一种模拟行星土壤中水分子迁移的试验装置

摘要

本发明涉及一种模拟行星土壤中水分子迁移的试验装置，该装置由置于真空舱内的本体以及置于所述真空舱外的数据采集系统和星表模拟环境控制系统构成。本体包括水平底座、称重系统、样品舱和与真空舱相连的分体式电感调频位移传感器；水平底座的下表面四角分布有与设在真空舱内液氮管上的平板相接触的调平螺栓，上表面分别设有水平液泡、电感调频位移传感器支架、称重支座，该电感调频位移传感器支架上设有分体式电感调频位移传感器；称重支座上设有称重系统，该称重系统上设有样品舱，并与分体式电感调频位移传感器相连；称重系统、分体式电感调频位移传感器、星表模拟环境控制系统分别与数据采集系统相连。本发明操作性强、可实现有效监测。

权利要求

1.一种模拟行星土壤中水分子迁移的试验装置，其特征在于：该装置由置于真空舱（20）内的本体以及置于所述真空舱（20）外的数据采集系统和星表模拟环境控制系统构成；

所述本体包括水平底座（1）、称重系统、样品舱和与所述真空舱（20）相连的分体式电感调频位移传感器；所述水平底座（1）的下表面四角分布有与设在所述真空舱（20）内液氮管上的平板相接触的调平螺栓（3），上表面分别设有水平液泡（2）、电感调频位移传感器支架（4）、称重支座，该电感调频位移传感器支架（4）上设有所述分体式电感调频位移传感器；所述称重支座上设有所述称重系统，该称重系统上设有样品舱，并与所述分体式电感调频位移传感器相连；所述称重系统、所述分体式电感调频位移传感器、所述星表模拟环境控制系统分别与所述数据采集系统相连；所述称重系统包括置于所述称重支座中的平台板（7）上的下弹簧支座（12）、通过弱温敏弹簧（10）与所述下弹簧支座（12）相连的上弹簧支座（11）以及置于所述上弹簧支座（11）上的承物板（9）；所述平台板（7）的上表面设有下滑轮组（14）；所述承物板（9）的下表面设有上滑轮组（13）；所述平台板（7）上设有栓线柱（15），该栓线柱（15）上连有无弹软细绳（16）；所述无弹软细绳（16）依次穿过所述上滑轮组（13）和所述下滑轮组（14）的各个滑轮，并穿过所述平台板（7）的穿线孔（8）与所述分体式电感调频位移传感器的电感调频位移传感器测杆（17）的上端相连；所述承物板（9）上设有所述样品舱；所述承物板（9）和所述平台板（7）的侧面分别与所述数据采集系统相连；所述星表模拟环境控制系统由与所述真空舱（20）的出气口相接的真空泵组（30）、通过循环泵（31）与液氮舱相连的盘设在所述真空舱（20）内壁的所述液氮管、位于所述真空舱（20）内壁顶部的与所述真空舱（20）相匹配的热光源（32）以及环境模型试验舱控制终端（33）组成；所述真空泵组（30）上设有真空计；所述液氮管上设有温控计；所述热光源（32）、所述真空计、所述温控计分别与所述环境模型试验舱控制终端（33）相连。

2.如权利要求1所述的一种模拟行星土壤中水分子迁移的试验装置，其特征在于：所述称重支座由平台板（7）和置于所述平台板（7）底部的一对竖向撑腿（6）组成；所述竖向撑腿（6）垂直于所述水平底座（1）；所述平台板（7）的中心位置分布有穿线孔（8）。

3.如权利要求1所述的一种模拟行星土壤中水分子迁移的试验装置，其特征在于：所述承物板（9）的下表面四角位置固定有所述上弹簧支座（11）。

4.如权利要求1所述的一种模拟行星土壤中水分子迁移的试验装置，其特征在于：所述上滑轮组（13）、所述下滑轮组（14）、所述栓线柱（15）、所述穿线孔（8）以及所述承物板（9）的中心呈中心对称分布。

5.如权利要求1所述的一种模拟行星土壤中水分子迁移的试验装置，其特征在于：所述分体式电感调频位移传感器包括置于电感调频位移传感器套管（5）内的电感调频位移传感器测杆（17）和电感调频位移传感器外置部分（18）；所述电感调频位移传感器套管（5）垂直于所述水平底座（1），该电感调频位移传感器套管（5）嵌入所述电感调频位移传感器支架（4）的中心；所述电感调频位移传感器套管（5）的底部通过线缆（19）与所述电感调频位移传感器外置部分（18）、所述数据采集系统相连；所述电感调频位移传感器测杆（17）的顶部与所述称重系统的无弹软细绳（16）相连。

6.如权利要求1所述的一种模拟行星土壤中水分子迁移的试验装置，其特征在于：所述样品舱包括通过螺纹（27）连接的用于装填星表模拟覆盖物的上试样罐（23）和用于承载冰或液态水的下试样罐（24）；所述上试样罐（23）与所述下试样罐（24）的侧面均开设有传感器孔（26）；所述下试样罐（24）的顶部开口，其底部封闭；所述上试样罐（23）的顶部开口，其底部开口并安装有超细孔钢网（29）；所述上试样罐（23）与所述下试样罐（24）相接处设有耐低温密封圈（28）。

7.如权利要求1所述的一种模拟行星土壤中水分子迁移的试验装置，其特征在于：所述数据采集系统包括布设在所述样品舱侧面传感器孔（26）内的温度传感器（25）、布设在所述样品舱顶部的浓度传感器（34）、传输电信号的线缆（19）、线圈段线缆（35）、位于所述真空舱（20）上的航空插头穿墙单元（21）、数据采集模块（22）和数据处理终端（36）；所述线圈段线缆（35）两端分别通过线固定卡（37）固定在所述称重系统的承物板（9）和平台板（7）的侧面；

所述航空插头穿墙单元（21）通过所述线缆（19）分别与所述线圈段线缆（35）、所述数据采集模块（22）、所述分体式电感调频位移传感器的电感调频位移传感器套管（5）和电感调频位移传感器外置部分（18）相连；所述温度传感器（25）、所述浓度传感器（34）分别与所述数据采集模块（22）相连，该数据采集模块（22）与所述数据处理终端（36）相连。

8.如权利要求7所述的一种模拟行星土壤中水分子迁移的试验装置的使用方法，包括以下步骤：

⑴将冰或液态水装入下试样罐（24）中，并将温度传感器（25）经罐体侧壁传感器孔（26）穿入所述下试样罐（24）后密封，再将上试样罐（23）与所述下试样罐（24）通过螺纹（27）密封连接；

⑵按试验要求将星表模拟覆盖物填入所述上试样罐（23）中，并按试验要求将温度传感器（25）经罐体侧壁传感器孔（26）穿入所述上试样罐（23）后密封；

⑶将本体放置在所述真空舱（20）中，将所述水平液泡（2）放置在所述水平底座（1）上，调节所述调平螺栓（3）至所述水平底座（1）水平后，将所述水平液泡（2）取出；

⑷将所述步骤⑵所得的样品舱放入置于真空舱（20）外的液氮槽中，在控制液氮不进入试样中的条件下，将试样温度降低至‑196℃后，从液氮中取出并放置在承物板（9）的中心位置，关闭所述真空舱（20）的舱门；

⑸依次打开环境模型试验舱控制终端（33）、真空泵组（30），待所述真空舱（20）内环境压强满足循环泵（31）启动的要求后，打开所述循环泵（31）对所述真空舱（20）内的温度进行控制；之后逐步控制环境温度和压强达到预定试验要求；若试验过程需对环境可见光辐射进行模拟，待所述真空舱（20）内的环境真空度和试样温度低于试验要求的温度点后，打开热光源（32），逐步控制所述真空舱（20）内温度、压强、可见光辐射至目标星表模拟环境；

⑹当所述真空舱（20）内的星表模拟环境的温度、压强及辐射条件稳定后，打开数据采集模块（22）和数据处理终端（36），绘制分体式电感调频位移传感器测得的位移数据随时间变化的曲线；当该曲线的斜率基本稳定时，表明水分散失过程进入稳定状态，获取电感调频位移传感器测杆（17）的位置为x，对稳定状态下各传感器数据进行连续监测采集，获得经过时间 后电感调频位移传感器测杆（17）的位移为 ；

⑺按试验要求改变星表模拟环境可见光辐射条件和温度条件，以对星表模拟环境处于动态变化条件下的水分散失过程进行试验，并根据星表模拟环境的变化情况设置相匹配的传感器采集频率；

⑻试验完成后，首先关闭所述真空泵组（30），待达到所述循环泵（31）关闭条件时，逐步关闭所述循环泵（31），最后关闭所述热光源（32），并整理试验数据。

说明书

一种模拟行星土壤中水分子迁移的试验装置

技术领域

[0001] 本发明涉及多孔材料中水分扩散试验的技术领域，尤其涉及一种模拟行星土壤中水分子迁移的试验装置。

背景技术

[0002] 随着人类文明向宇宙际的不断扩散，人类深空探测技术不断发展，地外资源的原位探测及利用难题日趋显著，人类通过科学计算和卫星探测的方法对地外天体表面环境有
了更多的认识，大量的科学计算和航天器探测结果均表明，某些地外行星存在可利用资源。
在水资源空间探测方面，通过对星表环境在地表进行环境模拟，并对相应环境下的水分的
散失过程进行研究成为确定相应星表潜在水分等挥发性矿物留存区域及埋藏深度的有效
手段。通过对星表环境下覆盖物在不同密实度、不同矿物成分、不同颗粒直径以及不同覆盖
物厚度条件下的水分散失过程进行试验研究，可为相关星表环境下水分等挥发性矿物潜在
赋存区域及深度的数值分析求解过程提供理论基础及试验数据支撑。

[0003] 目前，常见的挥发性气体扩散试验装置，如：“一种氡气扩散式岩石有效孔隙度测量装置”、“水蒸气扩散系数测量装置及其测量方法”、“温度梯度下多孔材料水蒸气传递系
数测量装置及测量方法”、“一种稳态法测算多孔材料传质系数的装置”以及“一种测定多孔
介质有效扩散系数和孔隙率的方法”等，这些装置只能在地表环境下使用，无法在模拟星表
环境条件下使用，例如地表环境温度及气压范围内的固定温度条件下的水分扩散系数测
量、氡气扩散系数测量，无法对复杂星表模拟环境下的水分的扩散过程进行试验。而阻碍现
有技术在星表模拟环境使用的主要问题在于：部分适用于地表环境的传感器在星表模拟环
境无法生存，现有技术对星表模拟环境下的水分散失速率等参数无法准确、有效、连续测
量，或试验装置体积过于庞大，无法在真空舱中进行使用。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种操作性强、可实现有效监测的水分在星表土体中的扩散试验装置。

[0005] 为解决上述问题，本发明所述的一种模拟行星土壤中水分子迁移的试验装置，其特征在于：该装置由置于真空舱内的本体以及置于所述真空舱外的数据采集系统和星表模
拟环境控制系统构成；所述本体包括水平底座、称重系统、样品舱和与所述真空舱相连的分
体式电感调频位移传感器；所述水平底座的下表面四角分布有与设在所述真空舱内液氮管
上的平板相接触的调平螺栓，上表面分别设有水平液泡、电感调频位移传感器支架、称重支
座，该电感调频位移传感器支架上设有所述分体式电感调频位移传感器；所述称重支座上
设有所述称重系统，该称重系统上设有样品舱，并与所述分体式电感调频位移传感器相连；
所述称重系统、所述分体式电感调频位移传感器、所述星表模拟环境控制系统分别与所述
数据采集系统相连。

[0006] 所述称重支座由平台板和置于所述平台板底部的一对竖向撑腿组成；所述竖向撑腿垂直于所述水平底座；所述平台板的中心位置分布有穿线孔。

[0007] 所述称重系统包括置于所述称重支座中的平台板上的下弹簧支座、通过弱温敏弹簧与所述下弹簧支座相连的上弹簧支座以及置于所述上弹簧支座上的承物板；所述平台板
的上表面设有下滑轮组；所述承物板的下表面设有上滑轮组；所述平台板上设有栓线柱，该
栓线柱上连有无弹软细绳；所述无弹软细绳依次穿过所述上滑轮组和所述下滑轮组的各个
滑轮，并穿过所述平台板的穿线孔与所述分体式电感调频位移传感器的电感调频位移传感
器测杆的上端相连；所述承物板上设有所述样品舱；所述承物板和所述平台板的侧面分别
与所述数据采集系统相连。

[0008] 所述承物板的下表面四角位置固定有所述上弹簧支座。

[0009] 所述上滑轮组、所述下滑轮组、所述栓线柱、所述穿线孔以及所述承物板的中心呈中心对称分布。

[0010] 所述分体式电感调频位移传感器包括置于电感调频位移传感器套管内的电感调频位移传感器测杆和电感调频位移传感器外置部分；所述电感调频位移传感器套管垂直于
所述水平底座，该电感调频位移传感器套管嵌入所述电感调频位移传感器支架的中心；所
述电感调频位移传感器套管的底部通过线缆与所述电感调频位移传感器外置部分、所述数
据采集系统相连；所述电感调频位移传感器测杆的顶部与所述称重系统的无弹软细绳相
连。

[0011] 所述样品舱包括通过螺纹连接的用于装填星表模拟覆盖物的上试样罐和用于承载冰或液态水的下试样罐；所述上试样罐与所述下试样罐的侧面均开设有传感器孔；所述
下试样罐的顶部开口，其底部封闭；所述上试样罐的顶部开口，其底部开口并安装有超细孔
钢网；所述上试样罐与所述下试样罐相接处设有耐低温密封圈。

[0012] 所述数据采集系统包括布设在所述样品舱侧面传感器孔内的温度传感器、布设在所述样品舱顶部的浓度传感器、传输电信号的线缆、线圈段线缆、位于所述真空舱上的航空
插头穿墙单元、数据采集模块和数据处理终端；所述线圈段线缆两端分别通过线固定卡固
定在所述称重系统的承物板和平台板的侧面；所述航空插头穿墙单元通过所述线缆分别与
所述线圈段线缆、所述数据采集模块、所述分体式电感调频位移传感器的电感调频位移传
感器套管和电感调频位移传感器外置部分相连；所述温度传感器、所述浓度传感器分别与
所述数据采集模块相连，该数据采集模块与所述数据处理终端相连。

[0013] 所述星表模拟环境控制系统由与所述真空舱的出气口相接的真空泵组、通过循环泵与液氮舱相连的盘设在所述真空舱内壁的所述液氮管、位于所述真空舱内壁顶部的与所
述真空舱相匹配的热光源以及环境模型试验舱控制终端组成；所述真空泵组上设有真空
计；所述液氮管上设有温控计；所述热光源、所述真空计、所述温控计分别与所述环境模型
试验舱控制终端相连。

[0014] 如上所述的一种模拟行星土壤中水分子迁移的试验装置的使用方法，包括以下步骤：

[0015] ⑴将冰或液态水装入下试样罐中，并将温度传感器经罐体侧壁传感器孔穿入所述下试样罐后密封，再将上试样罐与所述下试样罐通过螺纹密封连接；

[0016] ⑵按试验要求将星表模拟覆盖物填入所述上试样罐中，并按试验要求将温度传感器经罐体侧壁传感器孔穿入所述上试样罐后密封；

[0017] ⑶将本体放置在所述真空舱中，将所述水平液泡放置在所述水平底座上，调节所述调平螺栓至所述水平底座水平后，将所述水平液泡取出；

[0018] ⑷将所述步骤⑵所得的样品舱放入置于真空舱外的液氮槽中，在控制液氮不进入试样中的条件下，将试样温度降低至‑196℃后，从液氮中取出并放置在承物板的中心位置，
关闭所述真空舱的舱门；

[0019] ⑸依次打开星表模拟环境控制终端、真空泵组，待所述真空舱内环境压强满足循环泵启动的要求后，打开所述循环泵对所述真空舱内的温度进行控制；之后逐步控制环境
温度和压强达到预定试验要求；若试验过程需对环境可见光辐射进行模拟，待所述真空舱
内的环境真空度和试样温度低于试验要求的温度点后，打开热光源，逐步控制所述真空舱
内温度、压强、可见光辐射至目标星表模拟环境；

[0020] ⑹当所述真空舱内的星表模拟环境的温度、压强及辐射条件稳定后，打开数据采集模块和数据处理终端，绘制分体式电感调频位移传感器测得的位移数据随时间变化的曲
线；当该曲线的斜率基本稳定时，表明水分散失过程进入稳定状态，获取电感调频位移传感
器测杆的位置为x，对稳定状态下各传感器数据进行连续监测采集，获得经过时间 后，电感
调频位移传感器测杆的位移为 ；

[0021] ⑺按试验要求改变星表模拟环境可见光辐射条件和温度条件，以对星表模拟环境处于动态变化条件下的水分散失过程进行试验，并根据星表模拟环境的变化情况设置相匹
配的传感器采集频率；

[0022] ⑻试验完成后，首先关闭所述真空泵组，待达到所述循环泵关闭条件时，逐步关闭所述循环泵，最后关闭所述热光源，并整理试验数据。

[0023] 本发明与现有技术相比具有以下优点：

[0024] 1、本发明利用滑轮组、弱温敏弹簧以及电感调频位移传感器组成了称重系统，结合相关数据采集装置可对扩散试验过程中的物质散失过程进行实时监测，解决了模拟星表
环境下水分在星表覆盖层中扩散试验的主要技术难题。

[0025] 2、本发明妥善解决了传统称重传感器无法在星表模拟环境下存活的技术难题，利用在复杂环境中依然可以稳定工作的高精度电感调频位移传感器对水分散失量进行准确
监测，使星表模拟环境下的水分迁移试验关键参数得以有效及时获取，本发明可对试验过
程中水分散失量进行实时监测，使试验更具操作性和实施性。

[0026] 3、本发明中的试验本体内置在真空舱中，并提出了相应的操作流程，使模拟星表环境下水分子在模拟星表覆盖物中的迁移过程研究得以实施。同时，结合本发明所提出的
计算方法可对星表环境下，不同星表覆盖层厚度、干密度、孔隙度等参数对水迁移过程的影
响进行研究，进而建立合理的星表环境下水分子在星表覆盖层中迁移的模型。

[0027] 4、本发明使用范围广，使用者可根据研究需求建立相应试验方案并进行详细研究。

附图说明

[0028] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

[0029] 图1为本发明的结构示意图。

[0030] 图2为本发明中称重系统的示意图。

[0031] 图3为本发明中样品罐的示意图。

[0032] 图4为本发明中分体式电感调频位移传感器的示意图。

[0033] 图中：1—水平底座；2—水平液泡；3—调平螺栓；4—电感调频位移传感器支架；5—电感调频位移传感器套管；6—竖向撑腿；7—平台板；8—穿线孔；9—承物板；10—弱温
敏弹簧；11—上弹簧支座；12—下弹簧支座；13—上滑轮组；14—下滑轮组；15—栓线柱；
16—无弹软细绳；17—电感调频位移传感器测杆；18—电感调频位移传感器外置部分；19—
线缆；20—真空舱；21—航空插头穿墙单元；22—数据采集模块；23—上试样罐；24—下试样
罐；25—温度传感器；26—传感器孔；27—螺纹；28—耐低温密封圈；29—超细孔钢网；30—
真空泵组；31—循环泵；32—热光源；33—环境模型试验舱控制终端；34—浓度传感器；35—
线圈段线缆；36—数据处理终端；37—线固定卡。

具体实施方式

[0034] 如图1 4所示，一种模拟行星土壤中水分子迁移的试验装置，该装置由置于真空舱~
20内的本体以及置于真空舱20外的数据采集系统和星表模拟环境控制系统构成。

[0035] 本体包括水平底座1、称重系统、样品舱和与真空舱20相连的分体式电感调频位移传感器；水平底座1的下表面四角分布有与设在真空舱20内液氮管上的平板相接触的调平
螺栓3，上表面分别设有水平液泡2、电感调频位移传感器支架4、称重支座，该电感调频位移
传感器支架4上设有分体式电感调频位移传感器；称重支座上设有称重系统，该称重系统上
设有样品舱，并与分体式电感调频位移传感器相连；称重系统、分体式电感调频位移传感
器、星表模拟环境控制系统分别与数据采集系统相连。

[0036] 其中：称重支座由平台板7和置于平台板7底部的一对竖向撑腿6组成；竖向撑腿6垂直于水平底座1；平台板7的中心位置分布有穿线孔8。

[0037] 称重系统包括置于称重支座中的平台板7上的下弹簧支座12、通过弱温敏弹簧10与下弹簧支座12相连的上弹簧支座11以及置于上弹簧支座11上的承物板9；平台板7的上表
面设有下滑轮组14；承物板9的下表面设有上滑轮组13；平台板7上设有栓线柱15，该栓线柱
15上连有无弹软细绳16；无弹软细绳16依次穿过上滑轮组13和下滑轮组14的各个滑轮，并
穿过平台板7的穿线孔8与分体式电感调频位移传感器的电感调频位移传感器测杆17的上
端相连；承物板9上设有样品舱；承物板9和平台板7的侧面分别与数据采集系统相连。

[0038] 无弹软细绳16、上滑轮组13以及下滑轮组14在称重系统中对弱温敏弹簧10的位移数据进行放大，起到了位移放大作用。无弹软细绳16在上滑轮组13和下滑轮组14间交替穿
过，且均保持无弹软细绳16处于竖直状态，放大倍数为整数倍，相应测试精度较高。

[0039] 优选的，当采用斜线穿线方案时，可以增大上滑轮组13、下滑轮组14、无弹软细绳16组成系统对位移的放大倍率更大，且放大倍数为变量，在实际使用中需进行准确标定。

[0040] 承物板9的下表面四角位置固定有上弹簧支座11。上滑轮组13、下滑轮组14、栓线柱15、穿线孔8以及承物板9的中心呈中心对称分布，以保证分布在承物板9四角的弱温敏弹
簧10处于同步压缩状态。

[0041] 弱温敏弹簧10的使用可以最大程度地降低温度对测试精度的影响，在实际使用中可根据目标试验温度选用对应温度条件下的弱温敏弹簧。

[0042] 分体式电感调频位移传感器包括置于电感调频位移传感器套管5内的电感调频位移传感器测杆17和电感调频位移传感器外置部分18；电感调频位移传感器套管5垂直于水
平底座1，该电感调频位移传感器套管5嵌入电感调频位移传感器支架4的中心；电感调频位
移传感器套管5的底部通过线缆19与电感调频位移传感器外置部分18、数据采集系统相连；
电感调频位移传感器测杆17的顶部与称重系统的无弹软细绳16相连。即：电感调频位移传
感器套管5的电信号通过线缆19依次经布设在真空舱20上的航空插头穿墙单元21传输至电
感调频位移传感器外置部分18内，之后通过线缆19将电信号传输至与数据采集模块22相
连。

[0043] 电感调频位移传感器测杆16和电感调频位移传感器套管5是位移测量组件之一，电感调频位移传感器外置部分18指常规电感调频电路中在真空和低温等极端环境中失效
或无法存活的组件。通过滑轮组对承物板9位移的放大，电感调频位移传感器组件可以较为
准确地获取水分散失量。

[0044] 样品舱包括通过螺纹27连接的用于装填星表模拟覆盖物的上试样罐23和用于承载冰或液态水的下试样罐24；上试样罐23与下试样罐24的侧面均开设有传感器孔26；下试
样罐24的顶部开口，其底部封闭；上试样罐23的顶部开口，其底部开口并安装有超细孔钢网
29；上试样罐23与下试样罐24相接处设有耐低温密封圈28。通过耐低温密封圈28达到密封
效果，具体使用过程中上试样罐23可根据试验需求选用相应高度的罐体。

[0045] 数据采集系统包括布设在样品舱侧面传感器孔26内的温度传感器25、布设在样品舱顶部的浓度传感器34、传输电信号的线缆19、线圈段线缆35、位于真空舱20上的航空插头
穿墙单元21、数据采集模块22和数据处理终端36；线圈段线缆35两端分别通过线固定卡37
固定在称重系统的承物板9和平台板7的侧面；航空插头穿墙单元21通过线缆19分别与线圈
段线缆35、数据采集模块22、分体式电感调频位移传感器的电感调频位移传感器套管5和电
感调频位移传感器外置部分18相连；温度传感器25、浓度传感器34分别与数据采集模块22
相连，该数据采集模块22与数据处理终端36相连。

[0046] 星表模拟环境控制系统由与真空舱20的出气口相接的真空泵组30（包括机械泵和分子泵等）、通过循环泵31与液氮舱相连的盘设在真空舱20内壁的液氮管、位于真空舱20内
壁顶部的与真空舱20相匹配的热光源32以及环境模型试验舱控制终端33组成；真空泵组30
上设有控制真空舱20压强的真空计；液氮管上设有控制真空舱20温度的温控计；热光源32、
真空计、温控计分别与环境模型试验舱控制终端33相连。

[0047] 本发明的工作原理：

[0048] 控制真空舱20内环境至星表模拟环境，在星表模拟环境下，位于下样品罐24内的水分通过位于上样品罐23内的星表模拟覆盖物而挥发，位于承物台9下四角位置被压缩的
弹簧10随之被逐渐释放，承物台9上升，带动电感调频位移传感器测杆17上升，并通过电感
调频位移传感器套管5和电感调频位移传感器外置部分18转化为电信号记录在数据采集模
块22内。

[0049] 该水分在星表土体中的扩散试验装置的使用方法，包括以下步骤：

[0050] 该模拟行星土壤中水分子迁移的试验装置的使用方法，包括以下步骤：

[0051] ⑴将冰或液态水装入下试样罐24中，并将温度传感器25经罐体侧壁传感器孔26穿入下试样罐24后密封，再将上试样罐23与下试样罐24通过螺纹27密封连接。

[0052] ⑵按试验要求将星表模拟覆盖物填入上试样罐23中，并按试验要求将温度传感器25经罐体侧壁传感器孔26穿入上试样罐23后密封。

[0053] ⑶将本体放置在真空舱20中，将水平液泡2放置在水平底座1上，调节调平螺栓3至水平底座1水平后，将水平液泡2取出，以免控制模拟环境压强时，因水平液泡2破裂损坏试
验仪器。

[0054] ⑷将步骤⑵所得的样品舱放入置于真空舱20外的液氮槽中，在控制液氮不进入试样中的条件下，将试样温度降低至‑196℃后，从液氮中取出并放置在承物板9的中心位置，
关闭真空舱20的舱门。

[0055] ⑸依次打开星表模拟环境控制终端33、真空泵组30，待真空舱20内环境压强满足循环泵31启动的要求后，打开循环泵31对真空舱20内的温度进行控制；之后逐步控制环境
温度和压强达到预定试验要求；若试验过程需对环境可见光辐射进行模拟，待真空舱20内
的环境真空度和试样温度低于试验要求的温度点后，打开热光源32，逐步控制真空舱20内
温度、压强、可见光辐射至目标星表模拟环境。

[0056] ⑹当真空舱20内的星表模拟环境的温度、压强及辐射条件稳定后，打开数据采集模块22和数据处理终端36，绘制分体式电感调频位移传感器测得的位移数据随时间变化的
曲线；当该曲线的斜率基本稳定时，表明水分散失过程进入稳定状态，获取电感调频位移传
感器测杆17的位置为x，对稳定状态下各传感器数据进行连续监测采集，获得经过时间 后，
电感调频位移传感器测杆17的位移为 。

[0057] ⑺按试验要求改变星表模拟环境可见光辐射条件和温度条件，以对星表模拟环境处于动态变化条件下的水分散失过程进行试验，并根据星表模拟环境的变化情况设置相匹
配的传感器采集频率。

[0058] ⑻试验完成后，首先关闭真空泵组30，待达到循环泵31关闭条件时，逐步关闭循环泵31，最后关闭热光源32，并整理试验数据。

[0059] 本发明装置试验完成后散失速率计算方法如下所述：

[0060] 为便于说明，利用图2所示的实施例对本发明进行说明，如图2所示，上弹簧垫块11厚度与上滑轮组13轴心高度相同，均为a，下弹簧垫块12和下滑轮组14的轴心高度一致；弱
温敏弹簧10的弹性系数为k，上下滑轮组轴心间的距离为L，由图2可以看出，当承物台9的竖
向位移为∆L时，由于滑轮组系统的位移放大作用，电感调频位移传感器测得的12倍，

[0061] 设某一时间段t内电感调频位移传感器测得的位移变化量为x，那么承物台9竖向位移为 ；弱温敏弹簧10受到压力减小量为 。

[0062] 承物台9的试样水分散失量与弱温敏弹簧10绳索量间可建立如下等式：

[0063]

[0064] 时间段t内试样罐内水分散失质量m为：

[0065] 星表模拟环境下水分散失速率v为：

[0066] 试样中埋设了温度传感器，上试样罐体积越大，上试样罐温度均匀性越差，相应的温度梯度也越明显，结合试样表面放置的湿度传感器，可对上试样罐中模拟星表环境下，相
应模拟覆盖物中的水分扩散参数进行进一步深入研究。