CN107783172A - 一种胶体微推力器束流发散角测量系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种胶体微推力器束流发散角测量系统和方法，能够实现对胶体微推力器束发散角的测试。胶体微推力器工作时，喷射出的带电粒子被收集盘收集，通过步进电机调节收集盘与推力器之间的距离，得到收集盘上首次出现最大电流值所对应的距离L，最后通过距离L值、收集盘直径d_c及推力器喷口直径d₀，计算出胶体微推力器束流发散角。该测量方法与传统的测量方法相比，杜绝了束流发散角测量过程中开舱的情况，提高了测试方法有效性，降低了试验成本。

Description

一种胶体微推力器束流发散角测量系统和方法

技术领域

本发明涉及推力器测量技术领域，具体涉及一种胶体微推力器束流发散角测量系统和方法。

背景技术

胶体微推力器是胶体微推进系统、无拖曳控制系统产生推力的核心部件，在胶体微推力器研制和测试工作中，需要对其束流发散角进行测量，为整星结构布局提供技术参数。

目前胶体微推力器的束流发散角测量方法基于多种尺寸的收集盘测量。胶体微推力器每次点火时，不同的收集盘安装在距推力器喷口固定的位置上。由于每次只能安装一种尺寸的收集盘，采用这种测量装置，完成最终测量需要开舱并抽真空多次，造成试验周期长、试验成本高。又由于测量过程在多次点火中断续完成，外界干扰因素对测量有效性具有较大影响。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种胶体微推力器束流发散角测量的系统和方法，其将基于固定距离、多种尺寸收集盘的测量方法变为基于可调距离、单一尺寸收集盘的测量方法，不需要多次开舱并抽真空，可以显著降低试验成本，保证试验有效性。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种胶体微推力器束流发散角测量系统，测量系统安装在真空舱中，其特征在于，测量系统包括：带电粒子收集盘、推力器支架、底板、移动组件和测控组件；被测的胶体微推力器通过推力器支架安装在底板上，带电粒子收集盘绝缘安装在移动组件上；胶体微推力器喷口与带电粒子收集盘探测面相对，且平行；带电粒子收集盘圆心在胶体微推力器喷口中心轴线的延长线上；带电粒子收集盘在移动组件的带动下可沿胶体微推力器喷口中心轴线的延长线运动；移动组件和带电粒子收集盘均连接测控组件；

在测量过程中，测控组件通过移动组件控制带电粒子收集盘与胶体微推力器喷口之间的距离由大到小变化，并记录不同距离下由带电粒子收集盘采集到的电流值；获取最大电流值首次出现时对应的距离，记为L；通过距离L值、收集盘直径d_c及推力器喷口直径d₀，计算出胶体微推力器束流发散角α：

优选地，所述移动组件包括滑块、步进电机、滑块支架、丝杠；带电粒子收集盘绝缘安装在滑块上，滑块可滑动的安装在滑块支架上，滑块与丝杠上的丝杠螺母相连，丝杠受步进电机驱动。

优选地，测控组件中包含偏置电源，为带电粒子收集盘提供偏置电压。

优选地，带电粒子收集盘为钼圆盘。

本发明还提供了一种胶体微推力器束流发散角测量方法，包括如下步骤：

在数据采集阶段，真空舱抽真空，胶体微推力器点火后，控制带电粒子收集盘与胶体微推力器喷口之间的距离由大到小变化，在变化过程中，记录不同距离下由带电粒子收集盘采集到的电流值；

在数据处理阶段，从采集数据中提取最大电流值首次出现时对应的距离，记为L；通过距离L值、收集盘直径d_c及推力器喷口直径d₀，计算出胶体微推力器束流发散角α：

有益效果：

本发明与传统的测量方法相比，杜绝了束流发散角测量过程中开舱的情况，只需一次点火即可完成整个测试过程，提高了测试方法有效性，降低了试验成本。而且与采用多种尺寸收集盘的测量方法相比，步进电机的步进量可以调节的很小，从而使得测量结果更为精确。

附图说明

图1胶体微推力器束流发散角测量系统总图。

其中，1-带电粒子的收集盘，2-滑块，3-步进电机，4-底板，5-滑块支架，6-丝杠，7-推力器支架，8-胶体微推力器，9-偏置电源，10-测控单元，11-测试计算机，01,02,03,04,05,06,07-测试用电缆。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种胶体微推力器束流发散角测量方案，其基本思想是，只使用一种尺寸的收集盘，通过变化收集盘与胶体微推力器之间的距离，从而等效改变收集盘的大小，当收集盘上首次出现最大电流值时，利用此时对应的距离L，结合收集盘直径d_c及推力器喷口直径d₀，计算出胶体微推力器束流发散角(全角)。

该方案通过距离变化实现测量，真空舱仅抽一次真空、推力器仅进行一次点火，便能完成束流发散角测量，降低了试验成本，提高了测量结果有效性。

该方案的具体实现过程为：

步骤一、构建束流发散角测量系统。

如图1所示，束流发散角测量系统包括带电粒子收集盘1(以下简称收集盘)、滑块2、步进电机3、底板4、滑块支架5、丝杠6、偏置电源9、测控单元10及测试计算机11。其中，收集盘1可以采用钼圆盘。滑块2、步进电机3、底板4、滑块支架5、丝杠6共同构成了移动组件，测控单元10、偏置电源9、测试计算机11共同构成了测控组件。

被测的胶体微推力器8通过推力器支架7安装在底板4上；收集盘1绝缘安装在滑块2上，滑块2可滑动的安装在滑块支架5(滑轨)上；滑块2与丝杠6上的丝杠螺母(图中未示出)相连，随丝杠螺母沿丝杠直线运动，丝杠6受步进电机3驱动；胶体微推力器8喷口与收集盘1探测面相对，且平行；收集盘1圆心在胶体微推力器8喷口中心轴线的延长线上。

收集盘1和步进电机3通过导线连接测控单元10。偏置电源9通过测控单元10为收集盘1提供偏置电压，测控单元10还通过测试信号线获得收集盘1采集的数据，发送给测试计算机11。测控单元10还连接步进电机3仅进行运动控制。

步骤二、通过实验进行数据采集。

真空舱抽真空，胶体微推力器点火后，实验开始，通过步进电机3控制收集盘1与胶体微推力器8喷口之间距离按由大到小的原则变化，同时记录不同距离下由收集盘1采集到的电流值。成对记录距离和电流值。在实验数据采集过程中，真空舱保持真空，胶体微推力器不用再次点火。

步骤三、实验数据处理。

完成实验后，获取最大电流值首次出现时对应的距离，记为L。

步骤四、束流发散角计算。

通过距离L值、收集盘直径d_c及推力器喷口直径d₀，根据公式(1)计算出胶体微推力器束流发散角α(全角)：

至此，本流程结束。

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 (5)

1.一种胶体微推力器束流发散角测量系统，测量系统安装在真空舱中，其特征在于，测量系统包括：带电粒子收集盘(1)、推力器支架(7)、底板(4)、移动组件和测控组件；被测的胶体微推力器通过推力器支架(7)安装在底板(4)上，带电粒子收集盘(1)绝缘安装在移动组件上；胶体微推力器(8)喷口与带电粒子收集盘(1)探测面相对，且平行；带电粒子收集盘(1)圆心在胶体微推力器(8)喷口中心轴线的延长线上；带电粒子收集盘(1)在移动组件的带动下可沿胶体微推力器(8)喷口中心轴线的延长线运动；移动组件和带电粒子收集盘(1)均连接测控组件；

在测量过程中，测控组件通过移动组件控制带电粒子收集盘(1)与胶体微推力器(8)喷口之间的距离由大到小变化，并记录不同距离下由带电粒子收集盘(1)采集到的电流值；获取最大电流值首次出现时对应的距离，记为L；通过距离L值、收集盘直径d_c及推力器喷口直径d₀，计算出胶体微推力器束流发散角α：

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述移动组件包括滑块(2)、步进电机(3)、滑块支架(5)、丝杠(6)；带电粒子收集盘(1)绝缘安装在滑块(2)上，滑块(2)可滑动的安装在滑块支架(5)上，滑块(2)与丝杠(6)上的丝杠螺母相连，丝杠(6)受步进电机(3)驱动。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，测控组件中包含偏置电源(9)，为带电粒子收集盘(1)提供偏置电压。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，带电粒子收集盘(1)为钼圆盘。

5.一种胶体微推力器束流发散角测量方法，其特征在于，

在数据采集阶段，真空舱抽真空，胶体微推力器点火后，控制带电粒子收集盘与胶体微推力器喷口之间的距离由大到小变化，在变化过程中，记录不同距离下由带电粒子收集盘采集到的电流值；

在数据处理阶段，从采集数据中提取最大电流值首次出现时对应的距离，记为L；通过距离L值、收集盘直径d_c及推力器喷口直径d₀，计算出胶体微推力器束流发散角α：