[發(fā)明專利]一種耐高溫嵌入式雙探針等離子體密度測(cè)量裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110337849.4
• 申請(qǐng)日: 2011-10-31
• 公開（公告）號(hào): CN102508002A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周建發(fā)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京遙測(cè)技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G01R19/00
• 分類號(hào): G01R19/00
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于空間等離子體參數(shù)測(cè)量領(lǐng)域，涉及一種耐高溫嵌入式雙探針等離子體密度測(cè)量裝置，可以用于再入飛行時(shí)邊界層內(nèi)密度在10⁸cm^-3～10¹¹cm^-3的空間等離子體參數(shù)測(cè)量。

背景技術(shù)

無(wú)論是載人飛船、回收衛(wèi)星還是洲際導(dǎo)彈，再入大氣層后的末相系統(tǒng)均有許多命令，如語(yǔ)言通訊，電子對(duì)抗，末制導(dǎo)等，均要求信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸。對(duì)于不同類型的再入飛行器，其等離子體鞘的形態(tài)和參數(shù)不同，理論研究只能給出方向性的結(jié)論，根據(jù)這些結(jié)論所提出的設(shè)計(jì)必需進(jìn)過(guò)飛行試驗(yàn)的最終校驗(yàn)。地面試驗(yàn)一個(gè)重大的缺陷是不能提供電訊號(hào)衰減測(cè)量全部的模擬條件，包括高焓、高速、氣體組分、無(wú)限大自由空間的介電環(huán)境等。因此飛行試驗(yàn)對(duì)于再入通訊研究具有特殊的重要性。彈載再入等離子體鞘診斷裝置的研制應(yīng)運(yùn)而生。目前測(cè)量方法主要有：波導(dǎo)天線探針、靜電探針、射頻電導(dǎo)率探針、電聲探針、電阻線探針、微波輻射計(jì)、隔離狹縫天線等。彈載傳感器需要能在全再入過(guò)程中連續(xù)的測(cè)定等離子體鞘的全部參數(shù)；再入環(huán)境條件(特別是熱環(huán)境)十分嚴(yán)酷，需要保證傳感器不被燒壞；制作簡(jiǎn)易方便，數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單易行；尺寸小、重量輕。目前靜電探針(朗繆爾探針)的主要缺點(diǎn)是有效收集面積難以確定、抗高溫與氧化性差、影響飛行器氣動(dòng)外形。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種耐高溫嵌入式雙探針等離子體密度測(cè)量裝置，該測(cè)量裝置能夠安裝在再入飛行器表面，與飛行器表面齊平，不破壞飛行器的氣動(dòng)外形，并且耐高溫、體積小、測(cè)量精確高。

本發(fā)明的上述目的是通過(guò)如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的：

一種耐高溫嵌入式雙探針等離子體密度測(cè)量裝置，包括氮化硼絕緣底座、兩根銥電極探針、兩個(gè)探針電極保護(hù)環(huán)和兩根電極連接導(dǎo)線，其中兩根銥電極探針嵌入到氮化硼絕緣底座中，第一探針電極保護(hù)環(huán)環(huán)繞在第一銥電極探針周圍，第二探針電極保護(hù)環(huán)環(huán)繞在第二銥電極探針周圍，且探針電極保護(hù)環(huán)與銥電極探針之間的間距小于或等于德拜長(zhǎng)度，并保證兩根銥電極探針的端面、兩個(gè)探針電極保護(hù)環(huán)的表面和氮化硼絕緣底座的表面在同一個(gè)平面上，所述平面可安裝在再入飛行器表面，與再入飛行器表面齊平，其中探針電極保護(hù)環(huán)與銥電極探針之間的間距為探針電極保護(hù)環(huán)圓環(huán)內(nèi)徑R與銥電極探針半徑r的差值；第一探針保護(hù)環(huán)與第一銥電極探針連接，第二探針保護(hù)環(huán)與第二銥電極探針連接，第一電極連接導(dǎo)線連接第一銥電極探針，第二電極連接導(dǎo)線連接第二銥電極探針，且兩根電極連接導(dǎo)線從氮化硼絕緣底座中穿過(guò)，與檢測(cè)電路連接。

在上述耐高溫嵌入式雙探針等離子體密度測(cè)量裝置中，檢測(cè)電路包括可調(diào)電阻器、掃描電壓源和固定電阻，其中兩根電極連接導(dǎo)線中的一根電極連接導(dǎo)線直接與可調(diào)電阻器連接，另外一根電極連接導(dǎo)線串聯(lián)固定電阻后與可調(diào)電阻器連接，可調(diào)電阻器與掃描電壓源并聯(lián)連接。

在上述耐高溫嵌入式雙探針等離子體密度測(cè)量裝置中，兩個(gè)探針電極保護(hù)環(huán)與兩根銥電極探針的材料相同且同電位。

在上述耐高溫嵌入式雙探針等離子體密度測(cè)量裝置中，兩根銥電極探針的尺寸相同且材料相同。

在上述耐高溫嵌入式雙探針等離子體密度測(cè)量裝置中，兩根銥電極探針的直徑≤3.2mm，且兩根銥電極探針的長(zhǎng)度為直徑的2～10倍。

在上述耐高溫嵌入式雙探針等離子體密度測(cè)量裝置中，等離子體密度測(cè)量裝置用于再入飛行器再入飛行時(shí)，邊界層內(nèi)密度在10⁸cm^-3～10¹¹cm^-3的空間等離子體參數(shù)測(cè)量。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明等離子體密度測(cè)量裝置中銥電極探針的端面、探針電極保護(hù)環(huán)的表面和氮化硼絕緣底座的表面在同一個(gè)平面上，使得測(cè)量裝置能夠安裝在再入飛行器表面，與飛行器表面齊平，不破壞飛行器的氣動(dòng)外形；

(2)本發(fā)明等離子體密度測(cè)量裝置中探針材料為金屬銥材料，可承受長(zhǎng)時(shí)間溫度不高于2000℃環(huán)境，且不容易氧化；

(3)本發(fā)明等離子體密度測(cè)量裝置中采用探針電極保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)減小了邊緣效應(yīng)，保證探針的有效收集面積，提高了測(cè)量的精確度，此外本發(fā)明通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)給出了探針電極保護(hù)環(huán)與電極探針之間的最佳間距，進(jìn)一步提高了測(cè)量的精確度；

(4)本發(fā)明等離子體密度測(cè)量裝置采用氮化硼作耐熱絕緣材料，其可加工性、高溫下絕緣性好；