CN113092124B - 一种栅极间距可调整的阻滞势分析仪 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种栅极间距可调整的阻滞势分析仪，包括外壳，外壳具有第一安装槽，外壳前端具有第一通孔；第一安装槽内安装第一绝缘圈、入口栅极、第二绝缘圈、电子屏蔽栅极、第三绝缘圈、第四绝缘圈、离子能量扫描栅极、第五绝缘圈、收集极；离子能量扫描栅极固装于第四绝缘圈，第一安装槽内可转动地固装调节杆，调节杆与第四绝缘圈螺纹连接，调节杆可控制第四绝缘圈和离子能量扫描栅极轴向移动。本申请电子屏蔽栅‑离子能量扫描栅间距可调，在同一种等离子体发生装置不同流场位置测量精度将会提高，有效降低系统误差；在不同型号等离子体发生装置之间的诊断中不需要对分析仪重新设计，只需要根据仿真结果改变间距即可进行诊断，适用性好。

Description

一种栅极间距可调整的阻滞势分析仪

技术领域

本公开涉及航空航天技术领域，尤其涉及一种栅极间距可调整的阻滞势分析仪。

背景技术

离子推力器、霍尔推力器、电喷雾推力器等空间推力器因其较高的比冲、较长的寿命和较小的系统质量而广泛应用于航天器轨道控制和星际航行中。准确获取电推力器真空羽流参数对评估电推力器和航天器性能是至关重要的；电推力器真空羽流主要包含等离子体，等离子体中又含一价离子、二价离子、电子和中性气体分子等，得到电推进真空羽流中离子能量分布是评估电推力器寿命及其羽流效应的重要指标。

阻滞势分析仪(RPA)是一种适用于电推进羽流等离子体接触式诊断试验仪器，阻滞势分析仪可以用来诊断电推进羽流中离子能量的分布，并得到束流区、返流区的离子能量特性，对电推力器的设计、寿命评估等方面起着至关重要的作用。阻滞势分析仪主体结构一般为单端开口的管状结构，为阻滞势分析仪的入口，从RPA探针入口上游至下游分别是入口栅、电子屏蔽栅、离子能量扫描栅以及收集极，栅极以及收集极间用绝缘垫圈相互隔离开来，已达到在高压条件下的工作稳定性。到达收集极的运动离子在阻滞势分析仪测量回路内形成离子电流。收集极上所获得的离子电流随离子能量扫描栅电势的变化而变化，并且将施加的扫描偏置电压作为水平轴，测得离子电流作为垂直轴，即可得到一条随扫描电压而改变收集电流的伏安特性曲线。对该变化曲线进行滤波、平滑、求导等数据处理即可获得离子能量分布函数。

在现有诊断流程中，不同的电推力器或离子源都会存在不同的空间等离子体特性和羽流参数，为了适应这些参数，在地面试验前都需要对各种探针进行适用性设计以及重新加工，即需要针对不同的电推力器或离子源重新设计对应的阻滞势分析仪(主要包括电子屏蔽栅-离子能量扫描栅间距的适应性设计)，造成了单一阻滞势分析仪对不同电推力器或离子源的适用性不好；另外，由于同一个羽流流场中不同位置的等离子体参数如离子密度、电子密度的不同，探针在不同的位置也会有着不同的使用精度，一般在设计流程中会先在仿真阶段中得到各位置的参数，并且从这些参数中选出最严峻的工作环境作为设计依据，由于电子屏蔽栅-离子能量扫描栅间距是依据最严峻工作环境设计得来，导致阻滞势分析仪在部分流场中的表现欠佳，时常在测量过程中出现”数据坏点”的现象，导致大部分测点中存在系统误差。导致阻滞势分析仪出现上述适用性不好以及系统误差问题的主要原因是在测量过程中阻滞势分析仪中的电子屏蔽栅-离子能量扫描栅间距不可调造成的。

因此，本申请提出一种栅极间距可调整的阻滞势分析仪。

发明内容

为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种栅极间距可调整的阻滞势分析仪。

本发明采用的技术方案是这样的：

一种栅极间距可调整的阻滞势分析仪，包括外壳，所述外壳具有第一安装槽，所述外壳前端具有第一通孔；

所述第一安装槽内安装有第一绝缘圈、入口栅极、第二绝缘圈、电子屏蔽栅极、第三绝缘圈、第四绝缘圈、离子能量扫描栅极、第五绝缘圈、收集极；

所述离子能量扫描栅极固定安装于所述第四绝缘圈上，所述第一安装槽内可转动地固定安装有调节杆，所述调节杆与所述第四绝缘圈螺纹连接，所述调节杆可控制所述第四绝缘圈和所述离子能量扫描栅极轴向移动。

优选地，所述调节杆包括螺纹部和直杆部，所述螺纹部与所述第四绝缘圈螺纹连接，所述螺纹部的外径大于所述直杆部的外径，所述螺纹部位于所述第五绝缘圈前方。

优选地，所述离子能量扫描栅极通过第六绝缘圈可拆卸地压装于所述第四绝缘圈。

优选地，所述第四绝缘圈具有侧壁和第二安装槽，所述调节杆与所述侧壁螺纹连接，所述第六绝缘圈固定安装于所述第二安装槽内。

优选地，所述收集极通过第七绝缘圈可拆卸地压装于所述第五绝缘圈。

优选地，所述第七绝缘圈具有沉孔，所述第七绝缘圈通过沉头螺钉与所述第五绝缘圈固定连接；

所述入口栅极压装固定在所述第一绝缘圈和第二绝缘圈之间，所述电子屏蔽栅极压装固定在所述第二绝缘圈和第三绝缘圈之间，所述第三绝缘圈具有沉孔，所述第一绝缘圈、第二绝缘圈、第三绝缘圈通过沉头螺钉与所述外壳固定连接；

所述第四绝缘圈具有沉孔，所述第四绝缘圈通过沉头螺钉与所述第六绝缘圈固定连接。

优选地，所述外壳后端可拆卸地固定安装后座，所述外壳后端具有第一限位缺槽，所述后座具有第二限位缺槽，所述调节杆后端具有环形限位部和环形限位槽，所述环形限位部的边沿延伸进所述第一限位缺槽和第二限位缺槽内，所述后座螺纹连接有固定圈，所述固定圈的边沿延伸进所述环形限位槽内。

优选地，外壳内部开设有限位凹槽，所述调节杆前端延伸进所述限位凹槽内。

优选地，所述第一安装槽内可转动地固定安装有4根所述调节杆，4根所述调节杆沿所述第四绝缘圈周向均布。

优选地，所述后座通过锁紧螺钉与所述外壳可拆卸固定连接。

综上所述，本申请的一种栅极间距可调整的阻滞势分析仪由于电子屏蔽栅-离子能量扫描栅之间的间距能够可控调整，在同一种等离子体发生装置中的不同流场位置的测量精度将会提高，一定程度上减缓”数据坏点”的现象，有效降低系统误差；在不同型号的等离子体发生装置之间的诊断中也不需要对阻滞势分析仪进行重新设计，只需要根据仿真结果改变电子屏蔽栅-离子能量扫描栅之间的间距即可进行高精度的诊断，适用性好。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是本发明仰视图；

图2是本发明图1中A-A剖视图；

图3是本发明图1中B-B剖视图；

图4是本发明中外壳的剖视图；

图5是本发明中调节杆剖视图；

图6是图2中A处放大图；

图7是本发明中第四绝缘圈的剖视图；

图8是本发明中后座与固定圈配合的剖视图；

图9是本发明中外壳、调节杆、后座、固定圈配合的剖视图。

图中标记：1为外壳、2为第一安装槽、3为第一通孔、4为第一绝缘圈、5为入口栅极、6为第二绝缘圈、7为电子屏蔽栅极、8为第三绝缘圈、9为第四绝缘圈、10为离子能量扫描栅极、11为第五绝缘圈、12为收集极、13为调节杆，14为螺纹部，15为直杆部，16为第六绝缘圈、17为侧壁，18为第二安装槽，19为第七绝缘圈、20为后座，21为第一限位缺槽，22为第二限位缺槽，23为环形限位部，24为环形限位槽，25为固定圈，26为限位凹槽，27为锁紧螺钉，28为沉头螺钉。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。

实施例1

如图1至4所示，一种栅极间距可调整的阻滞势分析仪，包括外壳1，外壳1具有第一安装槽2，外壳1前端具有第一通孔3；

第一安装槽2内安装有第一绝缘圈4、入口栅极5、第二绝缘圈6、电子屏蔽栅极7、第三绝缘圈8、第四绝缘圈9、离子能量扫描栅极10、第五绝缘圈11、收集极12；第一绝缘圈4、第二绝缘圈6、第三绝缘圈8、第四绝缘圈9、第五绝缘圈11均具有第二通孔，第二通孔与第一通孔3对齐且孔径相同，第一通孔3、入口栅极5、电子屏蔽栅极7、离子能量扫描栅极10、收集极12从前往后依次对准；第一绝缘圈4、第二绝缘圈6、第三绝缘圈8、第四绝缘圈9、第五绝缘圈11为圆环状，入口栅极5、电子屏蔽栅极7、离子能量扫描栅极10、收集极12为圆形状；

离子能量扫描栅极10固定安装于第四绝缘圈9上，第一安装槽2内可转动地固定安装有调节杆13，调节杆13与第四绝缘圈9螺纹连接，调节杆13可控制第四绝缘圈9和离子能量扫描栅极10轴向移动；调节杆13连接伺服电机，通过伺服电机控制调节杆13正向或反向转动，进而实现将调节杆13的转动运动转换为第四绝缘圈9和离子能量扫描栅极10的直线运动，即实现第四绝缘圈9和离子能量扫描栅极10的轴向移动，以达到转动调节杆13调节电子屏蔽栅极7与离子能量扫描栅极10之间间距的目的，使阻滞势分析仪在不同的等离子体环境中都能拥有最佳的电子屏蔽栅-离子能量扫描栅间距(包括同一种等离子体发生器的不同流场位置或是不同等离子发生器的各种流场中)，调节杆13与第五绝缘圈11之间具有间隙，调节杆13的转动不会影响第五绝缘圈11。

实施例2

如图2、5、6所示，在实施例1的基础上，调节杆13包括螺纹部14和直杆部15，螺纹部14与第四绝缘圈9螺纹连接，螺纹部14的外径大于直杆部15的外径，螺纹部14位于第五绝缘圈11前方，此处的“前方”即附图2中所示的“前”方；调节杆13设计为前述结构，节约主体用料，同时，螺纹部14不会对第五绝缘圈11形成干涉，不占用第五绝缘圈11的布置空间，减小调节杆13对第五绝缘圈11的影响，减小调节杆13对内部空间的占用率。

实施例3

如图2、6、7所示，在实施例2的基础上，离子能量扫描栅极10通过第六绝缘圈16可拆卸地压装于第四绝缘圈9，便于离子能量扫描栅极10的安装和拆卸操作，第六绝缘圈16为圆环状；进一步地，第四绝缘圈9具有侧壁17和第二安装槽18，调节杆13与侧壁17螺纹连接，第六绝缘圈16固定安装于第二安装槽18内，调节杆13的螺纹部14与侧壁17螺纹连接，进而通过调节杆13的旋转控制第四绝缘圈9和离子能量扫描栅极10轴向移动，第二安装槽18为第六绝缘圈16提供了稳定、可靠且合理的按区域。

进一步地，收集极12通过第七绝缘圈19可拆卸地压装于第五绝缘圈11，便于收集极12的安装和拆卸操作，第七绝缘圈19为圆环状；第六绝缘圈16、第七绝缘圈19均具有第二通孔，第二通孔与第一通孔3对齐且孔径相同，调节杆13与第七绝缘圈19之间具有间隙，调节杆13的转动不会影响第七绝缘圈19。

具体地，第七绝缘圈19具有沉孔，第七绝缘圈19通过沉头螺钉28与第五绝缘圈11固定连接；入口栅极5压装固定在第一绝缘圈4和第二绝缘圈6之间，电子屏蔽栅极7压装固定在第二绝缘圈6和第三绝缘圈8之间，第三绝缘圈8具有沉孔，第一绝缘圈4、第二绝缘圈6、第三绝缘圈8通过沉头螺钉28与外壳1固定连接；第四绝缘圈9具有沉孔，第四绝缘圈9通过沉头螺钉28与第六绝缘圈16固定连接；沉孔和沉头螺钉28的配合设计，不额外占用内部空间。

实施例4

如图1至5、8、9所示，在实施例1、实施例2或实施例3的基础上，外壳1后端通过锁紧螺钉27可拆卸地固定安装后座20，外壳1后端具有第一限位缺槽21，后座20具有第二限位缺槽22，调节杆13后端具有环形限位部23和环形限位槽24，环形限位部23的边沿延伸进第一限位缺槽21和第二限位缺槽22内，后座20螺纹连接有固定圈25，固定圈25的边沿延伸进环形限位槽24内，外壳1内部开设有限位凹槽26，调节杆13前端延伸进限位凹槽26内；第一限位缺槽21、第二限位缺槽22、环形限位部23、环形限位槽24、固定圈25之间的相互配合可对调节杆13形成轴向和周向限位，使得调节杆13在第一安装槽2内稳定可靠，调节杆13的转动调节过程稳定可靠；后座20具有沉孔，第五绝缘圈11通过沉头螺钉28与后座20固定连接；限位凹槽26对调节杆13前端形成进一步地的轴向和周向限位，使得调节杆13在第一安装槽2内更加稳定可靠，调节杆13的转动调节过程更加稳定可靠；

进一步地，第一安装槽2内可转动地固定安装有4根调节杆13，4根调节杆13沿第四绝缘圈9周向均布，采用了四根调节杆13来实现离子能量扫描栅极10的形位稳定性，保证栅极对中性能。

安装时，首先将编号第一绝缘圈4、入口栅极5、第二绝缘圈6、电子屏蔽栅极7、第三绝缘圈8、第四绝缘圈9、离子能量扫描栅极10、第六绝缘圈16所组成的”栅极部件”安装完后，套入外壳1，再将第五绝缘圈11、收集极12、第七绝缘圈19、后座20、固定圈25组成的”收集极12部件”安装完成后与调节杆13和固定圈25组合在合适的组合位置从后往前插入第一安装槽2，此时调节杆13和固定圈25并未达到最终安装位置，再通过锁紧螺钉27将外壳1与后座20固定，最后用手将调节杆13旋进第四绝缘圈9外侧的螺纹，安装妥当后将固定圈25旋紧，再将调节杆13拧松至第四绝缘圈9与第三绝缘圈8完全贴合即可，将调节杆13后端与伺服电机接口连接即可装配完成。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (8)

1.一种栅极间距可调整的阻滞势分析仪，其特征在于：包括外壳(1)，所述外壳(1)具有第一安装槽(2)，所述外壳(1)前端具有第一通孔(3)；

所述第一安装槽(2)内安装有第一绝缘圈(4)、入口栅极(5)、第二绝缘圈(6)、电子屏蔽栅极(7)、第三绝缘圈(8)、第四绝缘圈(9)、离子能量扫描栅极(10)、第五绝缘圈(11)、收集极(12)；

所述离子能量扫描栅极(10)固定安装于所述第四绝缘圈(9)上，所述第一安装槽(2)内可转动地固定安装有调节杆(13)，所述调节杆(13)与所述第四绝缘圈(9)螺纹连接，所述调节杆(13)可控制所述第四绝缘圈(9)和所述离子能量扫描栅极(10)轴向移动，转动调节杆(13)调节电子屏蔽栅极(7)与离子能量扫描栅极(10)之间间距；

所述外壳(1)后端可拆卸地固定安装后座(20)，所述外壳(1)后端具有第一限位缺槽(21)，所述后座(20)具有第二限位缺槽(22)，所述调节杆(13)后端具有环形限位部(23)和环形限位槽(24)，所述环形限位部(23)的边沿延伸进所述第一限位缺槽(21)和第二限位缺槽(22)内，所述后座(20)螺纹连接有固定圈(25)，所述固定圈(25)的边沿延伸进所述环形限位槽(24)内；

外壳(1)内部开设有限位凹槽(26)，所述调节杆(13)前端延伸进所述限位凹槽(26)内。

2.根据权利要求1所述的一种栅极间距可调整的阻滞势分析仪，其特征在于：所述调节杆(13)包括螺纹部(14)和直杆部(15)，所述螺纹部(14)与所述第四绝缘圈(9)螺纹连接，所述螺纹部(14)的外径大于所述直杆部(15)的外径，所述螺纹部(14)位于所述第五绝缘圈(11)前方。

3.根据权利要求2所述的一种栅极间距可调整的阻滞势分析仪，其特征在于：所述离子能量扫描栅极(10)通过第六绝缘圈(16)可拆卸地压装于所述第四绝缘圈(9)。

4.根据权利要求3所述的一种栅极间距可调整的阻滞势分析仪，其特征在于：所述第四绝缘圈(9)具有侧壁(17)和第二安装槽(18)，所述调节杆(13)与所述侧壁(17)螺纹连接，所述第六绝缘圈(16)固定安装于所述第二安装槽(18)内。

5.根据权利要求4所述的一种栅极间距可调整的阻滞势分析仪，其特征在于：所述收集极(12)通过第七绝缘圈(19)可拆卸地压装于所述第五绝缘圈(11)。

6.根据权利要求5所述的一种栅极间距可调整的阻滞势分析仪，其特征在于：所述第七绝缘圈(19)具有沉孔，所述第七绝缘圈(19)通过沉头螺钉(28)与所述第五绝缘圈(11)固定连接；

所述入口栅极(5)压装固定在所述第一绝缘圈(4)和第二绝缘圈(6)之间，所述电子屏蔽栅极(7)压装固定在所述第二绝缘圈(6)和第三绝缘圈(8)之间，所述第三绝缘圈(8)具有沉孔，所述第一绝缘圈(4)、第二绝缘圈(6)、第三绝缘圈(8)通过沉头螺钉(28)与所述外壳(1)固定连接；

所述第四绝缘圈(9)具有沉孔，所述第四绝缘圈(9)通过沉头螺钉(28)与所述第六绝缘圈(16)固定连接。

7.根据权利要求1所述的一种栅极间距可调整的阻滞势分析仪，其特征在于：所述第一安装槽(2)内可转动地固定安装有4根所述调节杆(13)，4根所述调节杆(13)沿所述第四绝缘圈(9)周向均布。

8.根据权利要求7所述的一种栅极间距可调整的阻滞势分析仪，其特征在于：所述后座(20)通过锁紧螺钉(27)与所述外壳(1)可拆卸固定连接。

Images