一种加装了补偿电极的朗缪尔探针及探测方法技术

本发明专利技术提出了一种加装了补偿电极的朗缪尔探针及探测方法，包括收集电极、补偿电极和探针底座；所述补偿电极，为敷盖在探针底座上的金属导电电极，补偿电极的背面引出第二导线；本发明专利技术在传统朗缪尔探针的安装底座上加装一个金属电极，并且在此金属电极上施加一个负偏压，使其吸收空间等离子体中的离子，补偿电子电流，减小因为对电极面积不足而产生的探测数据误差，而且不占用额外的空间，特别适用于搭载微小卫星的空间电离层探测。搭载微小卫星的空间电离层探测。搭载微小卫星的空间电离层探测。

【技术实现步骤摘要】
一种加装了补偿电极的朗缪尔探针及探测方法


[0001]本专利技术属于等离子体科学与
，尤其涉及一种加装了补偿电极的朗缪尔探针及探测方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]电离层是地球大气被太阳辐射部分电离的区域，是最为贴近空间物理应用层面的地球空间区域；电离层的存在形式为等离子态，等离子体是由带正电的离子和带负电的电子构成的宏观呈现中性的流体；电离层的状态变化主要体现在其等离子体密度、温度等物理参量的变化上，因此，电离层等离子体密度和温度探测十分重要。
[0004]朗缪尔探针是由美国化学家朗缪尔专利技术的一种等离子体原位探测装置，由于具有结构简单、结果可靠等优点，已经被广泛运用在电离层等离子体和实验室人工等离子体诊断中；无论是在太空环境还是实验室的模拟环境中，朗缪尔探针均可以就位测量等离子体的电子密度(Ne)、电子温度(Te)等特性参量，但是必须找到相应的导体充当对电极。为了获得相对准确的Ne和Te探测结果，一般要求对电极的面积是探针收集电极面积的1000倍以上；若不能满足此条件，离子电流的饱和会限制电子电流的收集，给I
–
V特性曲线造成形变，从而给等离子体参数的获得造成误差，如图1所示，当对电极面积与收集电极的面积比n＝200时，探针收集电极收集到的饱和电子电流急剧减少，约为正常值的1/8。
[0005]在实验室进行等离子体诊断时，通常在一低气压容器中利用辉光放电等方式激发出人工等离子体，并提前将朗缪尔探针安装在容器内，探针电极通过导线引出容器外，连接到控制电路上；控制电路相对于容器给探针施加一个扫描电压，这时，整个容器的导体部分充当朗缪尔探针的对电极；由于容器的内表面积相对于探针收集电极的表面积一般能达到10000倍以上，此时一般不考虑两个电极面积比的要求；但是当应用到空间等离子体探测中，特别搭载微小卫星时，很难满足面积比的要求，不能精确探测等离子体，从而限制了朗缪尔探针的空间应用。

技术实现思路

[0006]为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种加装了补偿电极的朗缪尔探针及探测方法，在朗缪尔探针的安装底座上加装金属电极，并且在金属电极上施加一个负偏压，使其吸收空间等离子体中的离子，补偿电子电流，可以搭载微小卫星且获得准确的探测数据，降低了朗缪尔探针工作中对于对电极的面积要求，大大降低了卫星充电对朗缪尔探针工作的影响。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
[0008]本专利技术第一方面提供了一种加装了补偿电极的朗缪尔探针；
[0009]一种加装了补偿电极的朗缪尔探针，包括收集电极、补偿电极和探针底座；
[0010]所述补偿电极，为敷盖在探针底座上的金属导电电极，补偿电极的背面引出第二导线。
[0011]进一步的，所述收集电极的第一端裸露在等离子体中，收集电极的第二端通过第一导线引出。
[0012]进一步的，还包括绝缘层、保护电极、短支撑杆、长支撑杆。
[0013]进一步的，收集电极的外侧通过绝缘层与保护电极电气绝缘。
[0014]进一步的，所述绝缘层包覆有聚酰亚胺材质。
[0015]进一步的，所述保护电极与短支撑杆套接，短支撑杆与长支撑杆套接，长支撑杆的底部固定在探针底座上。
[0016]本专利技术第二方面提供了一种加装了补偿电极的朗缪尔探针探测系统。
[0017]一种加装了补偿电极的朗缪尔探针探测系统，包括第一方面所述的加装了补偿电极的朗缪尔探针，以及对电极、控制电路；
[0018]所述控制电路包括可控电压源、直流电压源、电流表；
[0019]所述朗缪尔探针、电流表、可控电压源和对电极依次相连，构成一个电流回路；
[0020]所述朗缪尔探针中的补偿电极通过直流电压源接入可控电压源和对电极的电流回路中。
[0021]进一步的，所述朗缪尔探针通过第一导线连接可控电压源的正极，所述对电极连接可控电压源的负极；所述补偿电极通过第二导线连接直流电压源的负极。
[0022]进一步的，所述可控电压源，用于对朗缪尔探针的收集电极施加相对于对电极的由负到正的电压；
[0023]所述直流电压源，用于对补偿电极施加相对于对电极的负电压，形成离子补偿电流流入所述的电流回路，弥补对电极吸收离子电流的不足；
[0024]所述电流表用于采集收集电极上的微电流信号，得到电流
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电压(I
–
V)特性曲线，进而得出等离子体的物理参量。
[0025]本专利技术第三方面提供了一种加装了补偿电极的朗缪尔探针探测方法，包括：
[0026]将加装了补偿电极的朗缪尔探针的收集电极浸入到等离子体中；
[0027]利用控制电路在收集电极上相对于对电极施加一个由负到正的扫描电压，
[0028]给补偿电极施加相对于对电极的负电压；
[0029]采集收集电极上的微电流信号，结合可控电压源给探针收集电极施加的扫描电压，得到电流
–
电压(I
–
V)特性曲线，进而结合诊断理论得出等离子体的物理参量。
[0030]以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
[0031]本专利技术通过增加补偿电极，并在补偿电极上施加一个负偏压，使得搭载微小卫星的朗缪尔探针载荷，能吸收空间等离子体中的离子，补偿电子电流，减小因为对电极面积不足而产生的探测数据误差，提高等离子体探测的精确性，而且不占用额外的空间，特别适用于搭载微小卫星的空间电离层探测。
[0032]降低了朗缪尔探针工作中对于对电极的面积要求，大大降低了卫星充电对朗缪尔探针工作的影响。
[0033]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0034]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0035]图1为不同的收集电极与对电极面积比下的I
–
V特性曲线；
[0036]图2为带有补偿电极的朗缪尔探针结构图；
[0037]图3为加装补偿电极的朗缪尔探针电路原理图；
[0038]图4为补偿电极处于不同电压下的补偿效果对比。
[0039]图中，1
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收集电极，2
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绝缘层，3
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保护电极，4
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短支撑杆，5
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长支撑杆，6
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补偿电极，7
‑
探针底座。
具体实施方式
[0040]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种加装了补偿电极的朗缪尔探针，其特征在于，包括收集电极、补偿电极和探针底座；所述补偿电极，为敷盖在探针底座上的金属导电电极，补偿电极的背面引出第二导线。2.如权利要求1所述的一种加装了补偿电极的朗缪尔探针，其特征在于，所述收集电极的第一端裸露在等离子体中，收集电极的第二端通过第一导线引出。3.如权利要求1所述的一种加装了补偿电极的朗缪尔探针，其特征在于，还包括绝缘层、保护电极、短支撑杆、长支撑杆。4.如权利要求3所述的一种加装了补偿电极的朗缪尔探针，其特征在于，收集电极的外侧通过绝缘层与保护电极电气绝缘。5.如权利要求4所述的一种加装了补偿电极的朗缪尔探针，其特征在于，所述绝缘层包覆有聚酰亚胺材质。6.如权利要求3所述的一种加装了补偿电极的朗缪尔探针，其特征在于，所述保护电极与短支撑杆套接，短支撑杆与长支撑杆套接，长支撑杆的底部固定在探针底座上。7.一种加装了补偿电极的朗缪尔探针探测系统，其特征在于，包括如权利要求1
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6任一项所述的加装了补偿电极的朗缪尔探针，以及对电极、控制电路；所述控制电路包括可控电压源、直流电压源、电流表；所述朗缪尔探针、电流表、可控电压源和对电极依次相连，构成一个电流回路；所述朗缪尔探针中的补偿电极通过直流电压源接入可控电压源和对电极的电流回路中。8.如权利要求7所述的加装了补...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜清府，王进，张清和，宿文耀，单作林，周钰，谢新尧，邢赞扬，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：