一种用于电推力器羽流等离子体电位诊断的探针系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于电推力器羽流等离子体电位诊断的探针系统，包括：电源模块，用于提供稳定的直流电源，确保离子体电位诊断模块正常工作；离子体电位诊断模块，用于获取探针诊断数据；电源降噪模块，用于电源输出进行滤波和降噪处理；接地模块，用于保护各个模型正常工作；电源模块

【技术实现步骤摘要】
一种用于电推力器羽流等离子体电位诊断的探针系统


[0001]本专利技术涉及电推力器羽流等离子体电位诊断
，特别是涉及一种用于电推力器羽流等离子体电位诊断的探针系统
。

技术介绍

[0002]等离子体是物质存在的第四态，其具有高温
、
高密度
、
高能量等特点，在核聚变
、
等离子体技术
、
等离子体医学等领域有着广泛的应用
。
然而，等离子体的诊断仍然是一个挑战性的问题，因为等离子体本身具有高度的不稳定性和复杂性，而且往往处于极高密度和极低密度的等离子体环境中，难以直接观测和探测
。
因此，为了更好地理解等离子体的性质和行为，发展高效
、
准确的等离子体诊断技术变得非常重要
。
[0003]朗缪尔单探针
(Langmuir probe)
是一种最早被使用的等离子体诊断工具，其基本原理是利用电子的能量分布函数来探测等离子体中的电子密度
、
温度和电势等参数
。
朗缪尔单探针是由美国物理学家
Irving Langmuir
于
1924
年首次提出的，其设计是将一个金属探针放入等离子体中，并通过控制探针电压和电流的变化，来测量等离子体中的电子参数
。
[0004]朗缪尔单探针已被广泛应用于核聚变
、
等离子体技术
、
等离子体医学等领域
。
>在核聚变领域，朗缪尔单探针被用来研究等离子体中的离子和电子参数，以及等离子体的稳定性和控制
。
在等离子体
，朗缪尔单探针被用来监测等离子体反应室中的等离子体参数，以及等离子体放电过程中的变化
。
在等离子体医学领域，朗缪尔单探针被用来研究等离子体对生物组织的作用和效果
。
[0005]朗缪尔单探针的工作原理是利用电子在探针表面产生的电场来探测等离子体中的电子参数
。
当探针表面正极化时，等离子体中的电子会向探针表面移动，直到在探针表面形成一个空间电荷区域
。
空间电荷区域的大小和形状取决于探针表面的形状
、
表面温度和电子密度等因素
。
通过测量探针电流和电压的变化，可以得到等离子体中的电子密度
、
温度和电势等参数
。
[0006]朗缪尔单探针具有以下优点：
[0007]非侵入性：朗缪尔单探针相比羽流大小很小，因此不会对等离子体产生干扰
。
[0008]可重复性好：朗缪尔单探针一般由钨丝当探头使用，耐溅射性好，因此可以进行长期的等离子体参数诊断
。
[0009]尽管朗缪尔单探针具有以上优点，但是目前它也存在一些局限性：
[0010]影响因素多：朗缪尔单探针的测量结果受到等离子体中的多种因素的影响，包括等离子体的温度
、
密度
、
流动性
、
辐射等
。
[0011]没有空间分辨率：朗缪尔单探针只能在探针所在的位置测量等离子体的参数，对于等离子体中不同位置的信息无法获取
。
[0012]现在以上两点的局限性仍然存在，一般而言，空间分辨率可以使用滑动位移台或者在羽流空间多点各放置一个探针来实现羽流等离子体参数的诊断
。
然而在当羽流空间等离子体扩散很快，不同位置的等离子体密度变化梯度大，因此使用同一探针的话难以保证
各点精度，对实际工程影响很大，目前还没有一套实验方案能准确测量羽流空间不同位置的等离子体参数
。
本文通过计算估算出不同羽流等离子体密度下应使用的球形探针直径来保证各点测量结果精确度，提出一种多球形探针测量技术的等离子体诊断实验设计方案，从而实现羽流等离子体参数的高精度测量
。

技术实现思路

[0013]本专利技术的目的是为了解决目前电推力器放电羽流不同等离子体密度测量精度低的问题
。
通过计算估算出不同羽流等离子体密度下应使用的球形探针直径，实现羽流等离子体各点高精度诊断
。
[0014]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0015]一种用于电推力器羽流等离子体电位诊断的探针系统，包括：
[0016]电源模块
、
离子体电位诊断模块
、
电源降噪模块和接地模块；
[0017]所述电源模块，用于提供稳定的直流电源，确保所述离子体电位诊断模块正常工作；
[0018]所述离子体电位诊断模块，用于获取探针诊断数据；
[0019]所述电源降噪模块，用于电源输出进行滤波和降噪处理；
[0020]所述接地模块，用于保护各个模型正常工作；
[0021]所述电源模块
、
所述离子体电位诊断模块和所述接地模块串联连接，所述离子体电位诊断模块和所述电源降噪模块并联连接
。
[0022]可选地，所述电源模块包括：
[0023]电源单元和调节单元；
[0024]所述电源单元，用于提供稳定的直流电源，确保所述离子体电位诊断模块正常工作；
[0025]所述调节单元，用于调节电路中的电流和电压；
[0026]所述电源单元和所述调节单元连接
。
[0027]可选地，所述离子体电位诊断模块包括：
[0028]电推力单元和探针单元；
[0029]所述电推力单元，用于产生等离子体羽流，根据伏安特性曲线划分所述等离子体羽流，获取不同等离子体密度区域；
[0030]所述探针单元，用于通过不同吸收面积的探针测量不同等离子体密度区域的等离子体参量；
[0031]所述电推力单元和所述探针单元连接
。
[0032]可选地，所述离子体电位诊断模块还包括：
[0033]控制单元和分析单元；
[0034]所述控制单元，用于控制所述探针连接分析单元；
[0035]所述分析单元，用于分析与处理所述等离子体参量，获取所述探针诊断数据；
[0036]所述控制单元和所述分析单元连接
。
[0037]可选地，所述不同等离子体密度区域包括：离子饱和区，电子饱和区和过渡区；
[0038]所述等离子体参量包括：离子体电势
、
电子密度和电子温度
。
[0039]可选地，获取所述电子温度包括
:
[0040][0041]其中，
T
e
为电子温度，
I
和
V
分别为探针净电流和电压，
I
e0
是等离子体空间电位处对应的电子电流，
e
是电子电荷，
V
sp
、k
分别是悬浮电势和玻尔兹曼常本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于电推力器羽流等离子体电位诊断的探针系统，其特征在于，包括：电源模块
、
离子体电位诊断模块
、
电源降噪模块和接地模块；所述电源模块，用于提供稳定的直流电源，确保所述离子体电位诊断模块正常工作；所述离子体电位诊断模块，用于获取探针诊断数据；所述电源降噪模块，用于电源输出进行滤波和降噪处理；所述接地模块，用于保护各个模型正常工作；所述电源模块
、
所述离子体电位诊断模块和所述接地模块串联连接，所述离子体电位诊断模块和所述电源降噪模块并联连接
。2.
根据权利要求1所述的用于电推力器羽流等离子体电位诊断的探针系统，其特征在于，所述电源模块包括：电源单元和调节单元；所述电源单元，用于提供稳定的直流电源，确保所述离子体电位诊断模块正常工作；所述调节单元，用于调节电路中的电流和电压；所述电源单元和所述调节单元连接
。3.
根据权利要求1所述的用于电推力器羽流等离子体电位诊断的探针系统，其特征在于，所述离子体电位诊断模块包括：电推力单元和探针单元；所述电推力单元，用于产生等离子体羽流，根据伏安特性曲线划分所述等离子体羽流，获取不同等离子体密度区域；所述探针单元，用于通过不同吸收面积的探针测量不同等离子体密度区域的等离子体参量；所述电推力单元和所述探针单元连接
。4.
根据权利要求3所述的用于电推力器羽流等离子体电位诊断的探针系统，其特征在于，所述离子体电位诊断模块还包括：控制单元和分析单元；所述控制单元，用于控制所述探针连接分析单元；所述分析单元，用于分析与处理所述等离子体参量，获取所述探针诊断数据；所述控制单元和所述分析单元连接
。5.
根据权利要求3所述的用于电推力器羽流等离子体电位诊断的探针系统，其特征在于，所述不同等离子体密度区域包括：离子饱和区，电子饱和区和过渡区；所述等离子体参量包括：离子体电势
、
电子密度和电子温度
。6.<...

【专利技术属性】
技术研发人员：田丰，苗龙，梁福文，宋家辉，于航，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：