廢，極大地增加了試驗成本。
[0003]目前，NASA已經(jīng)建立了用來進行航天器材料真空紫外輻照試驗的設備，得到了多種材料的真空紫外輻照性能退化曲線，為航天器熱控設計和結構設計起到了支撐作用。國內(nèi)相關研究機構在真空紫外輻照領域也進行了一些探索性研究，但還不具備真空紫外輻照試驗的能力，只能進行200nm以上的近紫外輻照試驗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對當前真空紫外輻照試驗的技術空白，為提高試驗精度，本發(fā)明的目的是提供一種真空紫外輻照試驗輻照強度控制裝置及控制方法。該真空紫外輻照實驗輻照強度控制裝置基于閉環(huán)控制原理，通過對紫外光源總輻射量的監(jiān)控，改變輻照試樣板和真空紫外光源之間的距離以修正試樣板輻照面上的輻照強度，保證真空紫外輻照試驗輻照強度的恒定，安裝及調(diào)節(jié)靈活、方便應用。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種真空紫外輻照試驗輻照強度控制裝置，包括:真空設備、真空紫外強度探測器、探測器電源、探測器移動機構、探測器伺服電機、探測器電源、電荷放大器、數(shù)據(jù)米集卡、紫外福照試樣板、試樣板移動機構、試樣板移動導軌、試樣板伺服電機、試樣板伺服電機電源、控制器和計算機，真空紫外強度探測器、探測器移動機構、紫外輻照試樣板、試樣板移動機構和試樣板移動導軌設置在真空設備內(nèi)部，其它部件設置在真空設備外部，試樣板移動導軌兩端與真空設備固接連接，試樣板移動機構與試樣板移動導軌連接，紫外福照試樣板與試樣板移動機構連接，試樣板伺服電機一端與試樣板移動機構連接，另一端通過試樣板伺服電機電源連接至控制器；探測器移動機構設置在紫外光源與紫外輻照試樣板之間，真空紫外強度探測器與探測器移動機構連接，探測器伺服電機一端與真空紫外強度探測器連接，另一端通過探測器伺服電機電源連接至控制器；電荷放大器與真空紫外強度探測器連接，數(shù)據(jù)采集卡一端與電荷放大器連接，另一端連接至控制器，計算機與控制器連接，探測器電源與真空紫外強度探測器連接。
[0006]優(yōu)選地，紫外輻照試樣板輻照平面與光源輻照面保持平行。
[0007]優(yōu)選地，試樣板移動機構沿試樣板移動導軌方向的移動速度不大于10cm/min。
[0008]優(yōu)選地，探測器移動機構在光源輻照平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，且所處平面與光源的距離屯保持不變。
[0009]優(yōu)選地，真空紫外強度探測器使用MgF窗口，在真空度為10_3Pa的環(huán)境下正常使用，且真空紫外強度探測器使用時間不長于1000小時。
[0010]優(yōu)選地,試樣板移動機構在試樣板移動導軌上滑動，試樣板移動機構與光源之間的距離在一定范圍[c^cy內(nèi)自動調(diào)整，且大于探測器移動機構距光源的距離。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種用于真空紫外輻照試驗的輻照強度控制方法，利用真空紫外強度探測器得到的光源的總輻射量，采用閉環(huán)控制原理，調(diào)節(jié)真空紫外光源與輻照樣品之間的距離，保證樣品受到的真空紫外輻照強度恒定，具體包括以下步驟:
[0012]第一步，利用標準真空紫外光源進行真空紫外探測器在115_200nm波段內(nèi)的強度標定，即真空紫外強度/輸出電流；
[0013]第二步，安裝探測器、試樣，真空設備開機到試驗狀態(tài)；
[0014]第三步，打開紫外光源，在控制計算機上輸入紫外輻照試樣板期望的紫外輻射強度SK和輻照時間T ；
[0015]第四步，真空紫外探測器移動至可受輻照區(qū)域，得到當前光源總輻射量；
`[0016]第五步，基于反饋當前光源總輻射量，計算機通過控制器控制伺服電機移動紫外光源與紫外輻照試樣板之間的距離山使紫外輻照試樣板上的真空紫外輻射強度達到SK，試驗記時開始；
[0017]第六步，真空紫外強度探測器回位，20分鐘后轉(zhuǎn)至第四步；
[0018]第七步，輻照時間達到T，試驗結束。
[0019]優(yōu)選地，第五步中，若紫外光源與紫外輻照試樣板之間的距離d達到可移動范圍的最小值屯，計算機提示更換光源。
[0020]本發(fā)明的工作原理為:光源發(fā)出的真空紫外輻射總量一定，隨著輻照面與光源距離的變化，輻照面上的有效輻照面積和真空紫外輻照強度也隨之發(fā)生變化。在一固定位置處安裝真空紫外輻照強度探測器，根據(jù)其與光源的距離和光源的發(fā)射角，利用探測器上測得的輻照強度，計算機計算出光源的總輻射量。根據(jù)光源的總輻射量，結合輻照板上所需的輻照強度，得到紫外試樣輻照板與光源之間的距離。試驗在進行過程中，光源總輻射量隨試驗時間的衰減是顯著的，因而計算機通過控制器控制試樣板伺服電機，驅(qū)動試樣板移動機構在試樣板移動導軌上滑動，帶動紫外輻照試樣板移動，以不斷調(diào)整紫外輻照試樣板與光源的距離，保持試樣板上的紫外輻照強度恒定。
[0021]特別的，由于真空紫外強度探測器的精度對有機揮發(fā)物污染的響應十分強烈，因此為了保證真空紫外強度探測器的精度，計算機通過控制器控制探測器伺服電機，采用周期性地(20min)對光源總輻射量進行測定并調(diào)整輻照板的位置，其他時間真空紫外輻照強度探測器處于有效輻照區(qū)域之外，以保證其不受到污染而降低測量精度。真空紫外輻照強度探測器的使用時間不得大于lOOOh，按照上述方法，在1000h內(nèi)可保證其精度。
[0022]本發(fā)明裝置結構簡單，相應機械結構趨于模塊化，操作方便。基于閉環(huán)反饋原理，通過調(diào)整紫外輻照試樣板與光源之間的距離，使試樣板上的輻照強度保持恒定；采用精密伺服運動控制系統(tǒng)，定位精度高、響應速度快；更加有效地利用了光源，使光源的使用時間從100h提高到了 250h以上，減小了試驗成本。
[0023]綜上所述，本發(fā)明具有結構簡單、通用性高、應用方便、精度高、響應快的優(yōu)點，可以有效地降低航天器產(chǎn)品真空紫外輻照試驗成本，提高試驗精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0025]圖1為本發(fā)明真空紫外輻照試驗輻照強度控制裝置的結構示意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明真空紫外輻照強度控制原理示意圖。
[0027]圖中:1為紫外輻照試樣板，2為真空紫外強度探測器，3為試樣板移動機構，4為試樣板移動導軌，5為探測器移動機構，6為探測器電源，7為電荷放大器，8為數(shù)據(jù)采集卡，9為控制器，10為計算機，11為試樣板伺服電機，12為試樣板伺服電機電源，13為探測器伺服電機電源，14為探測器伺服電機，15為真空設備。
【具體實施方式】
[0028]下面結合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0029]請參閱圖1、圖2，一種真空紫外輻照強度控制裝置，包括:真空設備、真空紫外強度探測器、探測器電源、探測器移動機構、探測器伺服電機、探測器電源、電荷放大器、數(shù)據(jù)米集卡、紫外福照試樣板、試樣板移動機構、試樣板移動導軌、試樣板伺服電機、試樣板伺服電機電源、控制器和計算機，真空紫外強度探測器、探測器移動機構、紫外輻照試樣板、試樣板移動機構和試樣板移動導軌設置在真空設備內(nèi)部，其它部件設置在真空設備外部，試樣板移動導軌兩端與真空設備固接連接，試樣板移動機構與試樣板移動導軌連接，紫外輻照試樣板與試樣板移動機構連接，試樣板伺服電機一端與試樣板移動機構連接，另一端通過試樣板伺服電機電源連接至控制器；探測器移動機構設置在紫外光源與紫外輻照試樣板之間，真空紫外強度探測器與探測器移動機構連接，探測器伺服電機一端與真空紫外強度探測器連接，另一端通過探測器伺服電機電源連接至控制器；電荷放大器與真空紫外強度探測器連接，將真空紫外探測器輸出的微弱電流信號放大至需要倍數(shù)；數(shù)據(jù)采集卡一端與電荷放大器連接，將經(jīng)電荷放大器放大的真空紫外強度電流模擬信號裝換為數(shù)字信號；數(shù)據(jù)采集卡的另一端連接至控制器；計算機與控制器連接，控制器可將反饋的真空紫外強度信號傳遞給計算機，根據(jù)設定的程序和反饋的強度結果，計算機通過控制器調(diào)節(jié)兩個伺服電機電源的輸出電流，以達到移動紫外輻照試樣板位置的目的；探測器電源與真空紫外強度探測器連接。
[0030]進一步地，紫外輻照試樣板輻照平面與光源輻照面保持平行。
[0031 ] 進一步地,試樣板移動機構位于試樣板移動導軌上，可沿導軌方向滑動，試樣板移動機構與置于真空設備外部的試樣板伺服電機連接，試樣板伺服電機通過試樣板移動機構控制紫外福照試樣板在導軌上的位置。試樣板移動機構沿試樣板移動導軌方向的移動速度不大于10cm/min。
[0032]進一步地，探測器移動機構可在光源輻照平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，探測器移動機構位于紫外光源和紫外輻照試樣板之間，且所處平面與光源的距離(eg保持不變。
[0033]進一步地，真空紫外強度探測器在探測器移動機構的作用下置于真空紫外光源輻照區(qū)域外部，并可根據(jù)需要回到真空紫外光源的有效輻照區(qū)域內(nèi)。
[0034]進一步地，真空紫外強度探測器使用MgF窗口，可在真空度為10_3Pa的環(huán)境下正常使用，且真空紫外強度探測器使用時間一般不得長于1000小時。
[0035]進一步地,試樣板移動機構可在試樣板移動導軌上滑動，試樣板移動機構與光源之間的距離在[c^cU范圍內(nèi)自動可調(diào)，且大于探測器移動機構聚光遠的距離屯。[0036]基于上述真空紫外輻照試驗輻照強度控制裝置，本發(fā)明還提供了一種真空紫外輻照試驗輻照強度控制的方法，利用真空紫外強度探測器得到的光源的真空紫外輻射強度，采用閉環(huán)控制原理，調(diào)節(jié)真空紫外光源與輻照樣品之間的距離，保證樣品受到的真空紫外輻照強度恒定，其具體實施過程為:
[0037]第一步，利用標準真空紫外光源進行真空紫外探測器在115_200nm波段內(nèi)的強度標定，即真空紫外強度/輸出電流；
[0038]第二步，安裝探測器、試樣，真空設備開機到試驗狀態(tài)；
[0039]第三步，打開紫外光源，在控制計算機上輸入紫外輻照試樣板期望的紫外輻射強度SK和輻照時間T ；
[0040]第四步，真空紫外探測器移動至可受輻照區(qū)域，得到當前光源總輻射量；
[0041]第五步，基于反饋當前光源總輻射量，控制計算機通過伺服電機移動紫外光源與紫外輻照試樣板之間的距離山使紫外輻照試樣板真空紫外輻射強度達到SK，試驗記時開始;
[0042]第六步，真空紫外強度探測器回位，20分鐘后轉(zhuǎn)至第四步；
[0043]第七步，輻照時間達到T，試驗結束。
[0044]進一步地，紫外光源與紫外輻照試樣板之間的距離d若達到可移動范圍的最小值屯，計算機提示更換光源。
[0045]請參閱圖2，本發(fā)明的工作原理為:光源發(fā)出的真空紫外輻射總量A—定，隨著輻照面與光源距離d的變化，輻照面上的有效輻照面積(半徑R)和真空紫外輻照強度(S)也隨之發(fā)生變化。在固定位置處安裝真空紫外輻照強度探測器，其上的真空紫外輻照強度為
S。，計算機根據(jù)其與光源的距離(屯)和光源的發(fā)射角(有效輻照半徑&)，可計算出光源的總輻射量。根據(jù)光源的總輻射量，結合輻照板上所需的輻照強度，得到紫外試樣輻照板與光源之間的距離。由上述可得光源的總輻射量為:
[0046]A=S 31 R2=S0 3i R02 ；
[0047]得到5 =,4。
R~ d~
[0048]式中S為紫外輻照試樣板上的真空紫外輻照強度。試驗在進行過程中，光源總輻射量隨試驗時間的衰減是顯著的，即\隨時間變化，因而要保持試樣板上的紫外輻照強度恒定(期望值SK)，則其需要通過計算機控制伺服電機不斷調(diào)整紫外輻照試樣板與光源的距離。
[0049]由
【權利要求】
1.一種真空紫外輻照試驗輻照強度控制裝置，其特征在于，包括:真空設備、真空紫外強度探測器、探測器電源、探測器移動機構、探測器伺服電機、探測器電源、電荷放大器、數(shù)據(jù)米集卡、紫外福照試樣板、試樣板移動機構、試樣板移動導軌、試樣板伺服電機、試樣板伺服電機電源、控制器和計算機，所述真空紫外強度探測器、探測器移動機構、紫外輻照試樣板、試樣板移動機構和試樣板移動導軌設置在所述真空設備內(nèi)部，其它部件設置在所述真空設備外部，所述試樣板移動導軌兩端與所述真空設備固接連接，所述試樣板移動機構與所述試樣板移動導軌連接，所述紫外輻照試樣板與所述試樣板移動機構連接，所述試樣板伺服電機一端與所述試樣板移動機構連接，另一端通過所述試樣板伺服電機電源連接至所述控制器；所述探測器移動機構設置在紫外光源與所述紫外輻照試樣板之間，所述真空紫外強度探測器與所述探測器移動機構連接，所述探測器伺服電機一端與所述真空紫外強度探測器連接，另一端通過所述探測器伺服電機電源連接至控制器；所述電荷放大器與所述真空紫外強度探測器連接，所述數(shù)據(jù)采集卡一端與所述電荷放大器連接，另一端連接至所述控制器，所述計算機與所述控制器連接，所述探測器電源與所述真空紫外強度探測器連接。
2.根據(jù)權利1所述的紫外輻照試驗輻照強度控制裝置，其特征在于，所述紫外輻照試樣板輻照平面與光源輻照面保持平行。
3.根據(jù)權利1所述的紫外輻照試驗輻照強度控制裝置，其特征在于，所述試樣板移動機構沿所述試樣板移動導軌方向的移動速度不大于10cm/min。
4.根據(jù)權利1所述的紫外輻照試驗輻照強度控制裝置，其特征在于，所述探測器移動機構在光源輻照平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，且所處平面與光源的距離屯保持不變。
5.根據(jù)權利1所述的紫外輻照試驗輻照強度控制裝置，其特征在于，所述真空紫外強度探測器使用MgF窗口，在真空度為10_3Pa的環(huán)境下正常使用，且所述真空紫外強度探測器使用時間不長于1000小時。
6.根據(jù)權利1所述的紫外輻照試驗輻照強度控制裝置，其特征在于，所述試樣板移動機構在所述試樣板移動導軌上滑動，所述試樣板移動機構與光源之間的距離在一定范圍[屯，d2]內(nèi)自動調(diào)整，且大于所述探測器移動機構距光源的距離。
7.一種用于真空紫外輻照試驗的輻照強度控制方法，其特征在于，利用真空紫外強度探測器得到的光源的總輻射量，采用閉環(huán)控制原理，調(diào)節(jié)真空紫外光源與輻照樣品之間的距離，保證樣品受到的真空紫外輻照強度恒定，具體包括以下步驟:第一步，利用標準真空紫外光源進行真空紫外探測器在115_200nm波段內(nèi)的強度標定，即真空紫外強度/輸出電流；第二步，安裝探測器、試樣，真空設備開機到試驗狀態(tài)；第三步，打開紫外光源，在控制計算機上輸入紫外輻照試樣板期望的紫外輻射強度SK和輻照時間T ； 第四步，真空紫外探測器移動至可受輻照區(qū)域，得到當前光源總輻射量；第五步，基于反饋當前光源總輻射量，計算機通過控制器控制伺服電機移動紫外光源與紫外輻照試樣板之間的距離山使紫外輻照試樣板上的真空紫外輻射強度達到SK，試驗記時開始；第六步，真空紫外強度探測器回位，20分鐘后轉(zhuǎn)至第四步；第七步，輻照時間達到T，試驗結束。
8.根據(jù)權利7所述的真空紫外輻照試驗的輻照強度控制方法，其特征在于，第五步中，若紫外光源與紫外輻照試樣板之間的距離d達到可移動范圍的最小值屯，計算機提示更換光源。
【文檔編號】G01J1/00GK103676971SQ201310647605
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月3日 優(yōu)先權日:2013年12月3日
【發(fā)明者】傅立, 劉剛, 楊碧琦, 劉繼超, 萬峰, 王惠芬, 張麗新 申請人:上海衛(wèi)星裝備研究所