[發明專利]多功能探針及真空羽流檢測裝置

有效

• 申請號: 202010118031.2
• 申請日: 2020-02-25
• 公開（公告）號: CN111315105B
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 蔡國飆;白君香;袁軍婭;韓木天;翁惠焱
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H05H1/00
• 分類號: H05H1/00
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 趙薇

本發明提供了一種多功能探針及真空羽流檢測裝置，涉及真空羽流參數檢測技術領域，本發明提供的多功能探針包括第一收集模塊、第二收集模塊以及與第一收集模塊連接的限位組件；第一收集模塊具有用于收集流場離子的發射燈絲；第二收集模塊套設于第一收集模塊外部，且其兩端面分別與第一收集模塊和限位組件相抵，第二收集模塊具有用于收集流場離子的帶狀收集面。本發明提供的多功能探針中，帶狀探針保證其收集離子主要為CEX離子，同時可根據發射燈絲提供的空間電勢在帶狀探針的伏安特性曲線上尋找對應的電流，實現空間電勢高精度診斷及互相校正的功能，提高測量精度。

技術領域

本發明涉及真空羽流參數檢測技術領域，尤其是涉及一種多功能探針及真空羽流檢測裝置。

背景技術

離子推力器、霍爾推力器等電推力器因其比沖高、壽命長和系統質量較小等優點而廣泛應用于航天器的姿態和軌道控制。準確獲取電推力器真空羽流參數對于評估電推力器和航天器性能是至關重要的。電推力器真空羽流是等離子體，電子溫度和電子數密度是等離子羽流流場的基本參數，獲取電子溫度和電子數密度是研究等離子體性質的重要前提。

朗繆爾探針是最常用的等離子體診斷方法。該探針結構簡單、易于實現，且所提供的信息量豐富，能夠提供電子溫度和電子數密度等基本參數信息。朗繆爾探針的形狀有圓柱形、球形和平面形，其中圓柱形探針獲得信息多，常用于測量電子密度；而平面形探針容易控制等離子體流速影響，收集面積固定，故常用于測量電子溫度。

等離子體特性的測試也可以采用發射探針，這種探針可用于在各種條件下進行測量，且非常適合于從穩態到振蕩、從擴散到稠密、從冷到熱的電推進等離子體。其中，浮動發射探針可直接測量等離子體勢而不需要進行電壓掃描。該探針由固定于氧化鋁絕緣管上的鎢絲環組成，通過給鎢絲加電流使其達到熱電子發射點，發射電子中和探針周圍鞘使得探針浮于局域等離子體勢，從而可測量出等離子體基本參數。

但是現有朗繆爾圓柱形探針及發射探針存在幾個突出的問題。

其一，對于朗繆爾圓柱形探針，其尺寸非常小，長度很長，為了避免終端效應，長徑比通常為50以上，束流離子不能迅速穿過鞘層，導致圓柱形探針收集的離子中包含大量束流離子和CEX(charge exchange，電荷交換)離子，束流離子對CEX離子診斷造成干擾，因此限制了其使用條件與范圍。

此外，如圖1和圖2所示，圖1為朗繆爾探針伏安特性曲線；圖2為羽流區第二次試驗結果。在圖1及圖2中可知，由于朗繆爾探針電壓越過空間電勢后電流曲線繼續增長，導致難以確定空間電勢對應拐點，使得電子數密度測量和空間電勢測量依賴于數據選取，有很大誤差，需要通過理論創新和實踐創新解決這個問題。

其二，發射探針已成為診斷電力推進裝置的重要工具。通過發射合適電位的電子，它們可用于在各種條件下進行測量，使它們非常適合于從穩態到振蕩、從擴散到稠密、從冷到熱的電推進等離子體。必須特別注意空間電荷效應，這使得發射探測器數據比最初看起來更復雜。

其三，現有探針往往將探針頭和螺母、螺栓、運動電機等連接部件直接連接，存在電接觸，使得探針電阻偏大，電阻分壓使得探針電壓測量不精確，影響了測量精度；

其四，現有探針除金屬電極外，導線接頭、金屬螺栓和螺母等暴露在等離子體環境中，會收集電子和離子，對測量結果產生干擾。

發明內容

根據上述的缺點和不足，本公開內容的目的之一是至少解決現有技術中存在的上述問題之一或多個。

第一方面，本發明提供一種多功能探針，包括第一收集模塊、第二收集模塊以及與所述第一收集模塊連接的限位組件；

所述第一收集模塊具有用于收集流場離子的發射燈絲；

所述第二收集模塊套設于所述第一收集模塊外部，且其兩端面分別與所述第一收集模塊和所述限位組件相抵，所述第二收集模塊具有用于收集流場離子的帶狀收集面。