CN106604512A - 离子推力器等离子体参数诊断静电探针定位系统及定位方法 - Google Patents

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吴先明
王尚民
柯于俊
李兴达
贾艳辉
贾连军
孟伟
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/0006—Investigating plasma, e.g. measuring the degree of ionisation or the electron temperature
    • H05H1/0081—Investigating plasma, e.g. measuring the degree of ionisation or the electron temperature by electric means

Abstract

本发明公开了一种离子推力器等离子体参数诊断静电探针定位系统及定位方法，以解决静电探针无法定位以及在放电室内等离子体环中时间太长会烧毁探针的问题。本定位系统包括金属箱、直线电机、探针安装杆、滚珠丝杠、不锈钢导轨，滚珠丝杠和不锈钢导轨位于金属箱的底部，直线电机安装于金属箱内，探针安装杆与直线电机连接，探针安装杆的末端安装有静电探针。该定位系统可以将探针定位至放电室内的指定位置，可以对静电探针进行全面、精确、快速定位。本发明可以在径向和轴向两个维度对静电探针进行定位，由于放电室呈柱对称分布，因此可以将探针定位至全部感兴趣的诊断位置；同时可以保证探针的安全，避免探针在等离子体环境下被烧毁。

Description

离子推力器等离子体参数诊断静电探针定位系统及定位方法
技术领域
本发明属于航天器推进领域，具体涉及一种用于离子推力器等离子体参数诊断静电探针定位系统。
背景技术
离子推力器愈益成为航天器的重要推进设备。离子推力器放电室等离子体参数诊断具有重要意义，稳态下放电室内的等离子体分布决定着推力器性能的许多重要方面，而等离子体的运动是在电磁场共同作用下的结果，因此掌握放电室内的电势分布具有重要意义。它有助于加深对放电过程的理解，实测的数据有时还用作数值模型的输入，实验诊断数据也是对各种数值模型和分析模型的重要检验。静电探针诊断是诊断离子推力器放电室等离子体参数的重要手段，可以诊断放电室内的重要等离子体参数，如等离子体温度、等离子体密度和电势分布等。在等离子体参数改变之后需要重复测量同一个点处的等离子体参数，静电探针在放电室内等离子体环中时间太长会烧毁探针。
发明内容
本发明的目的是提供一种离子推力器等离子体参数诊断静电探针定位系统，以解决静电探针无法定位以及在放电室内等离子体环中时间太长会烧毁探针的问题。
本发明的另一个目的是提供一种离子推力器等离子体参数诊断静电探针的定位方法。
本发明技术方案如下：一种离子推力器等离子体参数诊断静电探针定位系统，包括金属箱、直线电机、探针安装杆、滚珠丝杠、不锈钢导轨，滚珠丝杠和不锈钢导轨位于金属箱的底部，直线电机安装于金属箱内，探针安装杆与直线电机连接，探针安装杆的末端安装有静电探针。
作为本发明的进一步改进，所述滚珠丝杠和不锈钢导轨分别设在支座上。
一种离子推力器等离子体参数诊断静电探针的定位方法，包括如下步骤：
A、将滚珠丝杠和不锈钢导轨的高度置于与离子推力器的位置相适应；
B、将静电探针对准离子推力器放电室的器壁的开孔，直线电机带动探针安装杆沿着推力器放电室径向运动；利用滚珠丝杠驱动金属箱沿推力器放电室轴向移动。
C、对诊断区域中的径向测点进行诊断。
本发明通过滚珠丝杠驱动结合直线电机驱动方案能够为离子推力器放电室等离子体参数静电探针诊断提供高性能探针定位系统。
该定位系统可以将探针定位至放电室内的指定位置，可以对静电探针进行全面、精确、快速定位。本发明的主要特点包括：（1）可以在径向和轴向两个维度对静电探针进行定位，由于放电室呈柱对称分布，因此可以将探针定位至全部感兴趣的诊断位置；（2）快速地而精确地将探针移动至放电室内的相应位置，并快速撤离，这样以尽可能减小对放电室等离子体的干扰以及降低对探针的毁坏。
本发明的优点为：
（1）两个维度运动保证诊断全面；
（2）定位精确，可回到同一位置对等离子体参数重复测量，考察等离子体参数的变化；
（3）探针安装杆移动迅速，可以减轻探针对等离子体的干扰，同时可以保证探针的安全，避免探针在等离子体环境下被烧毁。
本发明可广泛应用于各种型号的离子推力器的放电室等离子体参数诊断，还可应用于其他类型电推力器（如PPT、VAT、ECR、RIT）等相关等离子体参数诊断。
附图说明
图1是一种离子推力器等离子体参数诊断静电探针定位系统的结构示意图；
图2是滚珠丝杠与导轨的位置示意图；
图3是离子推力器等离子体参数诊断示意图；
图4是离子推力器与探针位置关系示意图。
附图标记含义如下：1-金属箱；2-直线电机；3-不锈钢导轨；4-探针安装杆；5-支座；6-滚珠丝杠；7-真空舱；8-诊断区域；9-开孔；10-径向测点；11-静电探针；12-放电室。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
一种离子推力器等离子体参数诊断静电探针定位系统，包括金属箱1、直线电机2、探针安装杆4、滚珠丝杠6、不锈钢导轨3，滚珠丝杠6和不锈钢导轨3位于金属箱1的底部，直线电机2安装于金属箱1内，探针安装杆4与直线电机的动子固定连接，利用高性能直线电机使得探针移动迅速，定位准确。探针安装杆4的末端安装有静电探针11。滚珠丝杠6和不锈钢导轨3分别设在支座5上。
直线电机2采用螺丝固定于金属箱的底座上。滚珠丝杠6和不锈钢导轨3置于真空舱7中。为了防止离子对金属箱内部组件的溅射刻蚀，必要时可以在金属箱上加金属盖进行保护。
定位方法包括如下步骤：
A、将滚珠丝杠6和不锈钢导轨3的高度置于与离子推力器的位置相适应；
B、将静电探针11对准离子推力器放电室12的器壁的开孔9，直线电机2带动探针安装杆4沿着推力器放电室径向（即图3中x轴方向）运动；利用滚珠丝杠6驱动金属箱沿推力器放电室轴向（即图3中的y方向）移动;
C、对诊断区域8中的径向测点10进行诊断。

Claims (3)

1.一种离子推力器等离子体参数诊断静电探针定位系统，其特征在于：它包括金属箱（1）、直线电机（2）、探针安装杆（4）、滚珠丝杠（6）、不锈钢导轨（3），滚珠丝杠（6）和不锈钢导轨（3）位于金属箱（1）的底部，直线电机（2）安装于金属箱（1）内，探针安装杆（4）与直线电机（2）连接，探针安装杆（4）的末端安装有静电探针（11）。
2.根据权利要求1所述的离子推力器等离子体参数诊断静电探针定位系统，其特征在于：所述滚珠丝杠（6）和不锈钢导轨（3）分别设在支座（5）上。
3.一种离子推力器等离子体参数诊断静电探针的定位方法，其特征在于它包括如下步骤：A、将滚珠丝杠（6）和不锈钢导轨（3）的高度置于与离子推力器的位置相适应；
B、将静电探针（11）对准离子推力器放电室（12）的器壁的开孔（9），直线电机(2)带动探针安装杆(4)沿着推力器放电室径向运动；利用滚珠丝杠(6)驱动金属箱沿推力器放电室轴向移动；
C、对诊断区域（8）中的径向测点（10）进行诊断。
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