本发明专利技术提供了一种多功能探针及真空羽流检测装置，涉及真空羽流参数检测技术领域，本发明专利技术提供的多功能探针包括第一收集模块、第二收集模块以及与第一收集模块连接的限位组件；第一收集模块具有用于收集流场离子的发射灯丝；第二收集模块套设于第一收集模块外部，且其两端面分别与第一收集模块和限位组件相抵，第二收集模块具有用于收集流场离子的带状收集面。本发明专利技术提供的多功能探针中，带状探针保证其收集离子主要为CEX离子，同时可根据发射灯丝提供的空间电势在带状探针的伏安特性曲线上寻找对应的电流，实现空间电势高精度诊断及互相校正的功能，提高测量精度。
Multifunctional probe and vacuum plume detection device
【技术实现步骤摘要】
多功能探针及真空羽流检测装置
本专利技术涉及真空羽流参数检测
，尤其是涉及一种多功能探针及真空羽流检测装置。
技术介绍
离子推力器、霍尔推力器等电推力器因其比冲高、寿命长和系统质量较小等优点而广泛应用于航天器的姿态和轨道控制。准确获取电推力器真空羽流参数对于评估电推力器和航天器性能是至关重要的。电推力器真空羽流是等离子体，电子温度和电子数密度是等离子羽流流场的基本参数，获取电子温度和电子数密度是研究等离子体性质的重要前提。朗缪尔探针是最常用的等离子体诊断方法。该探针结构简单、易于实现，且所提供的信息量丰富，能够提供电子温度和电子数密度等基本参数信息。朗缪尔探针的形状有圆柱形、球形和平面形，其中圆柱形探针获得信息多，常用于测量电子密度；而平面形探针容易控制等离子体流速影响，收集面积固定，故常用于测量电子温度。等离子体特性的测试也可以采用发射探针，这种探针可用于在各种条件下进行测量，且非常适合于从稳态到振荡、从扩散到稠密、从冷到热的电推进等离子体。其中，浮动发射探针可直接测量等离子体势而不需要进行电压扫描。该探针由固定于氧化铝绝缘管上的钨丝环组成，通过给钨丝加电流使其达到热电子发射点，发射电子中和探针周围鞘使得探针浮于局域等离子体势，从而可测量出等离子体基本参数。但是现有朗缪尔圆柱形探针及发射探针存在几个突出的问题。其一，对于朗缪尔圆柱形探针，其尺寸非常小，长度很长，为了避免终端效应，长径比通常为50以上，束流离子不能迅速穿过鞘层，导致圆柱形探针收集的离子中包含大量束流离子和CEX(chargeexchange，电荷交换)离子，束流离子对CEX离子诊断造成干扰，因此限制了其使用条件与范围。此外，如图1和图2所示，图1为朗缪尔探针伏安特性曲线；图2为羽流区第二次试验结果。在图1及图2中可知，由于朗缪尔探针电压越过空间电势后电流曲线继续增长，导致难以确定空间电势对应拐点，使得电子数密度测量和空间电势测量依赖于数据选取，有很大误差，需要通过理论创新和实践创新解决这个问题。其二，发射探针已成为诊断电力推进装置的重要工具。通过发射合适电位的电子，它们可用于在各种条件下进行测量，使它们非常适合于从稳态到振荡、从扩散到稠密、从冷到热的电推进等离子体。必须特别注意空间电荷效应，这使得发射探测器数据比最初看起来更复杂。其三，现有探针往往将探针头和螺母、螺栓、运动电机等连接部件直接连接，存在电接触，使得探针电阻偏大，电阻分压使得探针电压测量不精确，影响了测量精度；其四，现有探针除金属电极外，导线接头、金属螺栓和螺母等暴露在等离子体环境中，会收集电子和离子，对测量结果产生干扰。
技术实现思路
根据上述的缺点和不足，本公开内容的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个。第一方面，本专利技术提供一种多功能探针，包括第一收集模块、第二收集模块以及与所述第一收集模块连接的限位组件；所述第一收集模块具有用于收集流场离子的发射灯丝；所述第二收集模块套设于所述第一收集模块外部，且其两端面分别与所述第一收集模块和所述限位组件相抵，所述第二收集模块具有用于收集流场离子的带状收集面。进一步地，所述第一收集模块包括安装座，所述发射灯丝贯穿所述安装座，且所述发射灯丝弯折设置，所述发射灯丝的弯折端伸出所述安装座用于收集流场离子，所述发射灯丝的末端伸出所述安装座用于与电源连接。进一步地，所述安装座包括支撑组件以及填充层，所述支撑组件具有安装所述发射灯丝的安装通孔，所述填充层填充在所述安装通孔内，以固定所述安装通孔内的发射灯丝。进一步地，所述支撑组件包括护套以及导电套，所述护套形成所述安装通孔，所述导电套套设于所述护套外部，所述第二收集模块套设于所述导电套外部。进一步地，所述护套包括延伸部以及与所述延伸部连接的限位部，所述导电套套设于所述延伸部的外部，所述限位部靠近所述延伸部的端面与所述第二收集模块和所述导电套相抵。进一步地，所述第二收集模块包括套设于所述导电套外部的环形朗缪尔收集极，所述环形朗缪尔收集极的外圆周面为所述带状收集面。进一步地，所述填充层为陶瓷胶。进一步地，所述限位组件包括绝缘套和锁紧件，所述绝缘套套设于所述第一收集模块外部，所述锁紧件与所述第一收集模块连接，以将所述绝缘套压紧在所述第二收集模块的端面。进一步地，所述锁紧件与所述第一收集模块螺纹连接。第二方面，本专利技术还提供一种真空羽流检测装置，包括上述方案所述的多功能探针。本专利技术提供的多功能探针及真空羽流检测装置能产生如下有益效果：在使用上述多功能探针时，第二收集模块套设于第一收集模块的外部，限位组件与第一收集模块分别与第二收集模块的两端面相抵，不仅能够限定第二收集模块的位置，还能够消除第二收集模块的终端效应。实验过程中，电推力器点火喷射等离子体，形成羽流；第一收集模块和第二收集模块与电源连接，第一收集模块的发射灯丝以及第二收集模块上的带状收集面收集流场离子，经采集系统采集第一收集模块和第二收集模块的探针电流和探针两端电压后，形成两组伏安特性曲线；最后根据第一收集模块和第二收集模块分别测得的伏安特性曲线，得到两组电子数密度和电子温度，相互校正后得到电子数密度和电子温度的精确值。本专利技术第一方面提供的多功能探针中，发射灯丝为带状探针提供了空间电势，根据这一空间电势在带状探针的伏安特性曲线上寻找对应的电流，实现空间电势高精度诊断及互相校正的功能，同时带状探针能够使束流离子快速通过鞘层，保证其收集离子主要为CEX离子，实现了束流区CEX离子诊断，拓展了探针的应用范围。相对于现有技术来说，上述多功能探针综合发射探针和带状探针的优点，实现了高精度测量。本专利技术第二方面提供的真空羽流检测装置有本专利技术第一方面提供的多功能探针，从而具有本专利技术第一方面提供的多功能探针所具有的一切有益效果。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为朗缪尔探针伏安特性曲线；图2为羽流区第二次试验结果；图3为本专利技术提供的多功能探针的三维结构示意图；图4为本专利技术提供的多功能探针的爆炸图；图5为本专利技术提供的多功能探针的部分截面示意图。图标：1－第一收集模块；11－发射灯丝；12－安装座；121－护套；1211－延伸部；1212－限位部；122－导电套；13－填充层；2－第二收集模块；3－限位组件；31－绝缘套；32－锁紧件。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多功能探针，其特征在于，包括第一收集模块(1)、第二收集模块(2)以及与所述第一收集模块(1)连接的限位组件(3)；/n所述第一收集模块(1)具有用于收集流场离子的发射灯丝(11)；/n所述第二收集模块(2)套设于所述第一收集模块(1)外部，且其两端面分别与所述第一收集模块(1)和所述限位组件(3)相抵，所述第二收集模块(2)具有用于收集流场离子的带状收集面。/n
【技术特征摘要】
1.一种多功能探针，其特征在于，包括第一收集模块(1)、第二收集模块(2)以及与所述第一收集模块(1)连接的限位组件(3)；
所述第一收集模块(1)具有用于收集流场离子的发射灯丝(11)；
所述第二收集模块(2)套设于所述第一收集模块(1)外部，且其两端面分别与所述第一收集模块(1)和所述限位组件(3)相抵，所述第二收集模块(2)具有用于收集流场离子的带状收集面。
2.根据权利要求1所述的多功能探针，其特征在于，所述第一收集模块(1)包括安装座(12)，所述发射灯丝(11)贯穿所述安装座(12)，且所述发射灯丝(11)弯折设置，所述发射灯丝(11)的弯折端伸出所述安装座(12)用于收集流场离子，所述发射灯丝(11)的末端伸出所述安装座(12)用于与电源连接。
3.根据权利要求2所述的多功能探针，其特征在于，所述安装座(12)包括支撑组件以及填充层(13)，所述支撑组件具有安装所述发射灯丝(11)的安装通孔，所述填充层(13)填充在所述安装通孔内，以固定所述安装通孔内的发射灯丝(11)。
4.根据权利要求3所述的多功能探针，其特征在于，所述支撑组件包括护套(121)以及导电套(122)，所述护套(121)形成所述安装通孔，所述导电套(122)套设于所述护套(121)外部，所述第二收集模...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡国飙，白君香，袁军娅，韩木天，翁惠焱，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。