[发明专利]一种慢速运动固体颗粒物荷质比测量装置及方法

说明书

本申请涉及固体微颗粒荷质比测量技术领域，具体而言，涉及一种慢速运动固体颗粒物荷质比测量装置及方法，该装置包括负偏测量单元、正偏测量单元以及零偏测量单元，负偏测量单元、正偏测量单元以及零偏测量单元的结构相同，均包括防尘板、接地极、偏置极、石英晶体微天平、外壳以及绝缘片，其中：防尘板设置在外壳的上方；石英晶体微天平设置在外壳内部的下方，两侧设置有绝缘片；防尘板与石英晶体微天平之间设置有扫描栅网；扫描栅网为两级栅网，分别与接地极和偏置极连接。本申请能够获得固体电颗粒属性以及荷质比分布，实现了小型化，轻质化的设计，适用于野外或者在轨自主测量。

技术领域

本申请涉及固体微颗粒荷质比测量技术领域，具体而言，涉及一种慢速运动固体颗粒物荷质比测量装置及方法。

背景技术

宇宙空间充满着大量的固体颗粒物，如宇宙尘、火星尘、沙尘、月尘等，这些尘埃颗粒在太阳辐照、带电粒子附着、碰撞摩擦等因素下，往往带有电荷，从而因其电荷特性发生特殊的运动及现象。

研究上述这些颗粒物的带电特性，有助于理解宇宙和星体的形成，地球的演化，以及生命的起源。

为了测量固体颗粒物的带电属性，常用法拉第杯结合电子天平的方法，但这种方法无法做到自主测量，不适用于野外或在轨无人的情况。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种慢速运动固体颗粒物荷质比测量装置及方法，克服了传统测量技术的局限性，能够对自然状态下慢速运动的固体颗粒物带电属性进行自主原位的测量。

为了实现上述目的，本申请提供了一种慢速运动固体颗粒物荷质比测量装置，包括负偏测量单元、正偏测量单元以及零偏测量单元，负偏测量单元、正偏测量单元以及零偏测量单元的结构相同，均包括防尘板、接地极、偏置极、石英晶体微天平、外壳以及绝缘片，其中：防尘板设置在外壳的上方；石英晶体微天平设置在外壳内部的下方，两侧设置有绝缘片；防尘板与石英晶体微天平之间设置有扫描栅网；扫描栅网为两级栅网，分别与接地极和偏置极连接。

进一步的，接地极和偏置极均设置在外壳内部的定位卡槽上，接地极设置在上方，偏置极设置在下方。

进一步的，扫描栅网由金属材料制成，扫描栅网由圆形网孔阵列而成。

进一步的，扫描栅网的光学透过率＞80％，电阻温度系数＜0.004℃。

进一步的，石英晶体微天平表面涂覆有黏性薄膜，黏性薄膜的厚度为1-20μm；

进一步的，黏性薄膜的表面为粗糙表面，粗糙度为1-10μm。

此外，本申请还提供了一种应用慢速运动固体颗粒物荷质比测量装置的方法，包括如下步骤：步骤1：将测量装置放置在慢速下落的固体微颗粒环境中，使测量装置的接收面与固体颗粒物的运动方向垂直；步骤2：正偏测量单元下电极设置正偏压U_i，负偏测量单元下电极设置负偏压-U_i，零偏测量单元下电极接地，打开防尘板，开启测量，记录石英晶体微天平的频率；步骤3：扫描电压，使偏置电压绝对值依次增大或减小；步骤4：正偏测量单元下电极设置正偏压U_i+1，负偏测量单元下电极设置负偏压-U_i+1，零偏测量单元下电极接地，继续测量，记录石英晶体微天平的频率；步骤5：扫描至指定电压U₀后，测量结束，通过计算得出固体颗粒物荷质比。

进一步的，步骤1中，测量装置的负偏测量单元、正偏测量单元以及零偏测量单元由绝缘材料相互电隔离。

进一步的，步骤3中，扫描电压时，偏置电压的绝对值分布符合指数分布，每阶偏置电压执行时间相等，并且＞1h。

本发明提供的一种慢速运动固体颗粒物荷质比测量装置及方法，具有以下有益效果：