基于电场偏转的电推进羽流沉积效应的测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于电场偏转的电推进羽流沉积效应测量装置，包括QCM污染测量传感器，正负极板，QCM安装支架和前挡板以及左右挡板，其中正极板和负极板分别通过绝缘垫和四个支撑挡板连接形成封闭的测量室，其中，QCM污染测量传感器设置在QCM安装支架上，正负极板分布在测量室上下，前挡板中间设置有测量限制孔，该孔大小需要通过QCM测量有效面积和被测推力器视野连线与前挡板的交点确定，负极板为主要承担带电粒子偏转轰击的侧板，其内表面添加石墨片。本发明专利技术可有效过滤到返流的CEX离子对测试基材的溅射作用，且采用磁偏转不会增加CEX的能量，同时在右侧支板安装石墨防溅射材料，大大减小二次溅射对污染测量的影响。

Measuring Device for Deposition Effect of Electric Propulsion Plume Based on Electric Field Deflection

The invention discloses an electric propulsion plume deposition effect measuring device based on electric field deflection, which includes QCM pollution measuring sensor, positive and negative plates, QCM mounting bracket, front baffle and left and right baffles. The positive and negative plates are connected by an insulating pad and four supporting baffles respectively to form a closed measuring room, in which QCM is used. Pollution measurement sensor is installed on QCM mounting bracket, positive and negative plates are distributed on the top and bottom of the measuring chamber, and measurement restriction holes are arranged in the middle of the front baffle. The size of the holes needs to be determined by the effective area measured by QCM and the intersection point between the visual field connection of the thruster and the front baffle. The negative plates are the side plates mainly responsible for deflection bombardment of charged particles. Graphite sheets are added to the inner surface. The invention can effectively filter the sputtering effect of the reflux CEX ion on the test substrate, and the magnetic deflection will not increase the energy of CEX. At the same time, the graphite anti-sputtering material is installed on the right support plate, which greatly reduces the influence of secondary sputtering on the pollution measurement.

【技术实现步骤摘要】
基于电场偏转的电推进羽流沉积效应的测量装置
本专利技术涉及一种基于电场偏转的电推进羽流沉积效应的测量装置，属于电推进羽流污染效应测量
，具体涉及一种测量电推进羽流沉积污染分布的实验测量装置。
技术介绍
电推进羽流会对航天器造成力、热、溅射、沉积污染、充放电等效应。其中沉积污染效应主要指电推力器本身的溅射产物(离子推力器的栅极Mo，霍尔推力器的放电通道BN)沉积到太阳电池片、光学镜头等光学仪器上从而导致的太阳功率下降、镜头模糊等一系列的问题。有研究表明，仅仅几艾米的沉积厚度，就会对太阳电池的功率造成严重的影响，降幅可达50％之多。然而，电推进的沉积污染效应还不同于化学推进，化学推进的沉积污染物多见为气相沉积和液相沉积，这些污染物有的在阳光的照射下会挥发，而电推进的沉积污染物如离子推力器的Mo元素、霍尔推力器的B元素则是固态沉积，一般不会挥发。因此电推力器沉积污染的研究对航天器的设计及技术评估有重要的意义。目前，对电推力器的沉积污染的仿真研究还不成熟，在目前常用的电推力器羽流输运算法PIC-DSMC算法中沉积污染的初始分布还是采用简单的余弦分布代替的。因此采用实验方法得到沉积污染物的分布规律是研究电推进羽流污染的一个关键问题。然而，国内外对污染分布的测量一般都是采用添加套筒的方式来屏蔽干扰污染物对实验结果的影响，但是套筒并不能对来流的高速离子产生影响，并且该部分的高速离子还会对测试基材(玻璃片或QCM等)及其上面沉积的污染物造成溅射，严重影响实验结果的正确性。因此需要一种过滤掉带电离子(主要是交换电荷CEX离子)对测试基材溅射的实验技术及实验方法。本专利技术就是针对电推进污染分布的测量提供了一种电推进羽流沉积污染分布的实验测量装置。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了一种电推进羽流沉积污染分布的测量装置。该测量装置可以有效过滤到返流的CEX离子对测试基材的溅射作用，而对中性的可凝沉积物没有影响，因此可以更精确的测量电推进羽流污染的分布规律。本专利技术的基于电场偏转的电推进羽流沉积效应测量装置，包括QCM污染测量传感器，平行相对设置的正极板和负极板，平行相对设置的QCM安装支架和前挡板，以及平行相对设置的左挡板和右挡板，其中正极板和负极板分别通过绝缘垫和前后左右四个支撑挡板连接形成封闭的测量室，其中，QCM污染测量传感器设置在QCM安装支架上，正极板和负极板分布在测量室上下，所述前挡板中间设置有测量限制孔，该孔大小需要通过QCM测量有效面积和被测推力器视野连线与前挡板的交点确定，保证测量限制孔通过推力器来流的沉积污染物，同时阻挡其他方向来的干扰物；负极板为主要承担带电粒子偏转轰击的侧板，其内表面添加石墨片，且QCM安装支架的侧板内壁也设置石墨片防止部分沉积污染。其中，所述正极板和负极板的中间安装有电极接线端子用于连接导线，施加电场。其中，石墨片采用螺纹固定方式设置在支架上。其中，中性的可凝沉积物自由地穿过磁场区域到达QCM测量表面，因此在有效过滤CEX离子的同时，而不影响中性可凝沉积物的测量。本专利技术的基于电场偏转的电推进羽流沉积效应的测量装置，通过对测量沉积效应的QCM前端添加偏转电场装置，可以有效过滤到返流的CEX离子对测试基材的溅射作用，同时对中性的可凝沉积物没有影响，具有较为精确测量电推进羽流沉积污染效应空间分布的优点，且通过在QCM安装支板和负极板处采用螺纹固定石墨片方式安装防溅射层，大大减小二次溅射对污染测量的影响，此外，本专利技术具有系统搭建简单，不需要昂贵的复杂设备，相对经济的优点。附图说明图1为本专利技术的基于电场偏转的电推进羽流沉积效应的测量装置整体结构示意图；图2为本专利技术的基于电场偏转的电推进羽流沉积效应的测量装置的工作过程示意图；图中：101正极板；102负极板；102a石墨层；103QCM安装支架；103a石墨层；104前挡板；104a测量限制孔；105左挡板；106右挡板；201电极接线柱；301QCM；401绝缘垫。具体实施方式下面结合附图来对本专利技术的具体实施方式进行进一步地说明，这些具体实施方式仅仅是示例性的，并不旨在对本专利技术的保护范围进行任何限制。本专利技术基于电场偏转的电推进羽流沉积效应测量装置，包括正极板101、负极板102、QCM安装支架103、前挡板104、左侧支板105、右侧支板106、电极接线柱201、QCM301、绝缘垫401组成，如图1所示。其中QCM301为污染测量的主要传感器，安装在支架103上，正负极板101和102分别通过绝缘垫401和前后左右四个支撑挡板连接形成封闭的测量室。所述正负极板101和102中间安装有电极接线端子201用于连接导线，施加电场，负极板102和QCM安装支架103分别安装有石墨层102a和103a。102a和103a可以采用石墨片螺纹固定方式安装在支架上，相对经济简单，易于更换。如图2所示，带电粒子通过104a后，在电场的作用下向负极板102偏转，轰击在102上，部分轰击在103上。对于CEX离子而言(其能量取决于空间电位，一般在5ˉ20eV)，对于较高能量的20eV的CEX粒子而言其偏转距离可以根据以下计算得到：CEX水平飞行速度：其中，q为单位电荷量e，U为电压(对于20eV的CEX该值为20V)，m为粒子质量，飞过电场区域的时间为：t＝s/v(2)s为cex的飞行水平长度，也是电极板的长度(参考值为20cm)。如果两个电极之间的距离为d(参考值为10cm)，两个电极施加的电压为U加，则两极板电场可近似为：则粒子飞行过程中偏转的距离L为：有上面公式可得要实现偏转距离大于两极板间距的一半即：则施加的电压：施加的电压并不是越大越好，电压越大会使CEX的能量变大，CEX轰击电极上会造成溅射作用，一方面影响其使用寿命，另一方面会溅射出干扰粒子造成二次沉积，因此U加尽量小，综上所述U加取等号时将参考数据(U＝20V，d＝0.1m，s＝0.2m)带入计算得到：由于石墨溅射阈值比较高(ˉ100eV)，CEX粒子经过加速之后能量也就ˉ30eV，其一般不会对石墨产生溅射作用，另外整个装置接地处理，避免电荷积累。与此同时，中性的可凝沉积物可以自由的穿过电场区域到达QCM测量表面，因此该装置可以有效过滤CEX离子，而不影响中性可凝沉积物的测量。所述前挡板104中间有测量限制孔104a，该孔大小需要通过QCM测量有效面积和被测推力器视野连线与前挡板104的交点确定；保证104a可以通过推力器来流的沉积污染物。本具体实施例仅仅是对本专利技术的解释，其并不是对本专利技术的限制，相关技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本专利技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于电场偏转的电推进羽流沉积效应测量装置，包括QCM污染测量传感器，平行相对设置的正极板和负极板，平行相对设置的QCM安装支架和前挡板，以及平行相对设置的左挡板和右挡板，其中正极板和负极板分别通过绝缘垫和前后左右四个支撑挡板连接形成封闭的测量室，其中，QCM污染测量传感器设置在QCM安装支架上，正极板和负极板分布在测量室上下，所述前挡板中间设置有测量限制孔，该孔大小需要通过QCM测量有效面积和被测推力器视野连线与前挡板的交点确定，保证测量限制孔通过推力器来流的沉积污染物，同时阻挡其他方向来的干扰物；负极板为主要承担带电粒子偏转轰击的侧板，其内表面添加石墨片，且QCM安装支架的侧板内壁也设置石墨片防止部分沉积污染。

【技术特征摘要】
1.基于电场偏转的电推进羽流沉积效应测量装置，包括QCM污染测量传感器，平行相对设置的正极板和负极板，平行相对设置的QCM安装支架和前挡板，以及平行相对设置的左挡板和右挡板，其中正极板和负极板分别通过绝缘垫和前后左右四个支撑挡板连接形成封闭的测量室，其中，QCM污染测量传感器设置在QCM安装支架上，正极板和负极板分布在测量室上下，所述前挡板中间设置有测量限制孔，该孔大小需要通过QCM测量有效面积和被测推力器视野连线与前挡板的交点确定，保证测量限制孔通过推力器来流的沉积污染物，同时阻挡其他方向来的干扰物；负极板为主要承担带电粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：商圣飞，向树红，姜利祥，孙继鹏，韩然，夏彦，欧学东，杨艳静，
申请(专利权)人：北京卫星环境工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11