CN105013767B - 多点分布卤灯加热的球形朗缪尔探针表面污染物清洗装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了多点分布卤灯加热的球形朗缪尔探针表面污染物清洗装置，能够提高朗缪尔探针表面污染物清洗的有效性。9盏卤灯在空心球形朗缪尔探针内部XOZ平面和YOZ平面内表面按60°角间距均匀安装，OZ轴负向的空心球形朗缪尔探针内表面开有走线口，不安装卤灯；测温电阻表贴于空心球形朗缪尔探针内表面，卤灯供电电缆及测温电阻供电电缆采用多芯单层绝缘屏蔽电缆穿过空心金属杆分别与卤灯及测温电阻连接；空心金属杆采用真空钎焊固定在陶瓷绝缘底座的中空体内；卤灯供电电缆和测温电阻供电电缆连接控制模块。

Description

多点分布卤灯加热的球形朗缪尔探针表面污染物清洗装置

技术领域

本发明涉及等离子体测量领域，具体涉及多点分布式卤灯加热的球形朗缪尔探针表面污染物清洗装置。

背景技术

朗缪尔探针用于空间带电环境下等离子体参数的测量。利用朗缪尔探针对空间等离子体参数测量过程中，朗缪尔探针表面遭受有机物污染而使探针表面金属材料功函数将发生变化，导致朗缪尔探针对等离子体电流收集性能下降，因此，需要对探针表面污染物进行加热清洗。一种星用朗缪尔探针表面污染物清洗方案不足之处在于：加热清洗的卤灯安装在球形探内表面底部，为单点加热，表面污染物清洗不彻底。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种用于朗缪尔探针表面污染物的清洗装置，能够提高朗缪尔探针表面污染物清洗的有效性。

为解决上述技术问题，本发明具体解决方案如下：

一种多点分布卤灯加热的球形朗缪尔探针表面污染物清洗装置，该装置包括卤灯、卤灯陶瓷托架、卤灯供电电缆、陶瓷绝缘底座、空心金属杆、测温电阻、测温电阻供电电缆和控制模块，所述卤灯通过卤灯陶瓷托架安装在空心球形朗缪尔探针内壁上；

设空心球形朗缪尔探针圆心为O点，竖直向上为Z轴，XOY平面垂直于OZ轴；9盏卤灯在空心球形朗缪尔探针内表面与XOZ平面和YOZ平面交叉所形成的圆周上，自OZ轴正向与空心球形朗缪尔探针内表面相交点开始，按60°角间距均匀安装，而OZ轴负向与空心球形朗缪尔探针内表面的交叉点开有走线口，不安装卤灯；测温电阻表贴于空心球形朗缪尔探针内表面，卤灯供电电缆及测温电阻供电电缆采用多芯单层绝缘屏蔽电缆穿过空心金属杆分别与卤灯及测温电阻连接；空心金属杆采用真空钎焊固定在陶瓷绝缘底座的中空体内；卤灯供电电缆和测温电阻供电电缆连接控制模块。

优选地，所述空心球形朗缪尔探针采用上下半球设计，半球材料采用钛合金，半球内表面的凸台采用整体掏铣工艺与半球体内表面成为一体，卤灯陶瓷托架通过螺钉固定在凸台上。

优选地，卤灯陶瓷托架采用圆形法兰设计，法兰接口与空心球形朗缪尔探针半球内表面的凸台接口尺寸一致；正金属电极和负金属电极通过真空钎焊固定在卤灯陶瓷托架内部，卤灯陶瓷托架侧面开设穿线孔，卤灯供电电缆从穿线孔进入，供电正极和供电负极分别与卤灯陶瓷托架内部的正金属电极和负金属电极连接。

优选地，正金属电极为圆铜片结构，通过真空钎焊紧贴在卤灯陶瓷托架底部内表面；负金属电极为筒状薄铜片结构，通过真空钎焊紧贴在卤灯陶瓷托架侧壁内表面。

优选地，所述空心球形朗缪尔探针与空心金属杆通过电子束焊固定连接，连接处采用弧形过渡。

优选地，卤灯供电电缆和测温电阻供电电缆在空心金属杆内部均是集束的，电缆通过空心球形朗缪尔探针底部的走线口进入探针内部后，于探针内表面底部分束。

优选地，空心球形朗缪尔探针内部的导线用硅胶固定在球内表面。

优选地，所述测温电阻为2个以上，均匀表贴于空心球形朗缪尔探针内表面。

优选地，卤灯选择功率为“12V，6W”、“12V，9W”或“12V，12W”的卤灯。

优选地，述控制模块包括测温电路模块和卤灯供电模块；测温电路模块在接收到测温指令后，向测温电阻供电，从测温电阻采集温度数据；卤灯供电模块在接收到清洗指令后，向卤灯进行供电加热；并从测温电路模块读取温度数据，当根据温度数据判定空心球形朗缪尔探针表面温度达到设定加温温度K时，继续加热一段冗余时间T，然后停止加热，清洗完毕；所述加温温度K取值范围为300℃～400℃；冗余时间T取值范围为20秒～300秒。

有益效果

(1)本发明将卤灯均匀安装在探针内表面，多点加热，能够彻底清洗探针表面污染物。结合测温电阻解决了温度自动探测、自动加热实现探针表面污染物清洗的功能，提高了空间等离子体参数测量的稳定性和可靠性。

(2)本发明采用陶瓷绝缘托架和多芯单层绝缘电缆供电及导线乳胶固定方法，增强了抗电磁干扰能力及力学性能，进一步提高等离子体收集电流的稳定性和准确性。

(3)探针采用上下半球设计，便于加工和安装。通过整体掏铣工艺在探针内表面加工凸台，用于安装卤灯陶瓷托架，能够增加结构强度，和安装稳定性。

(4)探针走线口向外突出，且弧形过渡，从而使得探针与陶瓷绝缘底座的连接处紧密贴合，可以减少内外信号的相互干扰。

本发明适应于球形朗缪尔探针地面等离子体参数诊断及电推力器羽流等离子体诊断过程中的探针表面污染物清洗问题。

附图说明

图1为本发明多点分布卤灯加热的球形朗缪尔探针表面污染物清洗装置的结构示意图。

图2为卤灯和卤灯陶瓷托架的结构示意图。

图中：1-卤灯、2-卤灯陶瓷托架、3-凸台、4-卤灯供电电缆、5-陶瓷绝缘底座、6-空心金属杆、7-测温电阻供电电缆、8-测温电阻、9-空心球形朗缪尔探针、10-穿线孔、11-正金属电极、12-负金属电极、13-螺钉。

具体实施方式

下面将参照附图来说明本发明的实施例。

图1为本发明多点分布卤灯加热的球形朗缪尔探针表面污染物清洗装置的结构示意图，如图1所示，该装置包括卤灯1、卤灯陶瓷托架2、卤灯供电电缆4、陶瓷绝缘底座5、空心金属杆6、测温电阻8、测温电阻供电电缆7和控制模块(图中未示出控制模块)，所述卤灯1通过卤灯陶瓷托架2安装在空心球形朗缪尔探针9内壁上。

设空心球形朗缪尔探针9圆心为O点，竖直向上为Z轴，XOY平面过圆心垂直于OZ轴。

9盏卤灯1在空心球形朗缪尔探针9内表面与XOZ平面和YOZ平面交叉所形成的圆周上，自OZ轴正向与空心球形朗缪尔探针(9)内表面相交点开始，按60°角间距均匀安装，而OZ轴负向与空心球形朗缪尔探针内表面的交叉点开有走线口，不安装卤灯。测温电阻8表贴于空心球形朗缪尔探针9内表面。卤灯供电电缆4及测温电阻供电电缆7同样采用多芯单层绝缘屏蔽电缆穿过空心金属杆6分别与卤灯1及测温电阻8连接。空心金属杆6采用真空钎焊固定在陶瓷绝缘底座5的中空体内。卤灯供电电缆4和测温电阻供电电缆7连接控制模块。

空心球形朗缪尔探针9采用上下半球设计，便于维修和安装。半球材料采用低密度高强度钛合金。半球内表面凸台3采用整体掏铣工艺与半球体内表面成为一体，用于安装卤灯陶瓷托架2，卤灯陶瓷托架2通过螺钉13固定在凸台3上。卤灯托架采用陶瓷材料主要是保证卤灯与朗缪尔球形探头之间的高度绝缘，防止卤灯漏电流对朗缪尔探针等离子体收集电流的影响，另外，这种托架凸台安装方式保证了卤灯的稳固性。

如图2所示，卤灯陶瓷托架2采用圆形法兰设计，法兰接口与空心球形朗缪尔探针9半球内表面的凸台3接口尺寸一致。正金属电极11和负金属电极12通过真空钎焊固定在卤灯陶瓷托架2内部，卤灯陶瓷托架2侧面开设穿线孔10，卤灯供电电缆4从穿线孔10进入，卤灯供电电缆4内的供电正极和负极分别与卤灯陶瓷托架2内部的正金属电极11和负金属电极12连接。这种设计方法能够避免卤灯供电电缆与朗缪尔探针球形内表面直接接触，防止卤灯供电电缆的导线发生破损时因导线漏电流对朗缪尔探针等离子体收集电流的影响。

正金属电极11为圆铜片结构，通过真空钎焊紧贴在陶瓷托架底部内表面；负金属电极12为筒状薄铜片结构，通过真空钎焊紧贴在陶瓷托架侧壁内表面，这种陶瓷托架结构设计可以保证与商用卤灯接口良好兼容。

空心球形朗缪尔探针9与空心金属杆6通过电子束焊固定连接，球形部分与枝干连接处采用弧形过渡，保证良好机械强度，弧形过渡与陶瓷绝缘底座5的圆形上开口紧密贴合；空心球形朗缪尔探针9内部的OZ轴负向开设的走线口，其边缘有弧形过渡，以免对供电电缆造成损失。

卤灯供电电缆4和测温电阻供电电缆7在空心金属杆6内部均是集束的，电缆通过空心球形朗缪尔探针9底部的走线口进入探针内部后，于探针内表面底部分束，以便实现对每盏卤灯进行供电或对测温电阻供电及信号采集。

本实施例中，卤灯供电电缆采用2组10芯电缆给9盏卤灯供电，分束后的每2根导线用于给每盏卤灯；测温电阻供电电缆采用1组4芯电缆，分束后的2根导线给温电阻供电，另外2根用于温度信号采集。

空心球形朗缪尔探针9内部的导线用硅胶固定在球内表面，以增强力学性能。

为了提高检测精度，测温电阻8为2个以上，均匀表贴于空心球形朗缪尔探针9内表面，那么控制模块采集温度后进行平均即可。

卤灯1可以选择功率为“12V，6W”、“12V，9W”或“12V，12W”的卤灯，有效增强了探针表面污染物清洗能力。

控制模块包括测温电路模块和卤灯供电模块。其中，

测温电路模块在接收到测温指令后，向测温电阻8供电，从测温电阻8采集温度数据.

卤灯供电模块在接收到清洗指令后，向卤灯1进行供电加热；并从测温电路模块读取温度数据，当根据温度数据判定空心球形朗缪尔探针9表面温度达到设定加温温度K时，继续加热一段冗余时间T，然后停止加热，清洗完毕；所述加温温度K取值范围为300℃～400℃；冗余时间T取值范围为20秒～300秒。在较佳实施例中，将加温温度K取为350℃，如果球形探针表面温度超350℃，继续加热30秒，则停止加热。

本发明采用多点分布式法卤灯加热清洗、测温电阻控制加热温度、单层绝缘屏蔽电缆供电、绝缘陶瓷支架固定、导线乳胶固定等方法，有效克服了探针表面污染物清洗不彻底、加热效率低、抗力学性能差的问题。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多点分布卤灯加热的球形朗缪尔探针表面污染物清洗装置，其特征在于，该装置包括卤灯(1)、卤灯陶瓷托架(2)、卤灯供电电缆(4)、陶瓷绝缘底座(5)、空心金属杆(6)、测温电阻(8)、测温电阻供电电缆(7)和控制模块，所述卤灯(1)通过卤灯陶瓷托架(2)安装在空心球形朗缪尔探针(9)内壁上；

设空心球形朗缪尔探针(9)圆心为O点，竖直向上为Z轴，XOY平面垂直于OZ轴；9盏卤灯(1)在空心球形朗缪尔探针(9)内表面与XOZ平面和YOZ平面交叉所形成的圆周上，自OZ轴正向与空心球形朗缪尔探针(9)内表面相交点开始，按60°角间距均匀安装，而OZ轴负向与空心球形朗缪尔探针(9)内表面的交叉点开有走线口，不安装卤灯；测温电阻(8)表贴于空心球形朗缪尔探针(9)内表面，卤灯供电电缆(4)及测温电阻供电电缆(7)采用多芯单层绝缘屏蔽电缆穿过空心金属杆(6)分别与卤灯(1)及测温电阻(8)连接；空心金属杆(6)采用真空钎焊固定在陶瓷绝缘底座(5)的中空体内；卤灯供电电缆(4)和测温电阻供电电缆(7)连接控制模块。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述空心球形朗缪尔探针(9)采用上下半球设计，半球材料采用钛合金，半球内表面的凸台(3)采用整体掏铣工艺与半球体内表面成为一体，卤灯陶瓷托架(2)通过螺钉(13)固定在凸台(3)上。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，卤灯陶瓷托架(2)采用圆形法兰设计，法兰接口与空心球形朗缪尔探针(9)半球内表面的凸台(3)接口尺寸一致；正金属电极(11)和负金属电极(12)通过真空钎焊固定在卤灯陶瓷托架(2)内部，卤灯陶瓷托架(2)侧面开设穿线孔(10)，卤灯供电电缆(4)从穿线孔(10)进入，供电正极和供电负极分别与卤灯陶瓷托架(2)内部的正金属电极(11)和负金属电极(12)连接。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，正金属电极(11)为圆铜片结构，通过真空钎焊紧贴在卤灯陶瓷托架(2)底部内表面；负金属电极(12)为筒状薄铜片结构，通过真空钎焊紧贴在卤灯陶瓷托架(2)侧壁内表面。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述空心球形朗缪尔探针(9)与空心金属杆(6)通过电子束焊固定连接，连接处采用弧形过渡。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，空心球形朗缪尔探针(9)内部的导线用硅胶固定在球内表面。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测温电阻(8)为2个以上，均匀表贴于空心球形朗缪尔探针(9)内表面。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，卤灯(1)选择功率为“12V，6W”、“12V，9W”或“12V，12W”的卤灯。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制模块包括测温电路模块和卤灯供电模块；

测温电路模块在接收到测温指令后，向测温电阻(8)供电，从测温电阻(8)采集温度数据；

卤灯供电模块在接收到清洗指令后，向卤灯(1)进行供电加热；并从测温电路模块读取温度数据，当根据温度数据判定空心球形朗缪尔探针(9)表面温度达到设定加温温度K时，继续加热一段冗余时间T，然后停止加热，清洗完毕；所述加温温度K取值范围为300℃～400℃；冗余时间T取值范围为20秒～300秒。