CN111322213B - 一种可变间距的压电栅极 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可变间距的压电栅极，包括带有卡头的屏栅极、带有卡头的环形隔热绝缘陶瓷套、环形隔热绝缘陶瓷片、环形压电陶瓷、压电陶瓷驱动电源和加速栅极，环形隔热绝缘陶瓷套套设在屏栅极上，且环形隔热绝缘陶瓷套的卡头与屏栅极的卡头相配合，环形压电陶瓷套设在环形隔热绝缘陶瓷套上，环形隔热绝缘陶瓷片设置在环形压电陶瓷的顶部，环形压电陶瓷的底端与环形隔热绝缘陶瓷套的卡头固定，环形压电陶瓷的顶端与环形隔热绝缘陶瓷片固定，并在两端的高温固化导电胶中各加入一根导线，两根导线的另一端均与压电陶瓷驱动电源连接。本发明利用压电陶瓷来改变栅极之间的距离，匹配因推力改变所需的电压变化，从而保持栅极的离子光学束流聚焦状态。

Description

一种可变间距的压电栅极
技术领域
本发明属于空间推进技术领域，尤其是涉及一种可变间距的压电栅极。
背景技术
近年来，空间引力波探测正在成为精密测量物理研究的前沿。为抑制太阳风、太阳光压等外部干扰引起的测量噪声，基于高精度无拖曳控制的卫星姿态和轨道控制技术对卫星微推进系统提出了极高的要求。离子推进器凭借其高比冲、推力变化范围广、技术成熟等优点，成为卫星的推进器首选。但是，为了使航天器的姿态控制及位置保持做到十分精确，离子推进器需要变推力来满足任务需求。离子推进器是通过改变电压来实现推力的改变，由于栅极的离子光学束流聚焦状态由栅极间距和电压决定，为了维持栅极的离子光学束流聚焦状态，栅极间距也需随电压变化，然而目前还没有行之有效的变间距栅极实现的策略。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种可变间距的压电栅极，利用压电陶瓷材料的逆压电效应产生的轴向伸缩位移来改变栅极之间的距离，进而匹配因推力改变所需的电压变化，从而保持栅极的离子光学束流聚焦状态。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种可变间距的压电栅极，包括带有卡头的屏栅极、带有卡头的环形隔热绝缘陶瓷套、环形隔热绝缘陶瓷片、环形压电陶瓷、压电陶瓷驱动电源和加速栅极，
所述的屏栅极固定在推进器的主体上，所述的环形隔热绝缘陶瓷套套设在屏栅极上，且环形隔热绝缘陶瓷套的卡头与屏栅极的卡头相配合，通过高温固化绝缘胶将环形隔热绝缘陶瓷套粘结到屏栅极上，所述的环形压电陶瓷套设在带有卡头的环形隔热绝缘陶瓷套上，所述的环形隔热绝缘陶瓷片设置在环形压电陶瓷的顶部，所述的环形压电陶瓷的底端通过高温固化导电胶一与环形隔热绝缘陶瓷套的卡头粘结固定，环形压电陶瓷的顶端通过高温固化导电胶二与环形隔热绝缘陶瓷片粘结，并在两端的高温固化导电胶一和高温固化导电胶二中各加入一根导线，两根导线的另一端均与压电陶瓷驱动电源连接，所述的加速栅极通过高温固化绝缘胶与环形隔热绝缘陶瓷片粘结固定。
进一步的，所述屏栅极、环形隔热绝缘陶瓷套、环形压电陶瓷和环形隔热绝缘陶瓷片同轴线设置。
进一步的，屏栅极的卡头设置在屏栅极的底端，且一体成型设置；环形隔热绝缘陶瓷套的卡头设置在环形隔热绝缘陶瓷套的底端，且一体成型设置。
进一步的，环形隔热绝缘陶瓷套的顶端与屏栅极的顶端平齐设置。
进一步的，所述环形隔热绝缘陶瓷片的底端与屏栅极的顶端平齐设置。
进一步的，所述环形压电陶瓷的厚度为1cm，轴向长度为2cm。
进一步的，所述屏栅极与加速栅极两者之间的初始间距为0.25mm。
进一步的，所述屏栅极通过螺栓连接到推进器主体上。
相对于现有技术，本发明所述的一种可变间距的压电栅极具有以下优势：
压电陶瓷具有响应快、电场控制简单、线性度好等优点，本发明在屏栅极与加速栅极之间放入压电陶瓷片，利用压电陶瓷材料的逆压电效应产生的轴向伸缩位移来改变栅极之间的距离，进而匹配因推力改变所需的电压变化，从而保持栅极的离子光学束流聚焦状态。
屏栅极带有的卡头可定位导电陶瓷；带卡头的环形隔热绝缘陶瓷/环形隔热绝缘陶瓷片将环形压电陶瓷与带电的屏栅/加速栅隔离，使其不受影响；同时还能隔热保护高温固化导电胶；高温固化导电胶、电源及导线配合使用，可是导电陶瓷轴向两侧产生电压。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种离子推进器的可变间距的压电栅极的结构示意图；
图2为本发明实施例所述的带卡头的屏栅极的正视图；
图3为本发明实施例所述的带卡头的屏栅极的俯视图；
图4为图1中A处局部放大图。
附图标记说明：
1-屏栅极，2-高温固化绝缘胶，3-环形隔热绝缘陶瓷套，4-高温固化导电胶一，5-压电陶瓷驱动电源，6-环形压电陶瓷，7-环形隔热绝缘陶瓷片，8-加速栅极，9-高温固化导电胶二。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1-图4所示，一种可变间距的压电栅极，包括带有卡头的屏栅极1、带有卡头的环形隔热绝缘陶瓷套3、环形隔热绝缘陶瓷片7、环形压电陶瓷6、压电陶瓷驱动电源5和加速栅极8，
所述的屏栅极1通过螺栓固定在推进器的主体上，所述的环形隔热绝缘陶瓷套3套设在屏栅极1上，且环形隔热绝缘陶瓷套3的卡头与屏栅极1的卡头相配合，通过高温固化绝缘胶2将环形隔热绝缘陶瓷套3粘结到屏栅极1上，所述的环形压电陶瓷6套设在带有卡头的环形隔热绝缘陶瓷套3上，所述的环形隔热绝缘陶瓷片7设置在环形压电陶瓷6的顶部，所述的环形压电陶瓷6的底端通过高温固化导电胶一4与环形隔热绝缘陶瓷套3的卡头粘结固定，环形压电陶瓷6的顶端通过高温固化导电胶二9与环形隔热绝缘陶瓷片7粘结，并在两端的高温固化导电胶一4和高温固化导电胶二9中各加入一根导线，两根导线的另一端均与压电陶瓷驱动电源5连接，所述的加速栅极8通过高温固化绝缘胶2与环形隔热绝缘陶瓷片7粘结固定。
屏栅极1、环形隔热绝缘陶瓷套3、环形压电陶瓷6和环形隔热绝缘陶瓷片7同轴线设置。
屏栅极1的卡头设置在屏栅极1的底端，且一体成型设置；环形隔热绝缘陶瓷套3的卡头设置在环形隔热绝缘陶瓷套3的底端，且一体成型设置，便于安装。
环形隔热绝缘陶瓷套3的顶端与屏栅极1的顶端平齐设置，便于安装。所述环形隔热绝缘陶瓷片7的底端与屏栅极1的顶端平齐设置，便于安装。
环形压电陶瓷6的厚度为1cm，轴向长度为2cm。屏栅极1与加速栅极8两者之间的初始间距为0.25mm，可使栅极实现0.25mm±0.05mm的间距变化。本申请采用厚1cm，轴向长2cm的环形压电陶瓷6，可使栅极以1μm精度实现0.25mm±0.05mm的间距变化，进而匹配离子推进器以0.1μN精度实现1μN-100μN的变化要求。
压电陶瓷驱动电源5与控制中心电连接，控制中心的电信号控制压电驱动电源5的电压的输出，从而控制环形压电陶瓷6的轴向的位移。
本发明的工作原理为：
当离子推进器改变推力时，控制中心发出相应信号给专用的压电陶瓷驱动电源5使其通过导线与高温固化导电胶4在环形压电陶瓷6的轴向两侧产生对应电压，利用压电陶瓷材料的逆压电效应，使环形压电陶瓷6在轴向产生伸缩位移，由于环形压电陶瓷6左右两端分别与屏栅极1和加速栅8紧密相连，因此产生的轴向伸缩位移即为栅极之间的所需的距离变化，进而使得屏栅极1与加速栅极8两者之间的间距满足离子光学束流聚焦要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (8)

1.一种可变间距的压电栅极，其特征在于：包括带有卡头的屏栅极(1)、带有卡头的环形隔热绝缘陶瓷套(3)、环形隔热绝缘陶瓷片(7)、环形压电陶瓷(6)、压电陶瓷驱动电源(5)和加速栅极(8)，
所述的屏栅极(1)固定在推进器的主体上，所述的环形隔热绝缘陶瓷套(3)套设在屏栅极(1)上，且环形隔热绝缘陶瓷套(3)的卡头与屏栅极(1)的卡头相配合，通过高温固化绝缘胶(2)将环形隔热绝缘陶瓷套(3)粘结到屏栅极(1)上，所述的环形压电陶瓷(6)套设在带有卡头的环形隔热绝缘陶瓷套(3)上，所述的环形隔热绝缘陶瓷片(7)设置在环形压电陶瓷(6)的顶部，所述的环形压电陶瓷(6)的底端通过高温固化导电胶一(4)与环形隔热绝缘陶瓷套(3)的卡头粘结固定，环形压电陶瓷(6)的顶端通过高温固化导电胶二(9)与环形隔热绝缘陶瓷片(7)粘结，并在两端的高温固化导电胶一(4)和高温固化导电胶二(9)中各加入一根导线，两根导线的另一端均与压电陶瓷驱动电源(5)连接，所述的加速栅极(8)通过高温固化绝缘胶(2)与环形隔热绝缘陶瓷片(7)粘结固定。
2.根据权利要求1所述的一种可变间距的压电栅极，其特征在于：所述屏栅极(1)、环形隔热绝缘陶瓷套(3)、环形压电陶瓷(6)和环形隔热绝缘陶瓷片(7)同轴线设置。
3.根据权利要求1所述的一种可变间距的压电栅极，其特征在于：屏栅极(1)的卡头设置在屏栅极(1)的底端，且一体成型设置；环形隔热绝缘陶瓷套(3)的卡头设置在环形隔热绝缘陶瓷套(3)的底端，且一体成型设置。
4.根据权利要求3所述的一种可变间距的压电栅极，其特征在于：环形隔热绝缘陶瓷套(3)的顶端与屏栅极(1)的顶端平齐设置。
5.根据权利要求4所述的一种可变间距的压电栅极，其特征在于：所述环形隔热绝缘陶瓷片(7)的底端与屏栅极(1)的顶端平齐设置。
6.根据权利要求1所述的一种可变间距的压电栅极，其特征在于：所述环形压电陶瓷(6)的厚度为1cm，轴向长度为2cm。
7.根据权利要求6所述的一种可变间距的压电栅极，其特征在于：所述屏栅极(1)与加速栅极(8)两者之间的初始间距为0.25mm。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种可变间距的压电栅极，其特征在于：所述屏栅极(1)通过螺栓连接到推进器主体上。
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