[發(fā)明專利]一種在軌除污朗繆爾探針、系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110441673.0
• 申請(qǐng)日: 2021-04-23
• 公開（公告）號(hào): CN113194591B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜清府;王進(jìn);郭懷龍;張清和;邢贊揚(yáng);李建泉;李延輝;郭新
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): H05H1/00
• 分類號(hào): H05H1/00;B08B7/00
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 祖之強(qiáng)

本公開提供了一種在軌除污朗繆爾探針、系統(tǒng)及方法，所述探針包括：收集電極、絕緣層、保護(hù)電極、加熱元件和外殼；收集電極的第一端裸露，收集電極的中部外側(cè)包覆有絕緣層，絕緣層外側(cè)包覆有保護(hù)電極，收集電極的第二端位于外殼內(nèi)，且收集電極的第二端與加熱元件連接；所述系統(tǒng)中，處理器的信號(hào)輸出端口與磁保持繼電器連接，磁保持繼電器與穩(wěn)流電路連接，穩(wěn)流電路的一端與加熱元件連接，穩(wěn)流電路的另一端與電壓跟隨器連接，電壓跟隨器與差分放大電路連接，差分放大電路與處理器的模數(shù)轉(zhuǎn)換接口連接，處理器的數(shù)模轉(zhuǎn)換接口與穩(wěn)流電路連接；本公開采用低壓加熱的方式除污染，安全可靠，耗能低，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了探針溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及等離子體科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種在軌除污朗繆爾探針、系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關(guān)的背景技術(shù)，并不必然構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。

電離層是地球大氣被太陽輻射部分電離的區(qū)域，是日地能量傳輸鏈中的重要一環(huán)，是空間天氣的重要組成部分，也是最為貼近空間物理應(yīng)用層面的地球空間區(qū)域。作為人類無線電波傳播的主要媒介和航天活動(dòng)的重要場所，電離層的狀態(tài)變化能直接影響人類的通訊、導(dǎo)航、遙感定位和航空航天活動(dòng)等。電離層的狀態(tài)變化主要體現(xiàn)在其等離子體密度、溫度等物理參量的變化上。因此，電離層等離子體密度和溫度探測十分重要。

朗繆爾探針由于具有結(jié)構(gòu)簡單，結(jié)果可靠等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛運(yùn)用在電離層等離子體和實(shí)驗(yàn)室人工等離子體診斷中。朗繆爾探針診斷方法是將一個(gè)金屬電極浸入到等離子體中，然后利用控制電路在電極上施加一個(gè)掃描電壓，同時(shí)采集探針上的微電流信號(hào)，得到I-V曲線，進(jìn)而結(jié)合診斷理論得出等離子的物理參量。無論是在太空環(huán)境還是實(shí)驗(yàn)室的模擬環(huán)境中，朗繆爾探針均可以就位測量等離子體的電子密度(N_e)、電子溫度(T_e)等特性參量。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，探針表面容易被水汽和各種氣體分子吸附，造成污染，影響診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。污染后的探針直接表現(xiàn)是正向掃描曲線和反向掃描曲線存在一定的遲滯性，從而影響診斷出的等離子體參數(shù)。據(jù)實(shí)驗(yàn)表明，探針暴露在大氣環(huán)境中，在數(shù)秒甚至一秒內(nèi)的時(shí)間就可以被水汽和氣體分子污染，表現(xiàn)出明顯的遲滯效應(yīng)。用于探空火箭和衛(wèi)星上的朗繆爾探針在安裝完成到發(fā)射之間大概率會(huì)被大氣污染，因此在軌除污染裝置對(duì)于朗繆爾探針診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性具有重要意義。目前，在軌除污染裝置多采用在探針施加高壓的方式來吸引周圍的帶電粒子轟擊探針，但這種方式需要復(fù)雜的升壓裝置和大量的電能消耗，而且轟擊效果還受所處的等離子體密度的影響，不能保證每次轟擊效果一致。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本公開提供了一種在軌除污朗繆爾探針、系統(tǒng)及方法，采用低壓加熱的方式除污染，安全可靠，耗能低，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了探針溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本公開采用如下技術(shù)方案：

本公開第一方面提供了一種在軌除污朗繆爾探針。

一種在軌除污朗繆爾探針，包括：收集電極、絕緣層、保護(hù)電極、加熱元件和外殼；

收集電極的第一端裸露，收集電極的中部外側(cè)包覆有絕緣層，絕緣層外側(cè)包覆有保護(hù)電極，收集電極的第二端位于外殼內(nèi)，且收集電極的第二端與加熱元件纏繞接觸。

進(jìn)一步的，所述加熱元件為鉑絲，鉑絲纏繞在收集電極的第二端。

本公開第二方面提供了一種朗繆爾探針在軌除污系統(tǒng)。

一種朗繆爾探針在軌除污系統(tǒng)，用于本公開第一方面所述的在軌除污朗繆爾探針，加熱元件與壓控恒流源電路連接，壓控恒流源電路與處理器連接。

進(jìn)一步的，處理器的信號(hào)輸出端口與磁保持繼電器連接，磁保持繼電器與穩(wěn)流電路連接，穩(wěn)流電路的一端與加熱元件連接，穩(wěn)流電路的另一端與電壓跟隨器連接，電壓跟隨器與差分放大電路連接，差分放大電路與處理器的模數(shù)轉(zhuǎn)換接口連接，處理器的數(shù)模轉(zhuǎn)換接口與穩(wěn)流電路連接。