专利名称：人为等离子体分布特性的测试系统的制作方法
技术领域：
本发明属于真空计量技术领域，具体涉及一种人为等离子体分布特性的测试系统。
背景技术：
电推进是一种闻比冲、长寿命、闻效率的空间推进技术，能大幅减少推进剂的携带量，显著提高有效载荷比，延长卫星寿命。随着我国对卫星长寿命高性能需求的增长，电推进技术的使用将成为一种必然趋势。推进器工作时会产生低温度、高密度的人为等离子体，将与空间天然存在的高温度、低密度等离子体发生电荷交换等作用过程，导致卫星的充放电过程更加复杂，造成卫星高压太阳电池功率损失、部件间产生短路电流和结构电位漂移等危害，从而影响卫星在轨安全运行。等离子体的特性主要包括密度和温度，同时电推进产生等离子体的能量具有一定的范围，因此不仅需要对电推进产生等离子体的密度和温度进行测试，还需要开展等离子体的能谱测试。由于国内电推进技术还未在航天器上得到应用，因此还没有形成电推进产生等离子体特性的测试方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种人为等离子体特性的测试系统，适用于电推进工作时产生等离子体特性的测试。本发明的技术方案是一种人为等离子体分布特性的测试系统，它包括电推进、朗缪尔探针、阻滞势分析仪、真空系统与信号收集装置；电推进安装于真空系统的内部；朗缪尔探针的探头表面采用离子溅射镀金处理，所镀金膜的厚度为200_500nm ；阻滞势分析仪包括金属外壳、入口栅极、初级电子阻挡栅极、离子扫描栅极、二次电子阻挡栅极、收集级以及陶瓷垫圈；入口栅极、初级电子阻挡栅极、离子扫描栅极、二次电子阻挡栅极、收集级从上至下依次安装在金属外壳的内部，相互之间由陶瓷垫圈隔开；朗缪尔探针与阻滞势分析仪共同使用，真空系统内一共有两组朗缪尔探针与阻滞势分析仪；信号收集装置位于真空系统的外部，分别与两组朗缪尔探针与阻滞势分析仪连接;两组朗缪尔探针与阻滞势分析仪位于距电推进的距离不同位于同一垂线方向上，使用时，真空系统抽真空，电推进产生人为等离子体，两个朗缪尔探针的扫描电压V范围为-20至80V，步进为5V，测得探针收集电流I，信号收集装置获得两组不同位置人为等离子体的1-V曲线；两个阻滞势分析仪的初级电子阻挡栅极加负偏置电压、离子扫描栅极加正电压、二次电子阻挡栅极加负偏置电压，利用收集级收集等离子体离子电流，信号收集装置获得不同位置人为等离子体中的离子电流。
有益效果I)本发明中综合利用朗缪尔探针和阻滞势分析仪测试电推进产生人为等离子体的温度、密度和能谱等特性，获得人为等离子体特性的测试方法。2)朗缪尔探针金属探头表面采用离子溅射镀金处理，从而抑制二次电子发射，提高测试效率。
图1为本发明结构示意图；图2为本发明中朗缪尔探针原理示意图。其中，1-电推进、6-真空系统。
具体实施例方式参见附图1，一种人为等离子体分布特性的测试系统，它包括电推进1、朗缪尔探针、阻滞势分析仪、真空系统6与信号收集装置；电推进I安装于真空系统6的内部，利用电推进I可产生人为等离子体；本发明中的朗缪尔探针的探头直径为5. 6cm，探头表面采用离子溅射镀金处理，所镀金膜的厚度为200-500nm ;朗缪尔探针的工作原理参见附图2，当探针伸入等离子体后，如果探针电势远低于周围等离子体电势时，探针接收周围等离子中的离子，排斥等离子体中的电子，这时的探针电流为离子饱和电流，对应1-V曲线图中的离子饱和区；随着探针电势的逐渐增加，探针所接收到的电子电流逐渐增加；当探针接收到的离子和电子一样多时，探针电流为零，此时的探针电势即为等离子体浮势(Vf);当探针电势继续增加后，电子电流将以指数规律增大，对应1-V曲线图中的过渡区；当探针电势增长到等离子电势(VP)后，离子电流基本消失，而电子电流达到饱和，在1-V曲线图中出现明显的拐点；当探针电势继续增加后，进入电子饱和区。通过对探针的1-V曲线分析处理，即可得到等离子体的参数(等离子体密度、电子温度和等离子体势等)。阻滞势分析仪包括金属外壳、入口栅极、初级电子阻挡栅极、离子扫描栅极、二次电子阻挡栅极、收集级以及陶瓷垫圈；入口栅极、初级电子阻挡栅极、离子扫描栅极、二次电子阻挡栅极、收集级从上至下依次安装在金属外壳的内部，相互之间由陶瓷垫圈隔开；栅网的孔径应小于等离子体德拜长度，同时综合考虑测试效率和栅网间电场设计要求，入口栅极、初级电子阻挡栅极、离子扫描栅极、二次电子阻挡栅极的直径均为45mm，栅网的孔径为0. 3mm，孔间距为0. 11mm，入口栅极、初级电子阻挡栅极、离子扫描栅极、二次电子阻挡栅极、收集级之间的垂直距离距均为2. 5mm ;阻滞势分析仪工作原理入口栅极提供一个内部与外部等离子体之间不干扰的分界面；初级电子阻挡栅极加负偏置电压，过滤掉所有羽流等离子体中的电子；离子扫描栅极加正电压，通过改变加载在其上的扫描电压，有选择地让不同能量的羽流离子到达收集极，只有能荷比(E/q)大于栅极电压的离子才能到达收集极；二次电子阻挡栅极加负偏置电压，再次过滤掉所有羽流等离子体中的电子，电流由收集极收集。通过扫描电压与收集电流的分析处理，可得到电推进产生等离子体的能谱特性。朗缪尔探针与阻滞势分析仪共同使用，真空系统6内一共有两组朗缪尔探针与阻滞势分析仪；信号收集装置位于真空系统6的外部，分别与两组朗缪尔探针与阻滞势分析仪连接；第一组朗缪尔探针和阻滞势分析仪放置于距电推进30cm处，第二组朗缪尔探针和阻滞势分析仪放置于距电推IOOcm处，两组朗缪尔探针与阻滞势分析仪位于同一垂线方向上；使用时，真空系统6抽真空，动电推进产生人为等离子体；两个朗缪尔探针的扫描电压V范围为-20至80V，步进为5V，测得探针收集电流I，信号收集装置获得两组不同位置人为等离子体的1-V曲线；两个阻滞势分析仪的初级电子阻挡栅极加负偏置电压-30V、离子扫描栅极加正电压的范围为0-80V、二次电子阻挡栅极加负偏置电压-10V，利用收集级收集等离子体离子电流，信号收集装置获得不同位置人为等离子体中的离子电流，综合分析信号收集装置所获得的测试数据，获得电推进工作时产生的人为等离子体特性的测试结果。
权利要求
1.一种人为等离子体分布特性的测试系统，其特征是，它包括电推进(I)、朗缪尔探针、阻滞势分析仪、真空系统(6)与信号收集装置； 所述电推进(I)安装于所述真空系统(6)的内部； 所述朗缪尔探针的探头表面采用离子溅射镀金处理，所镀金膜的厚度为200-500nm ； 所述阻滞势分析仪包括金属外壳、入口栅极、初级电子阻挡栅极、离子扫描栅极、二次电子阻挡栅极、收集级以及陶瓷垫圈；所述入口栅极、初级电子阻挡栅极、离子扫描栅极、二次电子阻挡栅极、收集级从上至下依次安装在所述金属外壳的内部，相互之间由陶瓷垫圈隔开; 所述朗缪尔探针与所述阻滞势分析仪共同使用，所述真空系统(6)内一共有两组所述朗缪尔探针与所述阻滞势分析仪； 所述信号收集装置位于所述真空系统(6)的外部，分别与两组所述朗缪尔探针与所述阻滞势分析仪连接； 两组所述朗缪尔探针与所述阻滞势分析仪位于距所述电推进(I)的距离不同位于同一垂线方向上，使用时，所述真空系统(6)抽真空，所述电推进(I)产生人为等离子体，两个所述朗缪尔探针的扫描电压V范围为-20至80V，步进为5V，测得探针收集电流I，所述信号收集装置获得两组不同位置人为等离子体的ι-v曲线；两个所述阻滞势分析仪的初级电子阻挡栅极加负偏置电压、离子扫描栅极加正电压、二次电子阻挡栅极加负偏置电压，利用收集级收集等离子体离子电流，所述信号收集装置获得不同位置人为等离子体中的离子电流。
2.如权利要求1所述的一种人为等离子体分布特性的测试系统，其特征是，初级电子阻挡栅极的电压为-30V、离子扫描栅极扫描电压范围为0-80V、二次电子阻挡栅极为-10V。
3.如权利要求1或2所述的一种人为等离子体分布特性的测试系统，其特征是，将第一组朗缪尔探针和阻滞势分析仪放置于距电推进(I) 30cm处，第二组朗缪尔探针和阻滞势分析仪放置于距电推进(I) IOOcm处。
4.如权利要求1或2所述的一种人为等离子体分布特性的测试系统，其特征是，所述朗缪尔探针的探头直径为5. 6cm。
5.如权利要求1或2所述的一种人为等离子体分布特性的测试系统，其特征是，所述入口栅极、初级电子阻挡栅极、离子扫描栅极、二次电子阻挡栅极的直径均为45mm，栅网的孔径为O. 3mm，孔间距为O. 11mm，所述入口栅极、初级电子阻挡栅极、离子扫描栅极、二次电子阻挡栅极、收集级之间的垂直距离距均为2. 5mm。
全文摘要
本发明属于真空计量技术领域，具体涉及一种人为等离子体分布特性的测试系统。它包括电推进(1)、朗缪尔探针、阻滞势分析仪、真空系统(6)及信号收集装置；电推进(1)安装于真空系统(6)的内部；朗缪尔探针的探头表面采用离子溅射镀金处理，所镀金膜的厚度为200-500nm；朗缪尔探针与阻滞势分析仪共同使用并与真空系统(6)外的信号收集装置连接，真空系统(6)一共有两组朗缪尔探针与阻滞势分析仪，分别放置于距电推进(1)的距离不同位于同一垂线方向上；本发明中综合利用朗缪尔探针和阻滞势分析仪测试电推进产生人为等离子体的温度、密度和能谱等特性，获得人为等离子体特性。
文档编号G01D21/02GK103017820SQ20121048291
公开日2013年4月3日 申请日期2012年11月25日 优先权日2012年11月25日
发明者陈益峰, 田凯, 马亚莉, 李得天, 秦晓刚, 杨生胜, 史亮, 李存惠, 柳青, 汤道坦, 王俊 申请人:中国航天科技集团公司第五研究院第五一〇研究所