一种应用于高温高速等离子体内部磁场分布测量的耐高温磁场探针制造技术

本发明专利技术属于等离子体检测技术领域，公开了一种应用于高温高速等离子体内部磁场分布测量的耐高温磁场探针。磁场探针，用于接收空间磁场信号及高温高速等离子体内部磁场信号；支撑固定座，用于固定磁场探针的陶瓷介质及同轴接头的安装固定，保护磁场探针免受高速流动的等离子体的冲击破坏；同轴接头，用于向磁场探针传输信号。本发明专利技术解决了常规探针不能适应高温的问题，探针为共面波导形式，并且探针被耐高温陶瓷材料包覆，使得探针具有耐高温性能。探针采用双环结构，解决了单环不平衡结构造成的测量结果不对称的问题，并且展宽了频带范围。同时由于磁场探针是蚀刻在介电常数为4.2的介质基板上的，缩小为传统探针尺寸的

A high temperature resistant magnetic field probe for measuring the internal magnetic field distribution of high temperature and high speed plasma

【技术实现步骤摘要】
一种应用于高温高速等离子体内部磁场分布测量的耐高温磁场探针
本专利技术属于等离子体检测
，尤其涉及高温高速等离子体内部的磁场测量技术。
技术介绍
目前，最接近的现有技术主要有以下几种：1)简单的同轴结构，即通过将刚性同轴电缆的外导体剥离，内导体连接一个金属环，从而可接收磁场信号；2)Osofsky构建的探针由两个环组成，其形状为磁四极，分别用于26.5-40GHz(1989年)以及0.1-0.3GHz(1992年)，但是，这种探针的应用范围非常局限。3)1995年，YingjieGao和IngoWolff设计了一种新型的方形磁场探头。该磁场探头可用于平面高频电路中的磁场分布测量，首先在3×20mmRTDuorid衬底(εr＝2.2,h＝0.5mm)上蚀刻探针和短传输线，然后将该基片在探头和传输线之间弯曲90°，以测量磁场Z分量。传输线连接到半刚性同轴电缆，然后通过SMA转接头连接到网络分析仪。这种探头采用薄膜技术加工而成，具有制作成本低，工作性能稳定等优点，非常适用于工业应用，但不适合高温高速等离子体的诊断。4)1998年，YingjieGao和IngoWolff又开发了用于测量电场X和Y分量的电偶极子探针。它的头部为一个电偶极子，尾部为一段共面波导传输线。这种结构被蚀刻在1.38mm×7.0mm的陶瓷基片上。偶极臂长100μm，偶极子宽20μm。共面传输线的特性阻抗为50Ω，连接到一个50Ω的半刚性同轴电缆上。为了避免传输线感应场，传输线的中心导体采用不导电胶进行隔离，两个接地层与银胶粘合在一起，使探头信号对称传输。为了确定电子系统辐射的电磁场，2006年D.Baudry,A.Louis,andB.Mazari在IRSEEM(电子嵌入式系统研究所)内开发了一套完全自动的近场探针扫描测量系统。此种探针可适用于高温介质，但无法适用于高速流动的等离子体。综合以上对磁场探针的研究成果，以往各探针均无法适用于高温高速等离子体流中的诊断，现有技术存在的问题是：磁场探针需要承受短时间(约1秒)的3000K的高温工作，并且可承受约1马赫的等离子体流的冲击。解决上述技术问题的难度：1)磁场探针需要承受短时间(约1秒)的3000K的高温工作；2)可承受约1马赫的等离子体流的冲击，结构强度需要好。解决上述技术问题的意义：可对高温高速等离子体内部进行磁场测量，从而对高温高速等离子体进行详细的诊断和测量。对研究高温等离子体与电磁场的相互作用具有十分重要的意义。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种应用于高温高速等离子体内部磁场分布测量的耐高温磁场探针。本专利技术是这样实现的，一种耐高温磁场探针，所述耐高温磁场探针设置有：磁场探针，用于接收空间磁场信号；支撑固定座，用于固定磁场探针的陶瓷介质及同轴接头的安装固定，保护磁场探针免受高速流动的等离子体的冲击破坏；同轴接头，用于向磁场探针传输信号。进一步，所述磁场探针包括探针、探针地、连接线、过渡段、过渡段地、耐高温陶瓷介质；探针和过渡段是相互连通，探针地和过渡段地相互连通的；通过增加连接线形成两个磁场环；磁场探针采用共面波导形式，探针为共面波导的内导体，探针地为共面波导的外导体；在探针和同轴接头之间增加180mm的过渡段；耐高温陶瓷介质分为两层板，探针、探针地、连接线、过渡段和过渡段地蚀刻在一层介质板的一侧；两层介质板将含有蚀刻探针等覆铜夹在中间。进一步，所述耐高温陶瓷介质相对介电常数ε为4.2、单层介质板厚度H为1mm，陶瓷介质承受温度＜1500℃，因而可承受短时间3000K的高温。进一步，所述支撑固定座由固定腔体和安装法兰组成。进一步，所述同轴接头由同轴内导体、同轴外导体和同轴法兰组成；同轴接头的同轴法兰用螺钉紧固在安装法兰上，并且同轴内导体和同轴外导体分别与过渡段和过渡段地焊接。本专利技术的另一目的在于提供一种应用所述耐高温磁场探针的高温高速等离子体内部测量系统。本专利技术的另一目的在于提供一种安装有所述高温高速等离子体内部测量系统的航天器。综上所述，本专利技术的优点及积极效果为：本专利技术提供了一种应用于高温高速等离子体内部磁场分布测量的耐高温磁场探针，解决了常规探针不能适应高温的问题，探针为共面波导(CoplanarWaveguide,CPW)形式，并且探针被耐高温陶瓷材料包覆，使得探针具有耐高温性能。探针采用双环结构解决了不平衡结构造成的测量结果不对称的问题，同时展宽了近1倍的频带范围。由于磁场探针是蚀刻在介电常数εr为4.2的介质基板上的，根据介质线长的缩小理论，尺寸缩小为传统探针尺寸的倍，从而提高了探针接收灵敏度。本专利技术的磁场探针用于接收磁场信息，磁场探针为一个磁场环。磁场探针为环状结构，通过测量流入环状结构的磁场通量接收磁场信息。本专利技术使用共面波导形式改进传统同轴探针，并将共面波导蚀刻在耐高温陶瓷基板的一面，与此同时用另一块相同尺寸的陶瓷基板将同轴探针夹在中间，并采用特殊的耐高温压接工艺，将两层陶瓷基板粘接成一体，既增强了单层陶瓷基板的结构强度，更避免了磁场探针与高温等离子体的直接接触，从而也避免了等离子体被污染的可能。传统磁场探针是仅有一个环结构，本磁场探针通过增加了一段连接线，形成了两个环，提高了磁场探针的灵敏度。由于等离子区域尺寸较大，而为探针传输信号的同轴接头无法耐受上千摄氏度的高温，此处在同轴接头和磁场探针中间增加了一段过渡段，使得探针处于等离子的核心位置，对等离子体进行诊断，而同轴接头可处于等离子体外部，避免了等离子体的高温损坏。同时高温等离子体具有很快的流动速度，如果单独将探针放置在等离子中，会有被折断的可能。因而在探针外部增加了支撑固定座，既保护了探针，同时也为同轴接头提供了固定的位置。附图说明图1是本专利技术实施例提供的耐高温磁场探针的结构示意图；图中：(a)耐高温磁场探针整体结构沿yoz面示意图；(b)耐高温磁场探针整体结构沿xoz面示意图；(c)耐高温磁场探针前端部分沿yoz面示意图；(d)耐高温磁场探针前端部分沿yoz面放大示意图；(e)耐高温磁场探针前端部分沿xoz面示意图；(f)耐高温磁场探针同轴接头部分沿yoz面示意图；(g)耐高温磁场探针同轴接头部分沿xoz面示意图；图2是本专利技术实施例提供的耐高温磁场探针的整体结构示意图；图中：(a)耐高温磁场探针整体尺寸沿yoz面标注图；(b)耐高温磁场探针前端部分尺寸沿yoz面标注图；(c)耐高温磁场探针前端部分尺寸沿xoz面标注图；(d)耐高温磁场探针过渡段末端尺寸沿yoz面标注图。图3是本专利技术实施例提供的耐高温磁场探针与传统探针对比示意图；图中：(a)耐高温改进型探针与传统探针(未加连接线1-3)反射系数仿真结果图；(b)磁场探针隔离度仿真结果；(c)磁场环形结构的法向沿Y方向的磁场归一化分布结果；(d)磁场环形结构的法向沿Z方向的磁场归一化分布结果。图4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于高温高速等离子体内部磁场分布测量的耐高温磁场探针，其特征在于，所述耐高温磁场探针设置有：/n磁场探针，用于接收空间磁场信号；所述磁场探针包括探针、探针地、连接线、过渡段、过渡段地、耐高温陶瓷介质；/n探针和过渡段是相互连通，探针地和过渡段地相互连通的；/n磁场探针采用共面波导形式，探针为共面波导的内导体，探针地为共面波导的外导体；在探针和同轴接头之间增加180mm的过渡段；/n耐高温陶瓷介质包括两层板，探针、探针地、连接线、过渡段和过渡段地蚀刻在其中一层介质板的一侧；两层介质板将含有蚀刻探针的覆铜夹在中间；/n支撑固定座，用于固定磁场探针的陶瓷介质及同轴接头的安装固定，保护磁场探针免受高速流动的等离子体的冲击破坏；/n同轴接头，用于向磁场探针传输信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种应用于高温高速等离子体内部磁场分布测量的耐高温磁场探针，其特征在于，所述耐高温磁场探针设置有：
磁场探针，用于接收空间磁场信号；所述磁场探针包括探针、探针地、连接线、过渡段、过渡段地、耐高温陶瓷介质；
探针和过渡段是相互连通，探针地和过渡段地相互连通的；
磁场探针采用共面波导形式，探针为共面波导的内导体，探针地为共面波导的外导体；在探针和同轴接头之间增加180mm的过渡段；
耐高温陶瓷介质包括两层板，探针、探针地、连接线、过渡段和过渡段地蚀刻在其中一层介质板的一侧；两层介质板将含有蚀刻探针的覆铜夹在中间；
支撑固定座，用于固定磁场探针的陶瓷介质及同轴接头的安装固定，保护磁场探针免受高速流动的等离子体的冲击破坏；
同轴接头，用于向磁场探针传输信号。

【专利技术属性】
技术研发人员：李小平，赵成伟，刘彦明，孙超，刘东林，韩明智，窦超，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61