非接触式表面电位探针设计与研制概述

月球表面积聚着厚重的月尘，其受太阳及宇宙射线等的照射而呈带电状态，很容易被吸附到探月仪器设备中，对设备的各项功能造成严重影响。如月尘静电放电可形成瞬时大电流，并伴随着强电磁辐射，对电子设备造成严重的干扰和损害。因此为保证各种设备在登月后的安全使用[1-2]，在进行登月探测之前，必须对月面各种危害因素进行论证及月球环境模拟试验，其中-项较重要的试验项 目为月尘表面静电电位的测量。

静电电位测量的方法L3主要分为接触式测量与非接触式测量两种∮触式测量需要将被测带电体直接与测量电极相连，测量结果易受输入电容、阻抗的影响。-般情况下，采用接触式测量会影响被测带电体的带电情况，测量读数会随时间呈指数衰减；当被测静电电压超出测量仪器最大量程时，采用接触式测量还有可能损坏测量仪器；而且，在空间环境中其测量结果会受带电粒子的影响。测量精度较低。因此，目前普遍采用非接触式测量方法进行静电电位的测量。

非接触式测量又可分为感应式与振动电容式两种。国外静电电位测量系统多采用振动电容式，即利用机械振动的方法引起感应电极与被测表面间的电容变化，产生感应电流，再通过对感应电流的测量计算得出被测表面的静电电位。使用该方法时，测量仪器无需与被测带电体接触，工作可靠性提高，且测量过程中受空间环境因素影响较校国内静电电位测量系统主要是感应式，即利用探头与带电体之间的电容直接感应，对产生的感应电流进行放大及数据处理。使用该测量方法时，在探测前须远离带电体对仪器进行清零，且探测中随着感应电极中电流的变化，输出结果将趋近于零，无法实现长期稳定的探测，因而不能有效应用于空问环境中的静电电位测量。

鉴于以上情况，国内目前也已开展振动电容式静电电位测量装置的研制，但成熟产品较少，专门针对空间环境应用的则更为缺乏。本文根据地面环境模拟试验的需要，应用 Kelvin振动电容原理 设计研制了-种可测量带电体表面静电电位的非接触式表面电位探针。

1 表面电位探针设计原理表面电位探针主要应用振动电容法原理4曲]，如图 1所示。设置-个与被测介质表面平行的振动电极，并作垂直于被测表面的正弦振动，则振动电极与被测介质表面问的距离为DDo-ID1sin(cot)， (1)式中：Do为当振动电极静止时与被测表面间的初收稿日期：2012.09.10；修回日期：2013-O1-07作者简介：程炳钧 (1982-)，男，硕士学位，主要研究方向为星载科学探测仪器的设计与研制等。E-mail：chengbj###nssc.ac.cn。

航 天 器 环 境 工 程 第 30卷经对比标定，本电位探针的实际技术指标如下。

1)测试电压范围：04000V；2)测量精度：全量程范围内不大于 5%，1000V以上优于2%；3)数据输出速率：1Hz；4)工作真空度要求：优于 l0。Pa；5)工作温度范围：.100100℃。

4 结束语本文设计研制的非接触式表面电位探针利用Kelvin振动电容法原理，将静电电位的测量转化为电流的测量。目前已完成样机的研制，通过实验室对比标定测试表明，其工作稳定，全量程范围内具有良好的线性度。

该非接触式表面电位探针除应用于空间环境仿真试验平台的静电探测外，还可应用于卫星平台的表面充电电位监测7]，对高水平充电进行预警，以便及时启动主被动防护措施，避免卫星在轨发生充放电故障。