一种推力器离子束流中心线激光定位装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种推力器离子束流中心线激光定位装置和方法，其将激光头、准直管、水平仪、水平调整螺钉、开关和电池等基本模块集成在夹具上，通过激光头产生的高亮度、单色性好的定向性激光束，利用该定向性激光束与推力器离子光学系统中心线、离子束流中心线重合的特点，对置于离子束流环境中的测量探针进行精确定位，有效克服了法拉第探针、E×B探针在测量推力器束流特性方面定位不准的问题。而且，这种方法简单易行，成本低廉，适用于各种推力器推力矢量偏角测量、束流发散角测量、羽流中双荷离子比测量过程中对法拉第探针和E×B探针的精确定位。

A laser positioning device and method for the center line of the thruster ion beam flow

The invention discloses a thruster ion beam center line laser positioning device and method, the laser head, basic module straight, level meter, level adjustment screw, a switch and a battery integrated in the fixture, produced by the laser head of high brightness, good monochromaticity of the orientation of the laser beam, the characteristics of the the orientation of the laser beam and the ion thruster optics system of ion beam, the center line center line, accurate positioning of the measuring probe in the ion beam environment, effectively overcome the Faraday probe, E * B probe in measuring thruster beam characteristics of the problem of inaccuracy. Moreover, this method is simple and cheap, and it is suitable for precise location of Faraday probe and E * B probe in measuring thrust vector declination, divergence angle measurement and measurement of dual ion ratio in plume.

【技术实现步骤摘要】
一种推力器离子束流中心线激光定位装置和方法
本专利技术涉及一种推力器离子束流中心线激光定位装置，特别是一种用于各种推力器推力矢量偏角测量、束流发散角测量、羽流中双荷离子比测量过程中对法拉第探针和E×B探针或微小推力测量传感器的精确定位领域。
技术介绍
推力器是利用电能加热、离解和加速工质，使其形成高速射流而产生推力的推进系统，推力器技术因其高比冲、便携带、清洁等特点已广泛应用于卫星位置保持、姿态控制、轨道转移，成为提升卫星平台有效载荷、延长卫星工作寿命的最有效手段之一。推力器在应用型号产品前需要对束流特性进行测量，以期对推力器性能设进行评估，如利用法拉第探针对其束流等离子体发射角、推力矢量偏角进行测量，利用E×B探针对束流中的Xe+/Xe+2比进行测量，这些探针测量的基本前提是要保证探针离子收集盘(孔)的中心位置要在推力器束流中心线上。通常的定位方法是使用目测方法或机械杆对探针位置进行粗略校准，方法繁琐，不易操作。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种推力器离子束流中心线激光定位装置和方法，能够对探针位置进行精确校准，方法简单，重复性强，容易操作，有效克服了法拉第探针、E×B探针在测量推力器束流特性方面定位不准的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术是这样实现的：一种推力器离子束流中心线激光定位装置，包括夹具、准直管、激光头、水平仪、三个调整螺钉、开关和电池；夹具采用空心圆柱体结构，空心圆柱体一端开口，另一端封闭；开口端套在推力器束流出口处的圆柱形外壳上，封闭端外表面圆的几何中心为O点，水平方向为X轴，竖直方向为Y轴，XOY平面法线方向为Z轴；夹具的O点开孔，连接准直管，准直管中心轴线与Z轴线重合；激光头以紧配合方式镶嵌在准直管内；调整螺钉位于夹具圆柱面A、B、C位置，用于调整夹具XOY平面与推力器离子出口平面保持平行，同时将夹具固定在推力器圆柱形外壳上；其中，位置A位于Y方向的夹具圆柱上，位置B、位置C分别位于-Y方向两侧对称位置的夹具圆柱面上；水平仪安装在夹具外表面便于观察的位置；开关安装在准直管旁边，开关连接激光头和电池。优选地，夹具的空心圆柱体内径与推力器束流出口处的圆柱形外壳直径之间按正公差设计，正公差范围0.1mm～0.5mm。优选地，以OY轴为0°位置，A、B、C三个位置的调整螺钉分别安装在夹具圆柱面0°、135°、225°位置处；螺钉采用聚四氟乙烯加工，垂直于圆柱面安装。优选地，水平仪选择“10mm×10mm×29mm”微型商用水泡水平仪，安装在A位置调整螺钉的正前方3mm圆柱面上。优选地，激光头发射的激光为可见光范围，激光管功耗小于5mW；工作电压为2.5V～5V；激光头采用一字线镜或十字线镜的准直镜，激光头的激光束斑大小根据实际需要进行调节，要求1m远处激光束斑直径不大于2mm。优选地，开关采用微型按钮开关，直径小于10mm，长度小于10mm；开关安装准直管正下方30mm处，开关的按钮露出在夹具封闭端外表面，接线柱嵌入夹具封闭端内表面以下。优选地，该装置进一步包括SM公插头和SM母插头；激光头与开关、电池之间采用SM公插头、母插头连接，激光头正极线经开关后接SM公插头正极，激光头负极线接SM公插头负极，电池正极接SM母插头正极，电池负极接SM母插头负极，最后将SM共公插头与SM母插头接在一起，形成完整电路；电池采用纽扣电池，通过电池底座安装在夹具封闭端内表面。优选地，夹具的封闭为圆锥面，准直管安装在圆锥面顶角处，准直管中心轴线与夹具空心圆柱的中心轴线、空心圆锥体中心轴线重合；空心圆锥底面与空心圆柱体上底重合，锥面底角在0～30°。优选地，准直管采用变孔径设计，以适应不同外径的激光头。本专利技术还提供了一种推力器离子束流中心线激光定位方法，采用上述所述的任意一种推力器离子束流中心线激光定位装置，包括如下步骤：第一步，将激光头、开关、电池安装在夹具上，并进行连接；第二步，将夹具空心圆柱体套装在推力器束流出口处的圆柱形外壳上；第三步，分别将水平仪沿X方向和Z方向放置，在每个放置位置上，调节A、B、C位置上的调整螺钉，使水平仪的水泡处于中间位置，保证X轴和Z轴方向水平；第四步，按下开关按钮，激光头发射激光线，在推力器束流出口平面前面束流区的检测设备上形成激光束斑；第五步，移动检测设备，让检测设备的离子收集盘中心对准激光束斑，并记录检测设备坐标值，该坐标值即为检测设备的初始参考坐标，检测设备的后续移动位置根据初始参考坐标确定；第六步，定位完毕，按下开关按钮，关闭激光头。有益效果：(1)本专利技术将激光头、准直管、水平仪、水平调整螺钉、开关和电池等基本模块集成在夹具上，通过激光头产生的高亮度、单色性好的定向性激光束确定推力器离子束中心线，有效克服了法拉第探针、E×B探针等检测设备在测量推力器束流特性方面定位不准的问题，极大提高定位准确性，保证测量结果的一致性。(2)本专利技术采用微型商用激光头、微型商用开关及纽扣电池，并将其集成在圆柱型夹具上，使得整个定位装置具有操作简便、成本低，定位准确的特点。(3)本专利技术安装激光头的准直管采用阶梯型变孔径设计，无需加工另外工装，即可以满足不同外径的激光头的安装需求。(4)本专利技术采用水平调整螺钉和微小水平仪，能够实现夹具的水平调节。(5)本专利技术采用锂电池供电、电池与激光头之间用公母接插件连接，节省空间，同时增强了供电的可靠性。附图说明图1为本专利技术推力器离子束流中心线激光定位装置的结构图。图2为本专利技术定位实例示意图。其中，1-夹具、2-准直管、3-激光头、4-开关、5-电池底座、6-电池、7-母插头、8-公插头、9-调整螺钉、10-水平仪、11-推力器、12-等离子体束流区、13-激光束、14-E×B探针、15-E×B探针离子准直孔。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。本专利技术公开的一种推力器离子束流中心线激光定位方案，该方案将激光头、准直管、水平仪、调整螺钉、开关和电池等基本模块集成在夹具上，通过激光头产生的高亮度、单色性好的定向性激光束，利用该定向性激光束与推力器离子光学系统中心线、离子束流中心线重合的特点，对置于离子束流环境中的测量探针进行精确定位，有效克服了法拉第探针、E×B探针在测量推力器束流特性方面定位不准的问题。而且，这种方法简单易行，成本低廉，适用于各种推力器推力矢量偏角测量、束流发散角测量、羽流中双荷离子比测量过程中对法拉第探针和E×B探针的精确定位。图1为本专利技术推力器离子束流中心线激光定位装置的结构图。如图1所示，该装置主要包括夹具1、准直管2、激光头3、水平仪10、三个调整螺钉9、开关4、电池6、公插头8、母插头7、电池底座5。夹具是连接激光头与推力器的配适器，采用空心圆柱体结构，空心圆柱体一端开口，另一端封闭，开口端套在推力器束流出口处的圆柱形外壳上。夹具的空心圆柱体内径与推力器束流出口处的圆柱形外壳直径之间按正公差设计，正公差范围0.1mm～0.5mm，夹具空心圆柱体部分的内径典型值为100mm、200mm、300mm、400mm。设夹具封闭端外表面圆的几何中心为O点，水平方向为X轴，竖直方向为Y轴，XOY平面法线方向为Z轴。夹具的O点开孔，连接准直管，准直管中心轴线与Z轴线重合，用于固定激光头。激光头以紧配合方式镶嵌在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种推力器离子束流中心线激光定位装置，其特征在于，包括夹具(1)、准直管(2)、激光头(3)、水平仪(10)、三个调整螺钉(9)、开关(4)和电池(6)；夹具采用空心圆柱体结构，空心圆柱体一端开口，另一端封闭；开口端套在推力器束流出口处的圆柱形外壳上，封闭端外表面圆的几何中心为O点，水平方向为X轴，竖直方向为Y轴，XOY平面法线方向为Z轴；夹具的O点开孔，连接准直管，准直管中心轴线与Z轴线重合；激光头以紧配合方式镶嵌在准直管内；调整螺钉位于夹具圆柱面A、B、C位置，用于调整夹具XOY平面与推力器离子出口平面保持平行，同时将夹具固定在推力器圆柱形外壳上；其中，位置A位于Y方向的夹具圆柱上，位置B、位置C分别位于‑Y方向两侧对称位置的夹具圆柱面上；水平仪安装在夹具外表面便于观察的位置；开关安装在准直管旁边，开关连接激光头和电池。

【技术特征摘要】
1.一种推力器离子束流中心线激光定位装置，其特征在于，包括夹具(1)、准直管(2)、激光头(3)、水平仪(10)、三个调整螺钉(9)、开关(4)和电池(6)；夹具采用空心圆柱体结构，空心圆柱体一端开口，另一端封闭；开口端套在推力器束流出口处的圆柱形外壳上，封闭端外表面圆的几何中心为O点，水平方向为X轴，竖直方向为Y轴，XOY平面法线方向为Z轴；夹具的O点开孔，连接准直管，准直管中心轴线与Z轴线重合；激光头以紧配合方式镶嵌在准直管内；调整螺钉位于夹具圆柱面A、B、C位置，用于调整夹具XOY平面与推力器离子出口平面保持平行，同时将夹具固定在推力器圆柱形外壳上；其中，位置A位于Y方向的夹具圆柱上，位置B、位置C分别位于-Y方向两侧对称位置的夹具圆柱面上；水平仪安装在夹具外表面便于观察的位置；开关安装在准直管旁边，开关连接激光头和电池。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，夹具(1)的空心圆柱体内径与推力器束流出口处的圆柱形外壳直径之间按正公差设计，正公差范围0.1mm～0.5mm。3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，以OY轴为0°位置，A、B、C三个位置的调整螺钉分别安装在夹具圆柱面0°、135°、225°位置处；螺钉采用聚四氟乙烯加工，垂直于圆柱面安装。4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，水平仪选择“10mm×10mm×29mm”微型商用水泡水平仪，安装在A位置调整螺钉的正前方3mm圆柱面上。5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，激光头发射的激光为可见光范围，激光管功耗小于5mW；工作电压为2.5V～5V；激光头采用一字线镜或十字线镜的准直镜，激光头的激光束斑大小根据实际需要进行调节，要求1m远处激光束斑直径不大于2mm。6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，开关采用微型...

【专利技术属性】
技术研发人员：田恺，史楷，杨俊泰，马彦坤，王蒙，郑茂繁，高俊，陈焘，田东鹏，马昕，徐金灵，柏树，
申请(专利权)人：兰州空间技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃,62