[發明專利]一種氪工質霍爾推力器放電通道內電子和原子參數的在線監測裝置和方法

有效

• 申請號: 201710423845.5
• 申請日: 2017-06-07
• 公開（公告）號: CN107228829B
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發明（設計）人: 朱悉銘;寧中喜;劉晨光;韓星;孟圣峰;王彥飛
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 畢雅鳳

一種氪工質霍爾推力器放電通道內電子和原子參數的在線監測裝置和方法，涉及一種氪工質霍爾推力器放電通道內電子和原子參數的在線監測技術，為了滿足霍爾推力器放電通道中的電離程度的監測需求。裝置包括導光管、光纖和光譜儀；霍爾推力器放電通道的側壁開有軸向測試縫，導光管插入軸向測試縫，導光管用于將放電通道中的光導入至光纖，光纖連接光譜儀。采用光譜儀測量805.95nm、785.48nm、760.15nm和758.74nm的氪原子譜線強度，根據氪原子譜線強度計算電子的溫度和氪原子密度。本發明適用于監測放電通道內電子和原子參數。

技術領域

本發明涉及一種氪工質霍爾推力器放電通道內電子和原子參數的在線監測技術。

背景技術

隨著衛星對壽命提出更高的要求，衛星推力器的壽命提高成為關鍵。傳統的衛星化學推力器，推力大，但比沖小，提高推力器壽命就必須增加衛星攜帶的化學燃料，從而增加了衛星發射成本并且會降低有效載荷。與傳統的化學推力器相比，電推力器具有體積小、質量輕、比沖高和壽命長等優勢，能夠降低衛星發射成本并且能夠滿足衛星的壽命要求，成為各國研究的熱點。

目前以霍爾推力器和離子推力器為主，已經有上百臺電推進器應用到衛星上，主要應用于執行衛星變軌、姿態控制、南北軌道保持等任務。中國霍爾推力器也已經搭載衛星在軌驗證成功，主要工作機理是：在發動機的陽極和陰極間施加軸向的電場，由帶電線圈產生徑向方向的磁場，電子被磁場束縛，做周向的霍爾漂移，與通道內的中性原子碰撞，產生離子，離子被電場加速高速噴出從而產生推力。在霍爾推力器噴射出的羽流中包括了中性氣體、一價離子、二價離子以及電子。

在霍爾推力器工作過程中，電子與中性氣體碰撞電離產生離子，離子加速噴出產生推力。其中電子與離子的碰撞電離過程對霍爾推力器的工作性能的影響作用十分重要。電子的能量以及氪原子密度直接影響電離過程，因此對霍爾推力器通道中電子和原子參數的診斷檢測可以反映放電通道中的電離程度。

發明內容

本發明的目的是為了滿足霍爾推力器放電通道中的電離程度的監測需求，從而提供一種氪工質霍爾推力器放電通道內電子和原子參數的在線監測裝置和方法。

本發明所述的一種氪工質霍爾推力器放電通道內電子和原子參數的在線監測裝置，包括導光管、光纖和光譜儀；

霍爾推力器放電通道的側壁開有軸向測試縫，導光管插入軸向測試縫，導光管用于將放電通道中的光導入至光纖，光纖連接光譜儀。

優選的是，導光管采用空心陶瓷管實現。

優選的是，還包括連接卡、步進電機和絲杠；

連接件將導光管固定在絲杠上，步進電機通過帶動絲杠線性運動，從而實現帶動導光管前后移動。

優選的是，軸向測試縫的寬度為3mm-10mm。

本發明所述的一種氪工質霍爾推力器放電通道內電子和原子參數的在線監測方法，包括以下步驟：

采用導光管將放電通道中的光導入至光纖，光纖連接光譜儀，采用光譜儀測量805.95nm、785.48nm、760.15nm和758.74nm的氪原子譜線強度；根據上述四種波長的氪原子譜線強度計算電子的溫度和氪原子密度。

優選的是，根據所述四種波長的氪原子譜線強度計算電子的溫度和氪原子密度的具體方法為：

計算第一強度比R₁和第二強度比R₂；

其中，I₁為805.95nm的氪原子譜線強度，I₂為785.48nm的氪原子譜線強度，I₃為760.15nm的氪原子譜線強度，I₄為758.74nm的氪原子譜線強度；