[发明专利]一种表面吸附月尘的超声去除系统及方法

说明书

本发明涉及一种表面吸附月尘的超声去除系统及方法，其中系统包括通过电连接的控制器、超声电源和超声换能器，所述超声换能器安装在待除尘构件上，在除尘时，所述控制器产生的激励电信号，经所述超声电源放大，激励所述超声换能器产生振动；所述超声换能器的纵振动经纵弯耦合，使所述待除尘构件产生弯曲振动，所述待除尘构件表面吸附的月尘颗粒获得足够的振动能量，克服吸附势能，脱离所述待除尘构件的表面。

技术领域

本发明涉及超声除尘技术领域，特别涉及一种表面吸附月尘的超声去除系统及方法。

背景技术

月球是距离地球最近的自然天体。月球拥有可供开发和利用的多种独特资源，是地球资源的重要补充和储备，将对人类社会的可持续发展产生深远影响。同时，月球可作为对地观测、科学研究基地以及深空探测的前哨站和转运站。随着近年来近地和深空探索技术的发展，对月球的探测成为了全球航天活动的热点领域。

随着月球探测任务难度的增加，其面临的环境也更加复杂。月球表面与地球截然不同，是具有超高真空、强辐射、无磁场、弱重力的特殊环境。月尘是月面活动的最大障碍之一，对航天系统的可靠性也造成了严重的威胁与挑战。月尘颗粒具有粒径细小、容易悬浮，形态复杂，硬度高、带电荷等特点。由于其具有强吸附性，很容易附着并污染探测器表面，造成热控系统故障，密封失效和机构卡死，磨损材料以及产生放电干扰等。月尘的生物毒性会导致航天员产生呼吸困难、过敏等健康问题。随着我国探月工程的不断开展，载人登陆月球表面开展科学探测任务，解决月尘对月球探测影响的问题已经迫在眉睫。

月尘的防护方法可以分为主动防护和被动防护。其中被动防护方法包括改善机械及密封件的耐月尘性、自动防尘膜、纳米荷叶效应表面或涂层、电力屏蔽、导电防护膜等；主动防护方法包括机械清除、电帘除尘、CO2冲洗、真空吸尘以及激光、超声、等离子体、凝胶、黏胶等。其中很多方法难以在月表复杂环境下得到良好的发挥，如刷除法，宇航员只能刷去附着在宇航服表面的月尘，对于附着在纤维内层和精密仪器表面的月尘，则无能为力。并且刷子除尘不仅效率低下，尖锐的月尘还容易对功能材料表面造成损伤。目前最为普遍接受的除尘方法是电帘除尘，但电帘除尘需要附加升压设备，额外消耗探测器的能源系统，而且其除尘效率受电帘施加的电压和频率、尘埃颗粒状态和所处环境等诸多因素的影响，实际的粒子也不完全带同种电荷，在电极极限区域会产生黏附现象，极易造成除尘“死区”。以上这些方案的论证实验多数是基于理想环境的仿真实验，其实际应用效果有待进一步论证。

发明内容

本发明针对月面探测所面对的月尘吸附所导致的一系列问题，提出一种表面吸附月尘的超声去除系统及方法，通过超声振动激励吸附的月尘颗粒以脱离表面，实现月尘去除。

为了解决上述问题，本发明提供了一种表面吸附月尘的超声去除系统，包括通过电连接的控制器、超声电源和超声换能器，所述超声换能器安装在待除尘构件上，在除尘时，所述控制器产生的激励电信号，经所述超声电源放大，激励所述超声换能器产生振动；所述超声换能器的纵振动经纵弯耦合，使所述待除尘构件产生弯曲振动，所述待除尘构件表面吸附的月尘颗粒获得足够的振动能量，克服吸附势能，脱离所述待除尘构件的表面。

较佳地，所述超声换能器固定安装在所述待除尘构件的表面。

较佳地，所述超声换能器为压电陶瓷换能器或磁致伸缩换能器。

本发明还提供一种表面吸附月尘的超声去除方法，超声换能器安装在待除尘构件上构成振动单元，所述超声去除方法包括：

S1、通过超声换能器产生纵向振动；

S2、频率选取

测量待除尘构件的各个弯曲振动模态的谐振频率，从所述谐振频率中选取弯曲振动模态的谐振频率，作为振动单元的单元谐振频率，超声换能器的设计工作频率根据所述单元谐振频率确定；

S3、通过纵弯耦合方式使超声换能器的纵向振动转化为待除尘构件的弯曲振动，以去除待除尘构件表面吸附的月尘颗粒。