CN111042999B - 一种包含点火自动计数装置的脉冲等离子体推力器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种包含点火自动计数装置的脉冲等离子体推力器系统，能够为脉冲等离子体推力器的点火进行准确的计数。该系统包括：脉冲等离子体推力器，包括点火系统和推进剂，所述点火系统包括火花塞和阴极、阳极以及主电容；地面电源系统，包括脉冲发生器和电源，所述电源用于为所述推进器提供能量，所述电源的两极分别连接至推力器的所述阴极和阳极，而所述脉冲发生器则连接至推力器的火花塞；以及点火自动计数装置，包括光电转换装置和两个双显脉冲计数器，光电转换装置与一个双显脉冲计数器a相连，所述地面电源系统中的脉冲发生器与另一个脉冲双显计数器b相连。本发明能够实时准确的记录脉冲等离子体推力器主电容放电次数，节省人力，减小试验误差；为脉冲等离子体推力器长寿命试验提供保障；同时脉冲等离子体推力器的点火信号产生次数和主电容放电次数，为脉冲等离子体推力器放电稳定性分析提供依据。

Description

一种包含点火自动计数装置的脉冲等离子体推力器系统
技术领域
本发明属于航空航天领域，具体涉及一种包含点火自动计数装置的脉冲等离子体推力器系统。
背景技术
随着微小卫星技术在诸多民用航天领域的发展，人们对其推进系统提出了轻质量、低功耗及精确可控等严苛的要求。脉冲等离子体推力器具有较高的技术成熟度且可满足微小卫星对推进系统的要求。脉冲等离子体推力器是以脉冲方式进行工作的，其主电容放电次数和接收到点火信号后主电容是否成功放电是评估脉冲等离子体推力器性能的重要参数。同时，脉冲等离子体推力器的推进剂单次烧蚀质量仅为几微克，难以测量。因此一般选用多次点火求平均值的方式计算推进剂单次烧蚀质量，这就使得准确记录脉冲等离子体推力器主电容放电次数变得十分重要。
脉冲等离子体推力器的点火频率约为1Hz，在进行寿命试验时通常要点火几十万次或几百万次，不可能以人工的方式进行点火放电计数。因此需要设计一套脉冲等离子体推力器点火自动计数装置，为脉冲等离子体推力器的性能研究提供准确数据。
发明内容
本发明提出了一种包含点火自动计数装置的脉冲等离子体推力器系统，能够为脉冲等离子体推力器的点火进行准确的计数。该系统包括：
脉冲等离子体推力器，包括点火系统和推进剂，所述点火系统包括火花塞和阴极、阳极以及主电容；
地面电源系统，包括脉冲发生器和电源，所述电源用于为所述推进器提供能量，所述电源的两极分别连接至推力器的所述阴极和阳极，而所述脉冲发生器则连接至推力器的火花塞；
以及
点火自动计数装置，包括光电转换装置和两个双显脉冲计数器，光电转换装置与一个双显脉冲计数器a相连，所述地面电源系统中的脉冲发生器与另一个脉冲双显计数器b相连。
进一步地，所述火花塞连接至阴极，所述推进剂放置在阴极和阳极之间。
进一步地，所述推力器放置在真空仓内，并且在真空仓上开设有观察窗，所述光电转换装置的光电三极管正对着该观察窗。
进一步地，所述光电转换装置的电路包括光电三极管、第一三极管T1和第二三极管T2以及多个电阻，并且所述光电三极管的光敏接收端作为基极。
进一步地，所述自动计数装置设置在三脚架上，通过改变三脚架的高度和摆放位置，使光电三极管的光敏接收端透过真空舱的观察窗，正对脉冲等离子体推力器的放电通道。
本发明具有以下有益效果：
1、实时准确的记录脉冲等离子体推力器主电容放电次数，节省人力，减小试验误差；
2、该装置可长时间稳定工作，并且计数掉电不丢失，为脉冲等离子体推力器长寿命试验提供保障；
3、该装置可同时脉冲等离子体推力器的点火信号产生次数和主电容放电次数，为脉冲等离子体推力器放电稳定性分析提供依据。
附图说明
图1包含脉冲等离子体推力器点火自动计数装置的系统示意图。
图2本发明的脉冲等离子体推力器点火自动计数装置的光电转换装置的电路图
具体的实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
参见图1，本发明的系统包括三大部分，分别是自动计数装置、地面电源系统以及推力器。具体地，地面电源系统包括脉冲发生器和电源，电源用于为推进器提供能量，电源的两极分别连接至推力器的阴极和阳极，而脉冲发生器则连接至推力器的火花塞。脉冲等离子体推力器设置在真空仓内，主要包括点火系统和推进剂，点火系统包括火花塞和阴极、阳极以及主电容，火花塞连接至阴极，推进剂放置在阴极和阳极之间。推力器放置在真空仓内，在真空仓上开设有观察窗。光电转换装置的光电三极管正对着该观察窗。
脉冲等离子体推力器点火自动计数装置主要包括光电转换装置和两个双显脉冲计数器。其中，光电转换装置与一个双显脉冲计数器a相连，地面电源系统中的脉冲发生器与另一个脉冲双显计数器b相连。
图2是本发明中光电转换装置的电路图。由图2可知，该电路包括光电三极管、第一三极管T1和第二三极管T2以及多个电阻。光电三极管的光敏接收端作为基极，当该接收端接收到光信号时，会引起三极管的饱和导通。因此，由于当脉冲等离子体推力器在正常工作状态下点火放电时会有很强的光亮出现，而没有成功点火的时候只有在火花塞处有微弱的光出现。因此，当推力器正常点火时，光电三极管导通，此时第一三极管T1的基级电压大于开启电压Uon，第一三极管T1处于管导通状态；同时第二三极管T2管的基极电压为0，此时第二三极管T2的基极电压小于开启电压Uon，因此其处于关断状态，因此在输出端会输出一个幅值与输入电压相等的电压信号。
由于脉冲等离子体推力器点火频率为1Hz，所以输出端产生的也是1Hz脉冲信号，脉冲信号的脉宽与光敏接收端接收到的光信号强度相关，光信号越强，脉冲信号的脉宽越大。脉冲等离子体推力器点火成功时，主电容放电产生很强的光亮，光电转换装置输出的脉冲信号脉宽超过脉冲双显计数器a的下限截止脉宽，脉冲双显计数器a就会显示加1。当脉冲等离子体推力器点火不正常时，脉冲等离子体推力器的火花塞只会出现微弱的电火花光亮，光电转换装置输出的脉冲信号脉宽小于脉冲双显计数器a的下限截止脉宽，脉冲双显计数器a显示的数不会加1。
与此同时，由于脉冲发生器与脉冲双显计数器b相连，因此不管点火是否成功，脉冲双显计数器b的读数都会加1。因此，根据脉冲双显计数器a和脉冲双显计数器b的读数即可得知总的点火次数以及成功的点火次数。
在实际试验时，可以将自动计数装置设置在三脚架上，通过改变三脚架的高度和摆放位置，使光电三极管的光敏接收端透过真空舱的观察窗，正对脉冲等离子体推力器的放电通道。光电转换装置与脉冲双显计数器a通过电缆相连，地面电源系统的脉冲发生器与脉冲双显计数器b相连。随后接通自动计数装置电源，打开光电转换装置的电源开关。当脉冲等离子体推力器工作时，脉冲发生器将点火信号传递到脉冲双显计数器b上，记录总点火次数，光电转换装置将接收到的光信号转换为电信号传递给脉冲双显计数器a，记录主电容成功放电次数。暂停试验时，可关闭光电转换装置2上的电源开关，保证装置在移动中不会被其他光源干扰。利用脉冲双显计数器的计数掉电不丢失功能，可对脉冲等离子体推力器进行间断行计数。
以上已经对本发明的系统及装置做了充分完整的说明，本领域技术人员根据该系统及装置的具体部件及其连接关系能够实施本发明。

Claims (6)

1.一种包含点火自动计数装置的脉冲等离子体推力器系统，包括：
脉冲等离子体推力器，包括点火系统和推进剂，所述点火系统包括火花塞和阴极、阳极以及主电容；
地面电源系统，包括脉冲发生器和电源，所述电源用于为所述脉冲等离子体推力器提供能量，所述电源的两极分别连接至脉冲等离子体推力器的所述阴极和阳极，而所述脉冲发生器则连接至脉冲等离子体推力器的火花塞；
其特征在于，还包括
点火自动计数装置，包括光电转换装置和两个双显脉冲计数器，光电转换装置与一个双显脉冲计数器a相连，所述地面电源系统中的脉冲发生器与另一个脉冲双显计数器b相连。
2.根据权利要求1所述的一种包含点火自动计数装置的脉冲等离子体推力器系统，其特征在于：
所述火花塞连接至阴极，所述推进剂放置在阴极和阳极之间。
3.根据权利要求1所述的一种包含点火自动计数装置的脉冲等离子体推力器系统，其特征在于：
所述脉冲等离子体推力器放置在真空仓内，并且在真空仓上开设有观察窗，所述光电转换装置的光电三极管正对着该观察窗。
4.根据权利要求2所述的一种包含点火自动计数装置的脉冲等离子体推力器系统，其特征在于：
所述脉冲等离子体推力器放置在真空仓内，并且在真空仓上开设有观察窗，所述光电转换装置的光电三极管正对着该观察窗。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种包含点火自动计数装置的脉冲等离子体推力器系统，其特征在于：
所述光电转换装置的电路包括光电三极管、第一三极管T1和第二三极管T2以及多个电阻，并且所述光电三极管的光敏接收端作为基极。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的一种包含点火自动计数装置的脉冲等离子体推力器系统，其特征在于：
所述点火自动计数装置设置在三脚架上，通过改变三脚架的高度和摆放位置，使光电三极管的光敏接收端透过真空舱的观察窗，正对脉冲等离子体推力器的放电通道。
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