电场仪球形传感器涂覆方案研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)兰州空间技术物理研究所 作者:吴先明

  电场仪涂层的均匀性是影响其电场测量精度的重要因素,手工喷涂方案难以满足涂层的均匀性需求,且工艺不稳定。为解决电场仪球形传感器涂层喷涂的均匀性问题,提出了一种新的喷涂方案,采用机械臂带动喷枪运动,在喷枪与球形传感器之间增加带开口的挡板,通过改变开口的形状控制喷涂到球形传感器上的涂料量,从而实现涂层的均匀性。初步实验得到的结果看,涂层的均匀性较好,而且提高了涂层质量,因此该方案能够最终解决电场仪球形传感器的涂覆问题。

  引言

  电场仪是用于电离层中电场探测的仪器。主动式双探针测量空间电场能够达到很高的精度。采用金属球外表面增加涂层的方法抑制纯金属球较高的光电效应。考虑到导电、隔热等性能,采用环氧树脂石墨材料DAG213 作为涂层材料[8]。在电场仪空间工作寿命范围内,涂层主要满足抗紫外腐蚀,根据国外经验,涂层的厚度不低于30 μm,另外电场仪的精度要求很高,需要两传感器具有优异的一致性,对涂层的均匀性提出了更高的要求,基于上述原因,要求涂层厚度在30~40 μm。手工喷涂的均匀性不能满足要求,且工艺稳定性差,工艺参数难以控制,需要改进喷涂工艺完成电场仪球形传感器的涂覆工作。

1、涂覆方案

  1.1、总体方案

  本方案将球形传感器沿其短杆方向与步进电机连接,如图1所示。短杆方向为经度方向,于是同一纬度上涂层的均匀性由电机带动传感器转动实现。喷枪固定于机械臂上,如图2所示,机械臂能够带动喷枪沿传感器短杆方向,以固定高度作匀速运动。喷枪口、挡板开口的中心,以及传感器的球心在同一条直线上,与底板垂直。同一经度不同纬度传感器表面涂层的均匀性,通过在喷枪和传感器之间增加带开口的挡板实现。

传感器转动安装布局示意图

图1 传感器转动安装布局示意图

1 步进电机;2 球形传感器;3 不锈钢底板;4 顶尖

喷涂方案示意图

图2 喷涂方案示意图

1 喷枪;2 挡板开口;3 挡板;4 球形传感器

  1.2、档板开口形状的确定

  设底板平面为x-y 平面,将挡板开口和球形传感器投影至x-y 平面内,如图3所示。为表达清晰,将挡板上开口曲线和球形传感器的投影分别置于坐标系1和坐标系2内,两坐标系y 轴重合,x 轴平行,两坐标系原点在y 方向错开一段距离。对于挡板上的开口曲线,考察线段EF 上部的部分。图中h表示曲线的纵坐标。

4、结论

  为了实现电场仪器球形传感器涂层的均匀性,提出了一种新的电场仪球形传感器喷涂方案,通过机械臂带动喷枪运动,在喷枪和球形传感器之间增加带开口的挡板,通过理论计算得到开口的形状曲线。从初步的实验结果来看,能够实现电场仪球形传感器涂层均匀性的要求。另外,本方案能够使工艺稳定,相关的参数可以固化。通过喷涂厚度的测量结果,调整挡板上开口的形状能够精细控制电场仪球形传感器表面涂层的均匀性。对于本方案而言,由于取的是束斑的中央部分,束缚外围的干燥部分不会喷涂到传感器上,因此不会在传感器表面形成沉积颗粒,提高了涂层的质量。

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