CN103558535A - 在轨运行状态下霍尔电推力器放电电流低频振荡的测量装置 - Google Patents

Abstract

在轨运行状态下霍尔电推力器放电电流低频振荡的测量装置，属于霍尔电推力器技术领域，本发明为解决现有技术无法简便、精确的获取完整可信的低频振荡波形的问题。本发明包括变压器、高频滤波电阻R1、高频滤波电容C1、整流二极管D1、限流电阻R2、滤波电容C2、放电电阻R3和星载遥感测量装置；直流电源负极连接霍尔电推力器阴极；直流电源正极连接变压器原边线圈L1同名端，L1异名端连接霍尔电推力器阳极；变压器副边线圈同名端连接R1一端，R1另一端同时连接C1一端和D1阳极；C1另一端连接副边线圈异名端、C2一端和R3一端；D1阴极连接R2一端；R2另一端连接C2和R3另一端；星载遥感测量装置并联在R3两端。

Description

在轨运行状态下霍尔电推力器放电电流低频振荡的测量装置

技术领域

本发明涉及在轨运行状态下霍尔电推力器放电电流低频振荡的测量装置，属于霍尔电推力器技术领域。

背景技术

霍尔电推力器在航天应用过程中低频振荡的监视是非常必要的，同时，推力器的低频振荡特性也在一定程度上反映推力器的工作状态，对推力器低频振荡的监测有利于判断推力器工作状态并以此来优化和改进推力器运行参数，也为进一步改进推力器设计提供宝贵的实验数据。但是，霍尔电推力器工作过程中的放电电流低频振荡频率范围在20kHz-40kHz范围内，星载数据测量和传输的速度一般在Hz量级，二者差3个数量级，同时考虑到采样定理的限制，如果要获取完整可信的低频振荡波形，采样频率要达到百kHz数量级，这显然是不现实的。因此如何提供简单的、精度适中的、能够反映低频振荡的指标是推力器振荡状态监视的重要信号。

发明内容

本发明目的是为了解决现有技术无法简便、精确的获取完整可信的低频振荡波形的问题，提供了一种在轨运行状态下霍尔电推力器放电电流低频振荡的测量装置。

本发明所述在轨运行状态下霍尔电推力器放电电流低频振荡的测量装置，所述霍尔电推力器包括直流电源，所述在轨运行状态下霍尔电推力器放电电流低频振荡的测量装置包括变压器、高频滤波电阻R1、高频滤波电容C1、整流二极管D1、限流电阻R2、滤波电容C2、放电电阻R3和星载遥感测量装置；

直流电源的负极连接霍尔电推力器的阴极；

直流电源的正极连接变压器的原边线圈L1的同名端，原连线圏L1的异名端连接霍尔电推力器的阳极；

变压器的副边线圈的同名端连接高频滤波电阻R1的一端，高频滤波电阻R1的另一端同时连接高频滤波电容C1的一端和整流二极管D1的阳极；

高频滤波电容C1的另一端同时连接副边线圈的异名端、滤波电容C2的一端和放电电阻R3的一端；

整流二极管D1的阴极连接限流电阻R2的一端；

限流电阻R2的另一端同时连接滤波电容C2的另一端和放电电阻R3的另一端；

星载遥感测量装置并联在放电电阻R3的两端。

本发明的优点：与现有技术相比，本装置可以实现对在轨运行中的霍尔发动机低频振荡大小进行遥测，实现对霍尔电推力器放电性能的地面监视进而对在轨运行的霍尔电推力器及电源参数进行调整实现最优工况，同时这一数据可以作为对霍尔发动机及电源设计优化的重要在轨运行参数。同时由于本装置直接对放电电流的交流振荡分量进行取样减小了直流分量对测量结果的影响。并且本装置通过滤波、整流和积分电路产生直流遥测信号，因此本装置也可以间接的反映了放电通道内等离子体密度低频振荡的变化。

附图说明

图1是本发明所述在轨运行状态下霍尔电推力器放电电流低频振荡的测量装置的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述在轨运行状态下霍尔电推力器放电电流低频振荡的测量装置，所述霍尔电推力器包括直流电源1，所述在轨运行状态下霍尔电推力器放电电流低频振荡的测量装置包括变压器2、高频滤波电阻R1、高频滤波电容C1、整流二极管D1、限流电阻R2、滤波电容C2、放电电阻R3和星载遥感测量装置3；

直流电源1的负极连接霍尔电推力器的阴极；

直流电源1的正极连接变压器2的原边线圈L1的同名端，原连线圏L1的异名端连接霍尔电推力器的阳极；

变压器2的副边线圈的同名端连接高频滤波电阻R1的一端，高频滤波电阻R1的另一端同时连接高频滤波电容C1的一端和整流二极管D1的阳极；

高频滤波电容C1的另一端同时连接副边线圈的异名端、滤波电容C2的一端和放电电阻R3的一端；

整流二极管D1的阴极连接限流电阻R2的一端；

限流电阻R2的另一端同时连接滤波电容C2的另一端和放电电阻R3的另一端；

星载遥感测量装置3并联在放电电阻R3的两端。

变压器2的原边线圈和副边线圈的匝数比n为1：1.4。

变压器2的原边线圈L1和直流电源1都是霍尔电推力器必备的外部元件，在原边线圈L1的基础上绕制副边线圈，通过电磁感应方式将放电电流的低频振荡信号直接感应为副线圈两端的交流电压信号，随后对高频信号进行滤波得到能够反映推力器工作状态的低频振荡信号，然后对低频振荡信号进行整流滤波将其转化为一个直流电压信号，最后通过星载遥感测量装置3进行遥感测量，用于地面实时监测推力器状态，以此来改进霍尔电推力器运行参数，同时也可以提供大量运行数据用于后续霍尔电推力器改进。

副边线圈进行放电电流振荡取样。然后通过低通滤波器（R1和C1构成滤波回路）对高频信号进行滤波，随后串联流整流二极管D1、限流电阻R2和滤波电容C2，并且在滤波电容C2两端并联放电电阻R3，将低频振荡信号转化为R3两端的直流电压信号。然后利用星载遥感测量装置3进行采集、传输和监测。

在进行高频滤波后串联流整流二极管D1和限流电阻R2，使整流二极管D1工作在线性的检波区域，减小整流二极管D1两端的压降，同时使其对信号进行线性整流。

具体实施方式二：下面结合一个具体实施例来说明其工作原理。

在电感L1=0.1mH上绕制附加线圈，构成变压器2；通过电磁感应的方式进行放电电流振荡幅值的取样，原副边线圈的匝数比n为1:1.4。随后并联高频滤波电阻R1=100Ω、高频滤波电容C1=33nF对高频信号进行滤波得到低频振荡信号，R1和C1构成的滤波电路的-3dB频率电位为48KHz。对低频振荡信号取样后，在电路中串联整流二极管D1进行整流。整流二极管D1存在正向压降，因此如果其工作在非线性区就会给信号带入一个非线性量影响测量结果，因此这一部分使用二极管的检波特性，这样就会带来正向压降小，不影响测量结果的好处。通过在整流二极管D1后边串联的R2=10KΩ的限流电阻控制回路电流，随后有电压滤波过程中，通过滤波电容C2=3.3uF和放电电阻R3=500KΩ实现。最后在R3两端利用星载遥感测量装置3进行电压测量。

工作原理：霍尔电推力器的低频振荡信号20KHz-40KHz，L1两端的电压幅值U=2πf*L*i，

其中L是L1的电感量，i是放电回路的振荡电流，f是振荡频率；

对于发动机固定工况其振荡频率的带宽很小，因此f取低频振荡的中心频率，忽略带宽影响。由变压器电压关系可以得到电感上绕制的副边线圈两端的电压U1=n*U。由于副边线圈的输出为高阻态，可以近似认为副边线圈的绕制不会对原边线圈L1的电流产生任何影响。因此在副边线圈两端会产生电压正比于放电回路（原边线圈所在回路）中的振荡电流i，即U1=2πf*L*i*n。由于霍尔电推力器中也会存在不需要关心的高频振荡电流i，首先利用高频滤波电阻R1和高频滤波电容C1对高频信号进行滤波得到低频振荡信号。随后通过整流二极管D1对感应出来的振荡信号进行单相半波整流，利用限流电阻R2进行限流，保证整流二极管D1工作在线性检波区域，这样就可以认为D1上的压降恒定并且可以忽略，不会给整流后的电压信号引入非线性量。在限流电阻R2后边串联滤波电容C2对信号实现滤波，使C2两端产生的直流信号电压正比于放电电流的振荡幅值，在C2两端并联采集电阻R3提供C2的放电回路，R3>>R2。因此C2两端直流电压幅值

从而通过星载遥感测量装置3对C2两端直流电压信号U2幅值进行遥感测量实现对霍尔电推力器低频振荡幅值的地面监测。

Claims (2)

1.在轨运行状态下霍尔电推力器放电电流低频振荡的测量装置，所述霍尔电推力器包括直流电源（1），其特征在于，包括变压器（2）、高频滤波电阻R1、高频滤波电容C1、整流二极管D1、限流电阻R2、滤波电容C2、放电电阻R3和星载遥感测量装置（3）；

直流电源（1）的负极连接霍尔电推力器的阴极；

直流电源（1）的正极连接变压器（2）的原边线圈L1的同名端，原连线圏L1的异名端连接霍尔电推力器的阳极；

变压器（2）的副边线圈的同名端连接高频滤波电阻R1的一端，高频滤波电阻R1的另一端同时连接高频滤波电容C1的一端和整流二极管D1的阳极；

高频滤波电容C1的另一端同时连接副边线圈的异名端、滤波电容C2的一端和放电电阻R3的一端；

整流二极管D1的阴极连接限流电阻R2的一端；

限流电阻R2的另一端同时连接滤波电容C2的另一端和放电电阻R3的另一端；

星载遥感测量装置（3）并联在放电电阻R3的两端。

2.根据权利要求1所述在轨运行状态下霍尔电推力器放电电流低频振荡的测量装置，其特征在于，变压器（2）的原边线圈和副边线圈的匝数比n为1：1.4。

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