一种探针结构

本发明涉及等离子体诊断与电推进羽流测试，具体涉及一种探针结构。

背景技术：

1、电推进装置工作时会喷出超音速、高速定向的等离子体羽流，流动马赫数及流速是表征羽流特性的关键参数，其准确测量是电推进性能评估与优化的重要基础。

2、马赫探针是一种介入式等离子体诊断装置，由朗缪尔探针发展而来，可用于测量局域等离子体流速或马赫数，具有结构简单、响应速度快以及空间分辨率高等优点。传统马赫探针通常由两根背靠背布置并由绝缘隔板隔开的朗缪尔探针构成，其中一根迎向来流方向，另一根背向来流方向，通过比较两探针收集到的离子饱和电流推算等离子体流动马赫数。该类探针主要适用于亚音速或近声速等离子体流场，在超音速定向羽流环境中，由于上游探针对下游探针附近流场产生明显遮挡和扰动，导致测量误差增大，适用性受到限制。

3、针对传统背靠背马赫探针在超音速羽流环境中的不足，现有技术进一步提出了平行收集面与垂直收集面组合的马赫探针结构。该结构通过分别采集平行于流场方向和垂直于流场方向的离子饱和电流，并利用两者之间的关系反演马赫数和流速参数，从而避免了传统背靠背探针之间的流场遮挡效应，提高了超音速定向羽流条件下的测量能力。

4、然而，随着电推进羽流近场诊断需求的不断提高，现有技术提出一种平行-垂直马赫探针，其采用两个独立收集模块分别实现平行方向和垂直方向离子饱和电流测量，两收集面分别安装于两个不同方向的支撑结构或安装通道中，其测量位置存在固定空间间隔。但是现有平行-垂直马赫探针结构仍存在以下不足：

5、由于现有马赫探针平行收集面与垂直收集面通常分布于不同空间位置，其对应测量区域之间存在一定空间间隔，因此难以实现对同一局域等离子体状态的近似同步采样，即难以形成准同位测量关系。在电推进羽流近场区域，电子密度、离子密度及流速等参数往往具有较大的空间梯度，两收集面采集到的离子饱和电流可能对应不同局域等离子体状态，从而引入局域失配误差，影响马赫数及流速诊断结果的准确性和空间一致性。

6、由于现有技术中的平行收集面与垂直收集面通常分布于不同位置，导致局域测量精度等技术问题，因此本发明研究设计出一种探针结构。

技术实现思路

1、因此，本发明提供一种探针结构，能够解决现有技术中平行收集面与垂直收集面通常分布于不同位置，导致局域测量精度的技术问题。

2、为了解决上述问题，本发明提供探针结构，包括：电绝缘安装组件以及设置于所述电绝缘安装组件一端的信号收集模块；

3、所述信号收集模块包括两个相互绝缘且沿同一延伸方向设置的探针探头，一个所述探针探头具有第一收集面，另一个所述探针探头具有第二收集面，所述第一收集面和所述第二收集面共同位于所述信号收集模块的端部区域，所述第一收集面与所述第二收集面相互正交布置，所述第一收集面的法向与等离子体流场方向垂直，所述第二收集面的法向与等离子体流场方向平行。

4、在一些实施方式中，所述信号收集模块还包括两个探头连接件，两个所述探头连接件与所述探针探头一一对应布置，所述探头连接件朝向所述探针探头的一端设置有探头连接孔，所述探头连接孔用于可拆卸地插接所述探针探头，所述探头连接件背向所述探针探头的一端设置有引线连接孔，所述引线连接孔用于连接信号引线。

5、在一些实施方式中，所述电绝缘安装组件包括绝缘基座模块，所述绝缘基座模块包括第三基座，所述第三基座的一端具有第一斜面和第二斜面，所述第一斜面和所述第二斜面的法向相垂直，所述第一斜面和所述第二斜面上均设置有第一探针探头内嵌孔，所述探针探头插入所述第一探针探头内嵌孔中，且，所述第一收集面与所述第一斜面位于同一平面，所述第二收集面与所述第二斜面位于同一平面。

6、在一些实施方式中，所述第三基座上设置有两个第二探针探头内嵌孔，两个所述第二探针探头内嵌孔与两个所述第一探针探头内嵌孔一一对应布置，且，所述第二探针探头内嵌孔与所述第一探针探头内嵌孔相连通以形成通孔结构，所述通孔结构贯穿所述第三基座，沿所述探针探头的延伸方向，所述探针探头具有第一段和第二段，所述第一段嵌入所述第一探针探头内嵌孔中，所述第二段穿过所述第二探针探头内嵌孔后与所述探头连接件相连接。

7、在一些实施方式中，所述绝缘基座模块还包括第二基座，所述第二基座上设置有两个第二内嵌孔，两个所述第二内嵌孔与两个所述探头连接件一一对应布置，所述沿所述探针探头的轴向，所述第二基座与所述第三基座相抵接，所述探头连接件部分能够插入所述第二内嵌孔中，所述探针探头穿过所述通孔结构后插入所述探头连接件中。

8、在一些实施方式中，所述绝缘基座模块还包括第一基座，沿所述探针探头的轴向，所述第一基座与所述第二基座相抵接，所述第二基座上设置有两个第一内嵌孔，两个所述第一内嵌孔与两个所述探头连接件一一对应布置，所述探头连接件剩余部分能够插入所述第二内嵌孔中。

9、在一些实施方式中，所述探头连接件的外周壁具有连接件限位结构，所述第一基座上还设置有两个连接件限位孔，两个所述连接件限位孔与两个所述第一内嵌孔一一对应布置，所述连接件限位孔与所述第一内嵌孔相连通，所述连接件限位孔的孔径大于所述第一内嵌孔的孔径，所述探头连接件穿过所述连接件限位孔后插入所述第一内嵌孔内，且所述连接件限位结构嵌入所述连接件限位孔中。

10、在一些实施方式中，所述电绝缘安装组件还包括绝缘护套，沿所述绝缘护套的轴向，所述绝缘护套具有相互连通的第三基座限位孔和所述绝缘基座内嵌孔，所述第三基座限位孔的孔径大于所述绝缘基座内嵌孔的孔径，所述第三基座上设置有限位台阶，所述第三基座、所述第二基座、所述第一基座套设在所述绝缘基座内嵌孔中，所述第三基座的一端穿过所述第三基座限位孔后伸出所述绝缘护套外，以使所述探针探头的部分伸出所述绝缘护套外，所述限位台阶的外径与所述绝缘基座内嵌孔的内径相匹配。

11、在一些实施方式中，所述探针结构还包括支撑底座，所述支撑底座一端设置有基座限位孔，沿所述第一内嵌孔的轴向，所述第一基座的外周壁具有第五段和第六段，所述第五段的外径大于所述第六段对应方向的外周尺寸，所述第六段插入所述基座限位孔中，所述第五段的外径大于所述基座限位孔的内径，所述支撑底座沿轴向部分插入所述绝缘护套内并与所述绝缘护套可拆卸连接。

12、在一些实施方式中，所述支撑底座包括第三段和第四段，所述基座限位孔设置在所述第三段的端部，所述第三段沿轴向部分插入所述绝缘护套内并与所述绝缘护套可拆卸连接，以所述支撑底座的轴向截面为投影面，所述第三段的中心轴线与所述第四段的中心轴线之间具有夹角，所述夹角满足，所述第四段的中心轴线平行于所述第一收集面法向。

13、本发明提供的一种探针结构具有如下有益效果：

14、由于第一收集面和第二收集面均设置于同一信号收集模块端部区域，二者对应的等离子体采样位置之间距离显著减小，使两个方向采集信号对应于近似相同的局域等离子体状态，形成准同位测量效果。因此，在存在明显空间梯度的电推进羽流环境下，可降低因测量位置差异导致的诊断误差，提高流速及马赫数测量准确性。