358
航天器环境工程
SPACECRAFT ENVIRONMENT ENGINEERING
第28卷第4期 2011年8月
QK型石英晶体微量天平频温效应的初步研究
减卫国，院小雪，于钱
（北京卫星环境工程研究所可靠性与环境工程技术重点实验室，北京100094）
摘要：文章利用QK型石英晶体微量天平温度热效应模型，对其频温效应间题进行了分析，并通过温度-频率特性试验，对分析结果进行了验证，同时，为今后石英晶体微量天平的研制提出了建议。
关键词：分子污染；真空热试验；石英晶体微量天平；热设计
中图分类号：V416.5
文献标识码：A
DOI: 10.3969/j.issn.1673-1379.2011.04.010
0前言
在进行航天器的真空热试验时，一般采用石英晶体微量天平（QCM）来全程监测关键位置的污染量，通过监测其振荡频率获得晶片表面污染沉积量的变化，为污染过程控制及评价提供依据！]。
由于QCM所用石英晶片振荡频率与晶片特性参数（密度和声速）有关，而晶片的特性参数与温度有关，因此晶片的振荡频率也与温度有关。在石英晶体微量天平所获得的频率变化数据中，不仅包含由于污染物增加或减少造成的频率变化，还包含由于晶片的温度变化造成的频率变化。后者将影响石英晶体微量天平的测量，增加后续数据判读的难度，限制石英晶体微量天平的适应性。
美国专门研制航天器用石英晶体微量天平的 QCM公司从20世纪80年代就对石英晶体微量天平的频温效应开展研究，并进行了辐射补偿石英晶体微量天平的研制试验，将温变频差从数百Hz降低到几十Hz1-2)。北京卫星环境工程研究所从20世纪90年代开始研制出OK型有英晶体微量天平，并对其温度-频率效应进行研究[3]，在国内率先使用温控技术减少温度差异造成的频差，并广泛应用到航天器真空热试验中。
1QK型石英晶体微量关平的结构及原理
北京卫星环境工程研究所研制的QK20A型石英晶体微量天平如图1所示。
收稿日期：2010-09-15：修回日期：2011-07-19
文章编号：1673-1379(2011)04-0358-04
图1QK20A型石英晶体微量天平 Fig.1Thephoto ofQK20AQCM
该微量天平采用前后双晶片排列(4)，其内部晶片安装结构如图2所示。
1.法兰：2.外壳绝热垫：3.外壳：4.外壳围定灯：5.绝热器：6.参考品片保护环：7.参考品片成座：8.参考晶片导热黄；9.参考晶片： 10.加热器：11.温度传感器：12.传够品片底座：13.传感品片：14.传感晶片导热簧：15.传感品片保护环；16.组件固定螺钉
图2QK型石英晶体微量天平内部晶片位置示意图 Fig.2Schematic diagram of the inner crystal of QK QCM
传感晶片和参考晶片与各自的激励芯片分别构成振荡电路，振荡频率为混频差频输出，通过控制器进行数据采集。
传感晶片暴露于污染环境，沉积污染物后频率变化；参考晶片不暴露于污染环境，晶片不出现表面附着物变化造成的频率变化。因此由两个晶片报
基金项目：“十一五"国防基础科研项目（端号：D0320060537）
作者简介：减卫国（1962一），男，高级工程师，专业方向为航天器污染检测与牧制。E-mail：casc511163.com，
万方数据