一种测量霍尔电推进发动机比冲的朗缪尔飞行探针装置的制作方法

1.本实用新型属于等离子体诊断设备技术领域，具体涉及一种测量霍尔电推进发动机比冲的朗缪尔飞行探针装置。


背景技术：

2.朗缪尔探针是一种常用的等离子体诊断手段，朗缪尔飞行探针则是一种改良版的朗缪尔探针，探针针尖间距离固定，通过捕捉多次信号峰值的具体时间，计算其差值，从而确定离子漂移速度。该类型探针广泛的运用在电推进发动机比冲测量中。在大空间尺寸常压等离子体诊断中，由于朗缪尔探针针头钨丝纤细，相较于等离子体尺寸可以忽略不计，对等离子体内部干涉较小，获得参数精准。另外在常压下移动探针方便，故而该探针可以实现快速的等离子体相关参数捕捉。但霍尔电推进发动机只能在高真空下工作，且等离子体整体尺寸较小，使用一般的朗缪尔飞行探针会对电推进发动机羽流产生较大干涉，导致测量误差较大，且在真空舱内进行探针移动需要设计复杂的真空电机及机构设计。因此，本专利设计一款匹配霍尔电推进发动机比冲测量需求的朗缪尔飞行探针。


技术实现要素：

3.针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种测量霍尔电推进发动机比冲的朗缪尔飞行探针装置，包括电源、真空获取系统、电阻、电流探头、直流电源、示波器、气瓶；所述真空获取系统设置有霍尔电推进发动机、不锈钢多孔薄板探针阵列；所述霍尔电推进发动机设置有推力器头阳极、阴极，所述电源、气瓶分别连接霍尔电推进发动机，所述推力器头阳极产生阳极羽流，推力器头阳极的放电室出口设置有所述不锈钢多孔薄板探针阵列，不锈钢多孔薄板探针阵列由多块不锈钢多孔薄板组成，所述不锈钢多孔薄板具有多个小孔均布，不锈钢多孔薄板四角通过螺纹柱贯通绝缘安装，对齐平行水平放置于聚四氟乙烯平板上，所述电阻焊接在不锈钢多孔薄板的一角，所述直流电源设置在相邻电阻之间，所述电流探头夹持在电阻与不锈钢多孔薄板之间，所述示波器通过电流探头监测电阻，用于监测电流变化情况。
4.具体的，所述不锈钢多孔薄板的厚度设置为0.02-0.5mm，所述推力器头阳极的放电室出口与所述不锈钢多孔薄板探针阵列的距离设置为100-300mm。
5.具体的，所述小孔孔径设置为0.2-1mm，小孔孔与孔之间圆心距离设置为0.4
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2mm，不锈钢多孔薄板的板与板之间间隔设置为5-50mm。
6.优选的，所述不锈钢多孔薄板的小孔孔径设置为0.5mm，小孔孔与孔之间圆心距离设置为1mm，小孔设置为20
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20排列，不锈钢多孔薄板的板与板之间间隔设置为10mm，所述螺纹柱设置为m3螺纹柱，所述推力器头阳极的放电室出口与所述不锈钢多孔薄板探针阵列的距离设置为200mm。
7.优选地，所述电阻设置为100欧姆，所述直流电源恒压输出设置为100 v，电流保护设置为1a。
8.优选地，所述霍尔电推进发动机总功率设置为小于300 w时，所述不锈钢多孔薄板的数量设置为4块，厚度设置为0.05 mm。
9.优选地，所述霍尔电推进发动机总功率设置为300
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500 w时，所述不锈钢多孔薄板的数量设置为5块，厚度设置为0.08 mm。
10.优选地，所述霍尔电推进发动机总功率设置为500
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1000 w时，所述不锈钢多孔薄板的数量设置为6块，厚度设置为0.15 mm。
11.优选的，所述霍尔电推进发动机总功率设置为大于1000w时，所述不锈钢多孔薄板外层设置为镀钛，用于防止探针过快消耗。
12.改进后的朗缪尔飞行探针装置由多块表面经过化学刻蚀均匀密布小孔的不锈钢薄板平行排列构成，薄板具体数量由待测霍尔电推进发动机功率决定，板与板之间通过聚四氟乙烯安装柱作绝缘处理。相比于传统朗缪尔探针细长钨丝结构，本实用新型提供的探针捕捉离子有效面积更大且捕捉离子能力更强，故可以放置在距离发动机喷口100-300mm进行测量，不会对发动机羽流产生较大干涉。另外，单个不锈钢薄板可以做分区处理，区域和区域之间通过离子沉积达到绝缘效果，且不会因为等离子体导致区域之间发生干涉。叠加多个平行排列的不锈钢薄板，使真空下多位置等离子体参数测量不需要依靠复杂的真空电机和机构，使测试工作难度降低。
附图说明
13.通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
14.图1示出了本实用新型实施例中的一种测量霍尔电推进发动机比冲的朗缪尔飞行探针装置。
15.附图标记：1-电源；2-推力器头阳极；3-阳极羽流；4-不锈钢多孔薄板探针阵列；5-真空获取系统；6-电阻；7-电流探头；8-直流电源；9-示波器；10-气瓶。
具体实施方式
16.下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
17.在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“连接”、“连通”表示直接或通过其他组件间接的连接或连通。术语“第一”、“第二”等可以指代不同的或相同的对象，但并不直接表示先后顺序或重要程度的不同。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
18.如图1所示，本实用新型提供的一种测量霍尔电推进发动机比冲的朗缪尔飞行探针装置。
19.包括电源1、真空获取系统5、电阻6、电流探头7、直流电源8、示波器9、气瓶10；待测
霍尔电推进发动机设置有推力器头阳极2以及阴极，所述真空获取系统内设置有霍尔电推进发动机的推力器头阳极2、不锈钢多孔薄板探针阵列4；电源1、气瓶10分别连接霍尔电推进发动机，推力器头阳极2产生所述阳极羽流3，推力器头阳极2的放电室出口设置有不锈钢多孔薄板探针阵列4，不锈钢多孔薄板探针阵列4由多块不锈钢多孔薄板组成，不锈钢多孔薄板具有多个小孔均布，不锈钢多孔薄板四角通过螺纹柱贯通绝缘安装，对齐平行水平放置于聚四氟乙烯平板上，所述电阻6焊接在不锈钢多孔薄板的一角，所述直流电源8设置在相邻电阻之间，电流探头7夹持在电阻6与不锈钢多孔薄板之间，示波器通过电流探头7监测电阻6，用于监测电流变化情况。
20.不锈钢多孔薄板的小孔孔径设置为0.5mm，小孔孔与孔之间圆心距离设置为1mm，小孔设置为20
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20排列，不锈钢多孔薄板的板与板之间间隔设置为10mm，螺纹柱设置为m3螺纹柱，推力器头阳极2的放电室出口与不锈钢多孔薄板探针阵列的距离设置为200mm。
21.电阻6设置为100欧姆，所述直流电源恒压输出设置为100 v，电流保护设置为1a。
22.在实际使用中，单块板厚度可以根据需要测量的霍尔电推进发动机总功率而定，待测霍尔电推进发动机总功率小于300 w时，所述不锈钢多孔薄板的数量设置为4块，厚度设置为0.05 mm。
23.待测霍尔电推进发动机总功率300
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500 w时，所述不锈钢多孔薄板的数量设置为5块，厚度设置为0.08 mm。
24.待测霍尔电推进发动机总功率500
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1000 w时，所述不锈钢多孔薄板的数量设置为6块，厚度设置为0.15 mm。
25.待测霍尔电推进发动机总功率大于1000w时，由于离子速度较快，对不锈钢材料剥离效果明显，需要进一步加厚不锈钢薄板并在外层加镀钛以防止探针过快消耗。
26.薄板上通过化学腐蚀加工小孔孔径0.5 mm，孔与孔之间圆心距离为1 mm，所有小孔均布于不锈钢薄板上，20
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20排列，单块板共计小孔400个。板与板之间间隔10 mm，四角通过m3螺纹柱贯通绝缘安装，整套探针水平放置于聚四氟乙烯平板上，距离推力器头阳极2放电室出口200 mm。单块不锈钢平板一角焊接100欧姆电阻6，整套探针装置按照如图1所示方式与三台直流电源8连接，每台直流电源8设置恒压输出100 v，电流保护设置为1 a。每个电阻左右两端连接电流探头，通过示波器监测电流变化情况。
27.针对150 w功率霍尔推力器进行实际测试，第一块与第二块不锈钢多孔薄板通过等离子体导通后实际流过电流为75 ma，通过离子飞行时间差计算得到的比冲约为1050 s，相较于传统钨丝结构朗缪尔飞行探针，捕捉电流小于10 ma，测量能力有明显提高，测量准确度以及测量数据可使用度也均有提升。
28.以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对现有技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。