[发明专利]一种电缆可伸展和精确定位的空间电场仪

说明书

本发明公开了一种电缆可伸展和精确定位的空间电场仪，包括：复合电缆、绕线筒、导电滑环、光电计数器、自锁电机、末端连接器、顶端连接器、弹性卷筒、信号处理单元和球形传感器；复合电缆缠绕在绕线筒上，一端通过绕线筒内部安装的导电滑环引接到末端连接器，复合电缆另一端穿入弹性卷筒中心，在弹性卷筒顶端与顶端连接器相连接；末端连接器与信号处理单元连接，顶端连接器与球形传感器连接，构成电场仪信号传输路径；绕线筒边沿设有光电计数器，根据光电计数器控制绕线筒转动的圈数，以控制复合电缆展开长度。本发明电场仪的复合电缆可伸展且精确定位。

技术领域

本发明涉及空间环境探测技术领域，具体涉及一种电缆可伸展和精确定位的空间电场仪。

背景技术

空间电场仪主要由信号处理单元、电场仪电缆和球形传感器组成，其中球形传感器安装于伸杆顶端，信号处理单元安装于伸杆系端，通过伸杆内部的电场仪电缆实现球形传感器与信号处理单元的电气连接，卫星发射前伸杆处于收拢状态，卫星发射后伸杆展开，将电场仪球形传感器推送到距离卫星本体近5米的太空中。

空间电场仪电缆是连接电场仪信号处理单元和球形传感器的装置，其作用有三：第一，实现电场仪信号处理单元和球形传感器之间的信号传输；第二，配合伸杆精确控制球形传感器伸出卫星本体的距离；第三，可随伸杆收拢、展开，不出现互相卷绕、打结现象。

空间电场仪是进行电离层连续动态电场信息测量的高精度设备，利用双探针电场探测原理，探针安装在从卫星本体伸展出的伸杆顶端，浸没在空间等离子环境中耦合和感应一定的相对电势，之后利用空间两点探针的电势差反推电场强度。考虑到卫星的速度和地磁场，地球坐标系下两点的电场为：

式中：u₁和u₂和分别为点1和点2的原位电势；为从点1到点2的矢量；为系统的运动速度矢量；为系统所在位置的磁场矢量。

式(1)为矢量方程，若要求得空间某点电场强度，需要在三个空间维度上进行电场分量的测量，因此至少需要不在同一平面上的4个探针进行测量。空间电场仪正是利用4个不在同一平面上的球形传感器进行空间电势的精密测量。由式(1)知，若要精确测量电场强度，需精确测量电势u，传感器之间距离d，卫星速度v和地磁场强度B。其中速度v和磁场强度B由卫星总体给出，电势u为需要电场仪精确测量，由此可知，距离d为定量值且需要电场仪电缆精确控制。

其次，电场仪球形传感器安装在伸杆顶端，需要通过安装在伸杆内部的电场仪电缆传输球形传感器+15V、-15V供电，球形传感器温度遥测信号，球形传感器偏置电流信号和球形传感器感应电势信号，根据电场仪探测精度的需求，传感器电缆需要具有良好的屏蔽效果，减小来自外界的干扰噪声，提高电势测量精度。

再者，电场仪电缆安装于伸杆内部，和伸杆配合来精确控制伸杆展开的长度，由于电场仪探测精确的要求，必须严格控制电缆的热膨胀系数、抗拉强度，这样才能将传感器之间的距离的变化控制到足够小，以便将距离的变化对电场测量结果产生的影响控制在可接受的范围内。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种电缆可伸展和精确定位的空间电场仪，电场仪的复合电缆可伸展且精确定位。

本发明采取的技术方案如下：

一种电缆可伸展和精确定位的空间电场仪，包括：复合电缆、绕线筒、导电滑环、光电计数器、自锁电机、末端连接器、顶端连接器、弹性卷筒、信号处理单元和球形传感器；

复合电缆缠绕在绕线筒上，一端通过绕线筒内部安装的导电滑环引接到末端连接器，复合电缆另一端穿入弹性卷筒中心，在弹性卷筒顶端与顶端连接器相连接；末端连接器与信号处理单元连接，顶端连接器与球形传感器连接，构成电场仪信号传输路径；