基于叉指型電容構(gòu)型的月塵顆粒沉降量探測(cè)方法

馮 躍，王瑞國(guó)，周子隆，王文龍，韓炎暉

（1.北京理工大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，北京 100081；2.北京東方計(jì)量測(cè)試研究所，北京 100029）

0 引言

月球表面彌漫著大量直徑幾十nm 到幾百μm的細(xì)微顆粒[1]，即月塵。它來(lái)源于月球表面巖石的風(fēng)化碎屑，主要成分為二氧化硅和金屬氧化物[2]。月塵有較高絕緣性，在月球真空、低溫、強(qiáng)輻射環(huán)境和各種接觸、摩擦等作用下很容易帶上電荷，且月表極高的干燥度使得月塵可以在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持帶電狀態(tài)[3-4]。月塵因細(xì)小、帶電、結(jié)構(gòu)極不規(guī)則等原因極易附著在航天器、探月設(shè)備的表面及內(nèi)部，導(dǎo)致機(jī)械結(jié)構(gòu)卡死、部件磨損、光學(xué)系統(tǒng)靈敏度下降等故障，嚴(yán)重威脅登月與探月裝備長(zhǎng)時(shí)間和高可靠運(yùn)行[5-7]。因此，國(guó)際航天領(lǐng)域?qū)＜覈@月面除塵技術(shù)開(kāi)展了廣泛研究。月塵清除技術(shù)一般可分為機(jī)械清除法[8-9]、流體沖洗法[10]和電簾除塵法[11-12]。在空間環(huán)境除塵模擬試驗(yàn)中，利用電簾驅(qū)離帶電月塵的方法展現(xiàn)了優(yōu)異的穩(wěn)定性和極高除塵率，但電簾除塵系統(tǒng)功耗一般在6～10 W/m2[11-12]，相對(duì)于有限的空間能源而言效費(fèi)比并不高。故需要配合月塵沉降量感知單元作為適時(shí)啟動(dòng)控制主動(dòng)除塵組件的智能傳感單元，用以提高除塵系統(tǒng)的工作效率。

現(xiàn)有月塵沉降探測(cè)方法包括黏性石英晶體微天平（SQCM）測(cè)量法和太陽(yáng)能電池短路電流測(cè)量法[13]?！版隙鹑?hào)”配置了由SQCM 和太陽(yáng)能電池組成的月塵探測(cè)儀，二者分別完成了對(duì)月塵沉降量的直接和間接測(cè)量；“嫦娥五號(hào)”配置了由2 個(gè)SQCM 探頭和柵網(wǎng)結(jié)構(gòu)構(gòu)成的月塵帶電特性測(cè)量?jī)x，可得到不同偏壓下月塵的累積質(zhì)量[14-15]。SQCM是一種超高靈敏的稱(chēng)重裝置，月塵沉降在晶體電極表面會(huì)導(dǎo)致晶體諧振頻率降低，通過(guò)其頻率變化與月塵質(zhì)量間的關(guān)系可直接監(jiān)測(cè)月塵沉降[16]。太陽(yáng)能電池短路電流法則是利用月塵覆蓋太陽(yáng)能電池表面時(shí)對(duì)陽(yáng)光的遮擋會(huì)引起太陽(yáng)能電池接收光強(qiáng)的降低導(dǎo)致輸出電流下降的特點(diǎn)，通過(guò)測(cè)量短路電流隨月塵沉降量衰減曲線(xiàn)間接監(jiān)測(cè)月塵沉降[17]。兩種探測(cè)方法中：SQCM 測(cè)量法石英晶體振蕩頻率易受溫度和電磁干擾，頻率讀取電路復(fù)雜；太陽(yáng)能電池短路電流測(cè)量法則是間接推算，測(cè)量精度相對(duì)較低，而且測(cè)量結(jié)果受太陽(yáng)光的入射角度影響較大；同時(shí)，二者僅適合單點(diǎn)采樣分析工作，無(wú)法應(yīng)用于大面積散熱器和光學(xué)儀器表面作為感應(yīng)單元獲取啟動(dòng)閾值信號(hào)，具有一定局限性。

相比而言，電容傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積微小、可透明設(shè)計(jì)、精度高的顯著特點(diǎn)，可應(yīng)用于月塵沉降量探測(cè)感知。傳統(tǒng)電容式傳感器常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)有平板式和圓筒式，可根據(jù)距離、面積、介電常數(shù)的變化靈活設(shè)計(jì)使用；但其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)致使被測(cè)區(qū)域易受電極板形狀限制，同時(shí)因電極板邊緣電場(chǎng)不均勻分布導(dǎo)致的邊緣效應(yīng)也會(huì)降低傳感器的靈敏度和線(xiàn)性度[18]。而平面式電容傳感器則易與任意形狀設(shè)備表面匹配，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)高靈敏探測(cè)。與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同，平面式電容傳感器的兩個(gè)電極位于同一平面，電極形狀設(shè)計(jì)豐富多樣，有叉指型、矩形、回字型、同心圓型等[19]，且已有研究表明叉指型電極與其他形狀電極相比電場(chǎng)分布更均勻，具有信號(hào)強(qiáng)度和靈敏度高的優(yōu)勢(shì)[20-21]。

本文針對(duì)現(xiàn)有月塵顆粒沉降量探測(cè)方法的不足和叉指型電容傳感器的優(yōu)點(diǎn)，提出了基于叉指型電容構(gòu)型的月塵沉降量智能探測(cè)方法，重點(diǎn)研究月塵沉降層與叉指型電容基板介質(zhì)層復(fù)合的月塵沉降量電容解析模型，并通過(guò)仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證月塵沉降量探測(cè)器樣機(jī)的傳感性能。

1 叉指型電容解析模型

叉指型平面電容傳感器通常由激勵(lì)電極和感應(yīng)電極構(gòu)成，利用叉指電極結(jié)構(gòu)間的邊緣效應(yīng)（如圖1(a)所示）通過(guò)共面電極對(duì)檢測(cè)周?chē)h(huán)境介電特性的變化[18]，具有不受空間場(chǎng)合限制的的特點(diǎn)；由于其扁平化可透明設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，加之成熟的設(shè)計(jì)工藝與電容檢測(cè)電路，叉指型平面電容傳感器已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，比如冰雪覆蓋厚度檢測(cè)[18]、木材含水率檢測(cè)[22]、結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)[23]等。

本文提出基于叉指型電容構(gòu)型的扁平式月塵沉降量探測(cè)器，其結(jié)構(gòu)是由叉指電極陣列和基底、絕緣介質(zhì)層、沉降層和空氣層構(gòu)成的4 層介質(zhì)復(fù)合的共面電容構(gòu)型（如圖1(b)所示）。其中，叉指電極陣列是由多對(duì)共面金屬電極（激勵(lì)電極和感應(yīng)電極）交錯(cuò)排列構(gòu)成。當(dāng)對(duì)探測(cè)器的激勵(lì)電極施加激勵(lì)信號(hào)后，基于邊緣電場(chǎng)效應(yīng)，激勵(lì)電極與感應(yīng)電極之間的測(cè)量區(qū)域產(chǎn)生感應(yīng)電場(chǎng)；當(dāng)月塵沉降在測(cè)量區(qū)域且沉降厚度增加時(shí)，由于月塵的介電常數(shù)與真空的不同，所以叉指型電容傳感器可將月塵的介電常數(shù)和厚度的變化轉(zhuǎn)化為電容值的變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)月塵沉降量的感知和探測(cè)。

圖1 叉指型電容沉降量探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意Fig.1 Schematic diagram of deposition amount detector based on the interdigital capacitance sensing

月塵沉降量電容解析模型的準(zhǔn)確性與求解精度是沉降量探測(cè)器設(shè)計(jì)與工程化的關(guān)鍵。求解此共面結(jié)構(gòu)電容的常用方法為Veyres 等于1980 年提出的部分電容法模型[24]；然而在兩層介質(zhì)的介電常數(shù)非常接近的范圍內(nèi)，該模型的計(jì)算誤差將會(huì)增加至7%以上[25-26]，且計(jì)算范圍跨度小，普適性較差。本文構(gòu)建了一種4 層介質(zhì)復(fù)合的三維叉指型電容結(jié)構(gòu)解析模型，將該電容構(gòu)型分解為互相垂直的y向與z向結(jié)構(gòu)電容，y、z方向上的結(jié)構(gòu)電容可對(duì)各自單位二維平面電容積分求得，具有較強(qiáng)的普適性，且計(jì)算精度有望提高。

1.1 y 向二維電容

將y向二維叉指型結(jié)構(gòu)電容分解為三層介質(zhì)復(fù)合的共面電極電容Cup（如圖2(a)所示）和基底共面電極電容Csub（如圖2(b)所示）。

針對(duì)圖2(a)的共面電極電容Cup，根據(jù)二維拉普拉斯方程通解形式對(duì)共面電極上半部分空間電場(chǎng)強(qiáng)度分布解析計(jì)算，推導(dǎo)得到絕緣介質(zhì)層、沉降層、空氣層的電勢(shì)為

圖2 y 向二維叉指型電容結(jié)構(gòu)示意Fig.2 Two-dimensional interdigital capacitance structure in y direction

式中：k為級(jí)數(shù)展開(kāi)項(xiàng)；ak、gk、pk分別為級(jí)數(shù)展開(kāi)項(xiàng)系數(shù)；Ω0=2π/Ts，其中Ts為電極周期常數(shù)，Ts=2 (w+g)，w為電極寬度，g為電極間隙；h1和h2分別為沉降層與絕緣介質(zhì)層厚度。由傅里葉級(jí)數(shù)得到展開(kāi)項(xiàng)系數(shù)a0和ak：

式(3)給出了交界面處電場(chǎng)強(qiáng)度邊界條件，可求得其余展開(kāi)項(xiàng)系數(shù)gk和pk：

根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系E=-?φ，聯(lián)立式(1)得到絕緣介質(zhì)層、沉降層和空氣層內(nèi)部x、y方向電場(chǎng)強(qiáng)度E2,x、E2,y、E1,x、E1,y、E0,x、E0,y，即共面電極上半部分空間任一點(diǎn)處電場(chǎng)強(qiáng)度。構(gòu)造一高斯面S包圍絕緣介質(zhì)層內(nèi)任一叉指型電極，該高斯面上各點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度E(x,z)可由E2,x、E2,y表達(dá)式得到，則電位移矢量D=ε2ε0E(x,z)，可求得電極上的激發(fā)電荷為

進(jìn)一步求得三層介質(zhì)復(fù)合的共面電極電容

再針對(duì)圖2(b)所示Csub求解，采用保角映射方法解析[27]?？砂巡嬷感碗娙輼?gòu)型中的電極中軸線(xiàn)視為磁壁，將相鄰磁壁間結(jié)構(gòu)提取為整體系統(tǒng)最小結(jié)構(gòu)單元，如圖3(a)所示。最小探測(cè)基本單元寬度為叉指電極周期常數(shù)Ts的一半，高度為基底厚度h3。根據(jù)Schwarz-Christoffel 變換式

將T平面上半?yún)^(qū)域變換到Z平面上的區(qū)域ABCDEF，如圖3(b)(c)所示。式(6)中：F(T,k)為第一類(lèi)橢圓積分，其中，T為T(mén)平面上某點(diǎn)橫坐標(biāo)；K為對(duì)應(yīng)于模數(shù)k的第一類(lèi)完全橢圓積分。模數(shù)k由

確定，式(7)中：K′為對(duì)應(yīng)于補(bǔ)模k′=的第一類(lèi)完全橢圓積分。根據(jù)邊界條件：當(dāng)TC′=b時(shí)，ZC=g/2，代入式(6)求得T平面內(nèi)點(diǎn)B′和C′的坐標(biāo)。因此，由T平面上半?yún)^(qū)域變換到W平面上的區(qū)域A″B″C″D″（如圖3(c)所示）所用的Schwarz-Christoffel 變換式為

圖3 y 方向基底電容求解過(guò)程Fig.3 Solution process of substrate capacitance in y direction

式中：F(T,k1)為第一類(lèi)橢圓積分，其中k1=b為橢圓積分的模數(shù)；為對(duì)應(yīng)于補(bǔ)模=的第一類(lèi)完全橢圓積分。根據(jù)式(8)得到W平面上封閉矩形4 個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)，則基底共面電容為

式中K1為對(duì)應(yīng)于模數(shù)k1的第一類(lèi)完全橢圓積分。

同樣將電極對(duì)稱(chēng)軸視為磁壁，相鄰磁壁間的結(jié)構(gòu)視為最小結(jié)構(gòu)單元，不同電位兩電極間的電場(chǎng)線(xiàn)近似平行線(xiàn)且集中于兩電極的重疊區(qū)域內(nèi)。此時(shí)單位長(zhǎng)度的電容值為

1.2 z 向二維電容

z向二維平面叉指型電容結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。

圖4 z 向二維叉指型電容結(jié)構(gòu)示意Fig.4 Two-dimensional interdigital capacitance structure in z direction

式中Loverlap為叉指電極重疊長(zhǎng)度。式(10)是忽略了邊緣效應(yīng)的電容公式。實(shí)際情況下，由于電極端口處存在與電極垂直的連接電極，導(dǎo)致電極邊緣處的電場(chǎng)線(xiàn)不再均勻分布，所以z向二維平面叉指型結(jié)構(gòu)電容的實(shí)際值需添加轉(zhuǎn)角電容的影響予以修正。

Leus 等修改了以往的電容計(jì)算公式，其計(jì)算結(jié)果與仿真值之間的相對(duì)誤差＜0.25%，具有極高的精確度[28]。本文將Leus 等修改的電容計(jì)算公式應(yīng)用于z向二維電容的求解中，轉(zhuǎn)角電容為

聯(lián)立式(10)與式(11)，求得z向二維最小結(jié)構(gòu)單元電容為

綜上所述，三維叉指型電極整體結(jié)構(gòu)電容為

式中：d為電極厚度；n為電極對(duì)數(shù)。

2 COMSOL 有限元仿真

為驗(yàn)證4 層介質(zhì)復(fù)合三維叉指型電容結(jié)構(gòu)解析模型的準(zhǔn)確性，本文同時(shí)采用有限元（COMSOL Multiphysics?）仿真分析與理論模型數(shù)值進(jìn)行對(duì)比。對(duì)于不同的應(yīng)用環(huán)境，影響模型使用的是空氣層相對(duì)介電常數(shù)。月表是高真空環(huán)境，火星是低氣壓環(huán)境（500～700 Pa），地球表面是標(biāo)準(zhǔn)大氣壓環(huán)境（101.325 kPa）；因空氣的相對(duì)介電常數(shù)為1.000585非常接近1，所以仿真時(shí)使用真空介電常數(shù)，仿真結(jié)果同樣適用于地表環(huán)境和火星環(huán)境。

仿真參數(shù)設(shè)置如下：電極寬度w=0.5 mm，電極間隙g=0.5 mm，電極厚度d=35 μm，由上至下的介質(zhì)層分別為空氣層、沉降層（視為理想均勻介質(zhì)，以二氧化硅填充）、絕緣介質(zhì)層和基底，相對(duì)介電常數(shù)分別為1.0、3.9、2.7 和4.2，絕緣介質(zhì)層和基底的厚度分別為h2=0.10 mm、h3=1.45 mm。圖5 給出了y向二維叉指型電容探測(cè)器最小結(jié)構(gòu)單元的電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)分布仿真結(jié)果。

圖5 y 向二維叉指型電容結(jié)構(gòu)電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)分布Fig.5 Electric field intensity and potential distributions of two-dimensional interdigital capacitor in y direction

為消除尺度效應(yīng)的影響，定義一個(gè)無(wú)量綱參數(shù)金屬化比r=w/(w+g)，即電極寬度占叉指型電容整體寬度的比率。圖6 給出了不同金屬化比條件下仿真容值Csim、數(shù)值計(jì)算容值Ccal與顆粒沉降厚度的關(guān)系?？梢?jiàn)：仿真結(jié)果與計(jì)算結(jié)果數(shù)值十分接近，同時(shí)探測(cè)器靈敏度（ΔC/h1）隨沉降厚度增加而減小，即在探測(cè)薄層時(shí)具有極高的靈敏度。

圖6 不同金屬化比下仿真與數(shù)值計(jì)算電容隨沉降厚度變化Fig.6 Simulation and calculation of capacitances against deposition thickness for different metallization ratios

圖7 為y向二維電容相對(duì)誤差隨金屬化比和沉降厚度變化關(guān)系，最大誤差在3%以?xún)?nèi)?？梢?jiàn)：在固定金屬化比條件下，模型誤差隨著沉降層厚度增加呈減小趨勢(shì)；在金屬化比在r≥0.5 的范圍內(nèi)誤差可控制在1%以下，r＜0.5 的范圍內(nèi)誤差可控制在3%以?xún)?nèi)。

圖7 y 向電容相對(duì)誤差隨金屬化比和沉降厚度變化Fig.7 Relative error of capacitance variation with metallization ratio and deposition thickness in y direction

3 模擬顆粒沉降量探測(cè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

本研究研制了基于PCB 工藝制造的叉指型電容探測(cè)器樣機(jī)，如圖8 所示。其中，電極寬度w=0.5 mm，電極厚度d=35 μm，電極對(duì)數(shù)n=20，電極長(zhǎng)度L=55 mm，電極重疊區(qū)域長(zhǎng)度Loverlap=50 mm，金屬化比r范圍取0.2～0.8，涂覆厚度為h=0.1 mm的絕緣介質(zhì)層（相對(duì)介電常數(shù)εr=2.7）用于防止帶電顆粒與電極間發(fā)生放電擊穿，選用直徑在80～100 μm 的沙塵顆粒作為月塵模擬物。4 層介質(zhì)復(fù)合的結(jié)構(gòu)電容值通過(guò)LCR 儀（同惠TH2832）測(cè)量，測(cè)量頻率為200 kHz。通過(guò)振蕩篩網(wǎng)（孔徑為100 μm）將沙塵顆粒緩慢均勻?yàn)⒃谔綔y(cè)器感應(yīng)電極區(qū)域，電子顯微鏡（樂(lè)越Z01-4）與探測(cè)器齊平放置觀察沉降層厚度，每隔0.1 mm 記錄1 次數(shù)據(jù)。

圖8 沉降量探測(cè)試驗(yàn)系統(tǒng)Fig.8 Test system for deposition amount detection

在仿真過(guò)程中沉降層被理想化為均勻介質(zhì)，但在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中沉降層應(yīng)被視為月塵模擬物與空氣的組合（沙粒+氣隙），其實(shí)際影響包括兩個(gè)方面：一是沉降層介電常數(shù)的計(jì)算；二是沉降層測(cè)量厚度的表征。在介電常數(shù)計(jì)算方面，實(shí)驗(yàn)時(shí)需考慮模擬物的粒徑分布和成分的影響，分析顆粒堆積密度（或孔隙率）、計(jì)算沉降物質(zhì)等效介電常數(shù)。在沉降厚度表征方面，由于沉降過(guò)程中顆粒是通過(guò)篩網(wǎng)振蕩緩慢均勻?yàn)⑾拢瑫r(shí)沉降面積較小，所以顆粒分布不均即塵堆聚集情況基本不會(huì)出現(xiàn)；在沉降層厚度測(cè)量時(shí)因顆粒堆積呈無(wú)序化，導(dǎo)致沉降層內(nèi)部含有氣隙而且最表層的沙塵表面呈現(xiàn)凹凸不平狀。本文為簡(jiǎn)化分析，對(duì)介電常數(shù)分析視為理想情況，因堆積密度導(dǎo)致的相對(duì)介電常數(shù)變化還需要后續(xù)研究分析。由于模擬月塵顆粒的直徑小于100 μm，故當(dāng)取0.1 mm 作為讀數(shù)的間隔時(shí)，因凹凸不平產(chǎn)生的厚度誤差相較于沉降厚度可忽略不計(jì)，所以理想沉降厚度如圖9(a)中h1所示。經(jīng)顯微鏡放大測(cè)量后發(fā)現(xiàn)沉降層底層并不完全平整，其真實(shí)測(cè)量讀數(shù)情況如圖9(b)所示，在沉降層底層與沉降層表層中人為取2 條均值線(xiàn)作為讀數(shù)刻度線(xiàn)，測(cè)量時(shí)調(diào)整顯微鏡位置使刻度線(xiàn)對(duì)齊均值線(xiàn)獲得沉降層厚度h1；其測(cè)量誤差來(lái)自讀數(shù)誤差，因此采取多次讀數(shù)取均值的方法以減小測(cè)量誤差。

圖9 顆粒沉降測(cè)量Fig.9 Particle deposition measurement

最終得到實(shí)驗(yàn)電容Cmea和數(shù)值計(jì)算電容Ccal隨金屬化比和顆粒沉降厚度的變化曲線(xiàn)，如圖10所示?？梢?jiàn)：隨著金屬化比r的增大，探測(cè)器電容隨之增大，沉降層厚度h1對(duì)電容的影響也隨之增大。在r=0.8、h1=0.2 mm 的條件下探測(cè)器靈敏度為375 pF/mm，而在r=0.2、h1=0.2 mm 的條件下探測(cè)器靈敏度僅為45 pF/mm，因此金屬化比越高，探測(cè)器對(duì)沉降厚度的靈敏度越高。同時(shí)，當(dāng)r=0.2 時(shí)Cmea直到顆粒沉降厚度到達(dá)1 mm 時(shí)仍在增長(zhǎng)，而當(dāng)r=0.8 時(shí)Cmea在沉降厚度達(dá)到0.5 mm后基本不再增長(zhǎng)，即金屬化比越低，可探測(cè)沉降厚度越厚。這是因?yàn)樵谕瑯拥碾姌O寬度條件下，金屬化比越低則電極間隙越大，“邊緣效應(yīng)”越強(qiáng)烈，探測(cè)深度隨之增加。因此為實(shí)現(xiàn)靈敏度和探測(cè)范圍的最優(yōu)化，可選擇金屬化比范圍在0.4～0.5 之間。

圖10 不同金屬化比的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算電容隨顆粒沉降厚度變化Fig.10 Experimental and calculation result of capacitances against settlement thickness for different metallization ratios

圖11 為仿真計(jì)算與實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析結(jié)果，兩者最大誤差僅為2%，進(jìn)一步驗(yàn)證了4 層介質(zhì)復(fù)合的三維叉指型電容結(jié)構(gòu)解析模型的準(zhǔn)確性。

圖11 實(shí)驗(yàn)與計(jì)算相對(duì)誤差Fig.11 Relative error between experimental and calculation results

本文設(shè)計(jì)的叉指型電容探測(cè)器的分辨率取決于其參數(shù)設(shè)計(jì)與電容檢測(cè)電路，實(shí)驗(yàn)中探測(cè)器的輸出電容直接由LCR 儀測(cè)得，其最小分辨率為0.001 pF。當(dāng)探測(cè)器的金屬化比選擇在最優(yōu)的0.4～0.5 之間時(shí)，由圖10 可得其最大靈敏度范圍為110～155 pF/mm，理論上叉指型電容探測(cè)器的分辨率可達(dá)6～9 nm。

4 結(jié)論

本文提出了基于平面叉指型電容構(gòu)型的月塵沉降量探測(cè)方法，經(jīng)模型解析、仿真計(jì)算與實(shí)驗(yàn)分析，驗(yàn)證了4 層介質(zhì)復(fù)合的三維叉指型電容結(jié)構(gòu)解析模型的準(zhǔn)確度，以及叉指型電容探測(cè)器在月塵沉降量探測(cè)工程化的應(yīng)用價(jià)值，主要結(jié)論如下：

1）基于共面電極空間電場(chǎng)解析解和保角映射方法，構(gòu)建了4 層介質(zhì)復(fù)合的三維叉指型電容結(jié)構(gòu)高精度解析模型?？紤]了電容構(gòu)型邊緣效應(yīng)，模型數(shù)值解與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相對(duì)誤差基本在2%以?xún)?nèi)，具有適用尺寸范圍廣、精度高的特點(diǎn)。

2）基于叉指型電容探測(cè)器完成了月塵模擬顆粒沉降量探測(cè)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該探測(cè)器在月塵沉降量探測(cè)中的可用性。未來(lái)可在探月設(shè)備中布置若干該叉指型電容探測(cè)器作為感應(yīng)單元，獲取月塵沉降量閾值信號(hào)，為月塵清除功能性組件適時(shí)啟動(dòng)提供參考信息。配合采用高精度電容檢測(cè)電路，將微小電容信號(hào)轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)，便于信息的存儲(chǔ)、處理與傳輸，以滿(mǎn)足航天、探月設(shè)備對(duì)探測(cè)器載荷的低功耗、微型化的使用要求。