一種監測霍爾推力器羽流區產物組分的裝置的製作方法

2023-05-02 05:24:36 1

本發明涉及霍爾推力器產物組分的監測技術。

背景技術：

隨著衛星對壽命提出更高的要求，衛星推力器壽命的提高成為關鍵。傳統的衛星化學推力器，推力大，但比衝小，提高推力器壽命就必須增加衛星攜帶的化學燃料，從而增加了衛星發射成本並且會降低有效載荷。與傳統的化學推力器相比，電推力器具有體積小、質量輕、比衝高和壽命長等優勢，能夠降低衛星發射成本並且能夠滿足衛星的壽命要求，成為各國研究的熱點。

目前以霍爾推力器和離子推力器為主，已經有上百臺電推進器應用到衛星上，主要用於執行衛星變軌、姿態控制、南北軌道保持等任務。中國霍爾推力器也已經搭載衛星在軌驗證成功，主要工作機理是：在發動機的陽極和陰極間施加軸向的電場，由帶電線圈產生徑向方向的磁場，電子被磁場束縛，做周向的霍爾漂移，與通道內的中性原子碰撞，產生離子，離子被電場加速高速噴出從而產生推力。在霍爾推力器噴射出的羽流中包括了中性氣體、一價離子、二價離子以及電子。由於霍爾推力器主要依靠加速離子產生推力，因此對於羽流中離子成分比例的分析對提高霍爾推力器推力性能十分重要。推進器羽流和它的衛星、飛船的相互作用，對霍爾推力器的影響表現在：

1.中性氣體和快離子的碰撞會產生慢離子，慢離子會被沿徑向加速並且回流到推進器的前面從而對飛船造成腐蝕和電荷的積累。

2.由於霍爾推力器的羽流呈現等離子體狀態，對電磁波有屏蔽的作用，可能對飛船上的通信有影響。

因此對霍爾推力器羽流區產物組分的分析對於提高霍爾推力器性能的研究是必不可少的。

技術實現要素：

本發明的目的是為了滿足對霍爾推力器羽流區產物組分的分析需求，從而提供一種監測霍爾推力器羽流區產物組分的裝置。

本發明所述的一種監測霍爾推力器羽流區產物組分的裝置，包括高壓電源、陰極板、電極、真空室、濾波片、納秒級脈衝雷射器、iccd相機和計算機；

陰極板與電極相對、平行設置在真空室內，霍爾推力器羽流區位於陰極板與電極之間的區域內，高壓電源的偏置電壓輸出端連陰極板，高壓電源的零電位輸出端連電極；

納秒級脈衝雷射器出射的雷射垂直入射至陰極板，陰極板逸出電子束的射流方向與霍爾推力器羽流噴射方向垂直，電子與羽流區粒子碰撞產生螢光，iccd相機透過濾波片收集螢光，iccd相機連計算機。

優選的是，電極採用格柵實現，納秒級脈衝雷射器出射的雷射透過格柵垂直入射至陰極板。

優選的是，陰極板為金板或銅板。

優選的是，偏置電壓輸出端輸出負電壓。

優選的是，還包括第一窗口，第一窗口設置在真空室上，iccd相機和濾波片位於真空室外，iccd相機依次透過濾波片和第一窗口收集螢光。

優選的是，還包括第二窗口，第二窗口設置在真空室上，納秒級脈衝雷射器出射的雷射透過第二窗口垂直入射至陰極板。

優選的是，還包括信號發生器，信號發生器輸出的矩形信號同步觸發納秒級脈衝雷射器和iccd相機。

光譜診斷具有非接觸式測量的獨特優勢，能避免對等離子體流場的幹擾，且可以對多种放電參數進行同步測量並得出發動機的性能參數，能測量的參數如羽流中各組分的濃度和分布、以及電離率和輻射速率等，還可以監測發動機的腐蝕情況。

本發明利用納秒級脈衝雷射器發射雷射束轟擊陰極板，陰極板通過恆壓高壓電源加載偏置電壓，由金屬陰極板逸出的電子被陰極板排斥加速，電子在真空室與待檢測粒子碰撞產生螢光，由iccd相機收集，通過收集的螢光信號來檢測粒子的種類和密度。

附圖說明

圖1是具體實施方式一所述的一種監測霍爾推力器羽流區產物組分的裝置的結構示意圖；

圖2是具體實施方式二中的信號發生器的連接關係示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一：結合圖1具體說明本實施方式，一種監測霍爾推力器羽流區產物組分的裝置，包括高壓電源100、陰極板200、電極300、真空室400、濾波片500、納秒級脈衝雷射器600、iccd相機700和計算機800；

陰極板200與電極300相對、平行設置在真空室400內，霍爾推力器羽流區位於陰極板200與電極300之間的區域內，高壓電源100的偏置電壓輸出端通過電阻r後連陰極板200，高壓電源100的零電位輸出端連電極300；

納秒級脈衝雷射器600出射的雷射透過第二窗口402垂直入射至陰極板200，陰極板200逸出電子束的射流方向與霍爾推力器羽流噴射方向垂直，電子與羽流區粒子碰撞產生螢光，iccd相機700透過濾波片500收集螢光，iccd相機700連計算機800。光束通過納秒級脈衝雷射器產生，雷射器為外觸發二極體泵浦固體雷射器，雷射器工作頻率在100-1000hz，脈衝寬度為1-100ns，光波波長為250-300nm。陰極板為冷陰極板，採用金或銅材料。陰極板與雷射器光束垂直，雷射轟擊金屬陰極板，通過能量輸入使電子獲能，在陰極板表面逃逸。極板之間通過恆壓的高壓電源加載偏置電壓-200v，電子被加速向羽流區運動。電子束射流方向與霍爾推力器羽流噴射方向垂直，電子與粒子碰撞產生螢光。透過觀察窗口即第一窗口401，經過窄帶濾波片，iccd相機收集一定波長的螢光，從而判定粒子種類和密度大小。一次測量選用透過某一波長的濾波片進行測量，通過多次測量可以對多種粒子進行測量。

金或銅的電子發射效率高，有利於大量的電子溢出。

本實施方式中，電極300採用格柵實現，納秒級脈衝雷射器600出射的雷射透過格柵垂直入射至陰極板200。

電極300採用格柵實現，雷射能透過格柵入射至陰極板200，巧妙地實現使雷射垂直入射至陰極板200。

圖1中1000為霍爾推力器，s為羽流，e-為激發出的螢光，螢光的能量為hν。

具體實施方式二：結合圖2具體說明本實施方式，本實施方式是對具體實施方式一所述的一種監測霍爾推力器羽流區產物組分的裝置作進一步說明，本實施方式中，本實施方式中，還包括信號發生器900，信號發生器900輸出的矩形信號同步觸發納秒級脈衝雷射器600和iccd相機700。

iccd相機與雷射器由同一個信號發生器控制。信號發生器產生矩形波，其頻率在100-1000hz。信號發生器產生的矩形信號輸入到固體雷射器和iccd，同步觸發雷射器和iccd工作。iccd捕獲的螢光信號輸入到計算機中保存。

雖然在本文中參照了特定的實施方式來描述本發明，但是應該理解的是，這些實施例僅僅是本發明的原理和應用的示例。因此應該理解的是，可以對示例性的實施例進行許多修改，並且可以設計出其他的布置，只要不偏離所附權利要求所限定的本發明的精神和範圍，可以通過不同於原始權利要求所描述的方式來結合不同的從屬權利要求和本文中所述的特徵。還可以理解的是，結合單獨實施例所描述的特徵可以使用在其他所述實施例中。