一种用于空间电场探测的球形传感器电势信号引入结构

摘要

本发明公开了一种适用于空间电场探测的球形传感器表面感应电势引入结构，能够可靠地将空间传感器球壳表面的感应电势引入球壳内部测量电路。其中，支撑柱的端部依次穿过信号测量电路板、第一套管、屏蔽壳、第二套管、保护平垫、弹性垫圈、导电圈和外球壳，最后旋紧螺纹套管，令导电圈上表面与外球壳接触，且弹性垫圈被压紧；引导结构由两个等长的引导管和连接所述引导管的连接件组成；两个引导管穿过屏蔽壳上面的开孔伸入屏蔽壳内部，连接件位于屏蔽壳外部；信号测量电路板上安装的支撑杆穿过其中一个引导管后在屏蔽壳外与导电圈的探出端采用螺母固定，信号测量电路板引出的信号引线穿过另一个引导管后在屏蔽壳外与导电圈的探出端电连接。

说明书

技术领域

本发明属于空间环境探测技术领域，尤其涉及一种适用于空间电场探测的 球形传感器表面感应电势引入结构。

背景技术

空间电场探测是利用传感器表面感应它所在的空间等离子环境的电势来达 到电场测量的目的。图1示出了一种用于探测空间电场的球形传感器，其采用 外球壳作为感测电势的部件，通过电势引入结构将感测电势引入外球壳内部的 电路板，外球壳内部设有用于保护电路板的屏蔽壳。

为了使外球壳感测到的空间电场信号可靠接入球壳内部的电路板，需要设 计一种适用、可靠的传感器电势引入的结构，目前在空间电场探测传感器上还 没有使用这样结构的电势信号引入结构，该结构解决了空间电场探测球形传感 器电势信号引入难的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种适用于空间电场探测的球形传感器表面感应 电势引入结构，能够可靠地将空间传感器球壳表面的感应电势信号引入到球壳 内部测量电路。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种适用于空间电场探测的球形传感器表面感应电势引入结构，所述球形 传感器包括支撑柱、信号测量电路板、屏蔽壳和外球壳；所述引入结构包括： 第一套管、第二套管、保护平垫、弹性垫圈、导电圈、引导结构和螺纹套管；

支撑柱的端部A依次穿过信号测量电路板、第一套管、屏蔽壳、第二套管、 保护平垫、弹性垫圈、导电圈和外球壳，最后在支撑柱的端部A通过旋紧螺纹 套管，令导电圈上表面与外球壳接触，且弹性垫圈被压紧；

引导结构由两个等长的引导管和连接两引导管的连接件组成；两个引导管 穿过屏蔽壳上面的开孔伸入屏蔽壳内部，连接件位于屏蔽壳外部；

信号测量电路板上安装的支撑杆穿过其中一个引导管后在屏蔽壳外与导电 圈的探出端固定，信号测量电路板引出的信号引线穿过另一个引导管后在屏蔽 壳外与导电圈的探出端电连接。

优选地，通过引导管长度的设计，使得引导管不接触信号测量电路板。

优选地，所述支撑杆为螺杆，通过螺母固定在信号测量电路板上，且该支 撑杆与导电圈的探出端通过螺母固定。

优选地，信号引线与导电圈的探出端的电连接是通过螺母将信号引线与所 述探出端压紧实现的。

优选地，所述弹性垫圈为环形垫圈，环形垫圈的外圆周向均布T型切口， 每两个T型切口之间形成的圆弧段两端以环形垫圈所在平面为基准面反向弯折。

优选地，所述环形垫圈的厚度小于0.3mm。

有益效果：

(1)球面感应电势信号引入内部测量电路

外球壳6表面感应电势信号通过导电圈5引入信号引线9，信号引线9直接 接入到信号测量电路板10上，从而可靠地将空间传感器球壳表面的感应电势信 号引入到球壳内部测量电路。

(2)零部件之间小间隙的防松

螺纹套管11的力施加于外球壳6，外球壳6挤压导电圈5，导电圈5挤压 弹性垫圈4，弹性垫圈4变形后将力作用到保护平垫3上，保护平垫3硬连接在 套管2上，从起到了整个内部结构的防松，提高了信号引入的可靠性。

(3)小型结构内部信号线穿线与电势信号引入结构的固定双重作用

信号引线9从信号测量电路板10穿过引导管的一个孔接到导电圈5，同样 支撑杆从测量电路板10穿过引导管7的另一个孔，再穿过导电圈5进行结构紧 固，这样一个小型结构同时实现了引线穿线与结构紧固的双重作用，提高了信 号引入的可靠性。

(4)引导管长度设计

通过引导管长度的设计，使得引导管不接触信号测量电路板10，从而留有 一定的冗余，不会因螺纹套管11的拧紧导致屏蔽壳和电路板之间相互力作用而 变形，而且防止信号泄放到屏蔽层，提高了信号引入的可靠性。

(5)弹性垫圈的防损设计

本发明的弹性垫圈，由于T型切口两个方向均切入，则会增加弹性件的柔 软性，避免太过强硬的弹性件对周围部件的损坏，提高了信号引入的可靠性。

附图说明

图1为用于探测空间电场的球形传感器。

图2为本发明球形传感器表面感应电势引入结构的连接关系示意图(外球 壳剖视)；

图3为本发明球形传感器表面感应电势引入结构的连接关系示意图(内球 壳剖视)；

图4为本发明引导结构的示意图；

图5为本发明导电圈结构示意图；

图6为本发明弹性垫圈结构示意图；

其中，1-支撑柱、2-第二套管、3-保护平垫、4-弹性垫圈、5-导电圈、6-外 球壳、7-引导结构、8-屏蔽壳、9-信号引线、10-信号测量电路板、11-螺纹套管、 12-第一套管、13-A和13-B-引导管、14-连接件。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如图1和图2所示，本发明提供了一种适用于空间电场探测的球形传感器 表面感应电势引入结构。其中球形传感器包括支撑柱1、信号测量电路板10、 屏蔽壳8和外球壳6。信号测量电路板10、屏蔽壳8和外球壳6均按照在支撑 柱1上，通过支撑柱上的台阶面定位信号测量电路板10。本发明的引入结构包 括第一套管12、第二套管2、保护平垫3、弹性垫圈4、导电圈5、引导结构7 和螺纹套管11。

引入结构与球形传感器的组成部件共同配合实现信号引入。如图所示，支 撑柱1的端部A依次穿过信号测量电路板10、第一套管12、屏蔽壳8、第二套 管2、保护平垫3、弹性垫圈4、导电圈5和外球壳6，最后在支撑柱1的端部A 旋紧螺纹套管11，令导电圈5上表面与外球壳6接触，且弹性垫圈4被压紧。

其中，第一套管12和第二套管2的作用是限制信号测量电路板10与屏蔽 壳8的位置关系，以及屏蔽壳8与保护平垫的位置关系。弹性垫圈4的作用是 整个内部结构的防松。导电圈5上表面与外球壳6接触为了实现电势的导入。

如图4所示，引导结构7由两个等长的引导管13-A和13-B，以及连接这两 个引导管的连接件14组成，连接件14设在引导管的一端。两个引导管13-A、 13-B穿过屏蔽壳8上面的开孔伸入屏蔽壳8内部，此时连接件14位于屏蔽壳8 外部，借助屏蔽壳8支撑连接件14。

如图5所示，导电圈5为具有弹出端的导电环，且表面镀金，弹出端上具 有通孔。信号测量电路板10上安装有支撑杆，支撑杆具有外螺纹，支撑杆穿过 信号测量电路板10上的通孔后，由两个螺母固定。支撑杆穿过其中一个引导管 13-A后在屏蔽壳8外穿过导电圈5探出端的通孔，然后采用螺母将探出端压在 引导结构的连接件14上表面，从而实现了导电圈5与引导结构的固定。信号测 量电路板10引出的信号引线9穿过另一个引导管13-B后在屏蔽壳8外与导电 圈5的探出端电连接，从而使得电势被外球壳收集到后经由导电圈5、引导结构 7、信号引线9到达信号测量电路板10。

可见，通过引导结构7的设计，一个引导管实现引线穿线，另一个引导管 实现与导电圈5和屏蔽壳8的结构紧固，这样一个小型结构同时实现了引线穿 线与结构紧固的双重作用。

优选地，通过引导管长度的设计，使得引导管不接触信号测量电路板10， 从而留有一定的冗余，不会因螺纹套管11的拧紧导致屏蔽壳和电路板之间相互 力作用而变形，更重要的是防止信号泄放到屏蔽层。

本发明还针对球形传感器体积较小、容易损坏的特点设计了一种弹性适宜 的弹性垫圈，如图6所示，该弹性垫圈4是一种厚度小于0.3mm的薄壁材料制 成的环形垫圈，环形垫圈的外圆周向均布T型切口，每两个T型切口之间形成 的圆弧段作为弹性件，该弹性件两端以环形垫圈所在平面为基准面反向弯折。 由于T型切口两个方向均切入，则会增加弹性件的柔软性，避免太过强硬的弹 性件对周围部件的损坏。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保 护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。