[发明专利]一种空间大气面密度探测传感器及其制作方法

说明书

本发明提供了一种空间大气面密度探测传感器及其制作方法，能够实现对空间定点的大气面密度的直接探测，采用谐振式传感器对空间大气面密度进行探测，通过吸附在传感器探头表面上的大气物质，实现对大气面密度的直接测量，更好的研究大气面密度对航天器的阻力的关系；并且谐振式传感器功耗小，能够满足微纳卫星星座组网要求，借助微纳卫星星座组网方式，同时实现空域大尺度的大气面密度分布测量及轨道大气的实时测量。本发明所采用的谐振式传感器体积小，重量轻，能够通过传感器阵列模式实现不同位置，不同角度的大气面密度监测。本发明的数据处理单元能够气体采集模块进行分离，实现分布式测量，准确地确定航天器在轨飞行期间的大气面密度。

技术领域

本发明涉及空间大气密度探测技术领域，具体涉及一种空间大气面密度探测传感器及其制作方法。

背景技术

目前现有空间大气密度探测主要有两种方式，一种为遥感方式，一种为原位探测方式。其中遥感方式所获得的是空域内的大气密度平均值，原位探测为具体某个位置的大气密度值。原位探测的方式主要有质谱仪，真空规等。所得到的为空间大气的体密度。目前，国内外对空间大气密度主要采用光学遥感、质谱计、轨道数据反演或GPS信号延迟方法。现有的空间大气密度探测装置中无法实现对大气密度的实时原位探测；另外，现阶段对于大气密度的监测方法，监测的是大气的体密度，不能直接获得大气的面密度，而在考虑大气密度对航天器的阻力时，更关注的是大气的面密度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种空间大气面密度探测传感器及其制作方法，能够实现对空间定点的大气面密度的直接探测。

本发明的一种空间大气面密度探测传感器，包括由探头模块和电路模块组成的气体采集模块以及数据处理模块；

所述探头模块包括测量晶振和参考晶振，测量晶振和参考晶振上均涂覆有分子吸附膜；所述测量晶振上的分子吸附膜用于吸附其表面附近的大气气体，参考晶振外设有用于防止其对空间大气气体进行吸附的密闭罩；

所述电路模块包括分别给测量晶振与参考晶振提供振动能量的起振电路；以及分别对测量晶振与参考晶振的频率进行测量并将测量结果发送到数据处理模块的测振电路；

所述数据处理模块通过接收到的测量晶振与参考晶振的频率，获得测量晶振表面的空间大气面密度。

其中，所述探头模块还包括晶体盖、测量晶体座、定位销以及参考晶体座；测量晶振固定在测量晶体座上，参考晶振固定在参考晶体座上，晶体盖、测量晶体座和参考晶体座的相对位置通过定位销实现定位连接，晶体盖中心开口，使测量晶振涂覆有分子吸附膜的端面与大气接触。

其中，所述晶振和分子吸附膜之间增设过渡层，分子吸附膜生长在过渡层上，并进行阳极离子化处理。

其中，所述传感器还包括测温元件，用于采集探头模块的温度。

其中，所述电路模块采用PCB板结构，气体采集模块以及数据处理模块集成在外壳内部，并通过外壳盖封装；外壳盖中心开口，使测量晶振涂覆有分子吸附膜的端面与大气接触。

其中，所述气体采集模块以及数据处理模块为分体式。

本发明还提供了一种空间大气面密度探测传感器的制作方法，包括如下步骤：

步骤1，制作测量晶振和参考晶振，包括如下子步骤：

步骤1.1，制作切型为AT切型、切角范围为23°18′～23°48′、电极为金电极、基频为5MHz～15MHz、初始标称频率误差<1％的石英晶振；

步骤1.2，在步骤1得到的石英晶振的金电极表面镀制二氧化硅薄膜，得到镀膜石英晶振；

步骤1.3，对镀膜石英晶振的表面先用分析纯的丙酮进行超声波清洗，再用无水酒精进行超声波清洗，然后自然风干备用；