一种离子电推进束流双荷离子测试装置及其装配方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及离子电推进束流双荷离子测试技术领域，尤其涉及一种离子电推进束 流双荷离子测试装置及其装配方法。
【背景技术】
[0002] 在离子推力器产品研制和工程化应用中，对其束流特性测试和分析研究具有十分 重要的意义。通过对束流中双荷离子比例的测试和分析，可以获取离子推力器重要性能参 数，为优化离子推力器的设计提供重要参考。
[0003] 离子推力器束流中的双荷离子占一定比例，这主要与推力器内部磁场、放电室的 等离子体特性、工质气体的电离等因素有关。双电荷离子的比例反映了推力器放电室的工 质气体电离是否充分等重要信息，并与推力器的推力、比冲、放电损耗、工作寿命等主要性 能参数相关。如双电荷离子被加速引出时，如果直接碰撞到加速栅极，会加速对栅极的溅射 腐蚀，影响推力器的工作寿命。通过对推力器束流中的双荷离子比例测试，可以获取推力 器放电室运行状态的重要信息，并以此优化推力器产品的设计、选择合适的推力器工作参 数。该测试装置发明之前，国内没有用于离子电推进束流双荷离子测试的成熟技术和测试 装置。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明提供了一种离子电推进束流双荷离子测试装置及其装配方法， 能够提供磁场和电场，以实现束流中双荷离子的测试。该装置添补国内离子电推进研制中 束流测试技术空白，具备离子电推进束流双荷离子比例测试的技术能力。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
[0006] -种离子电推进束流双荷离子测试装置，包括外壳体、准直套、飘移管、永磁体、电 极板、离子流收集杯和小孔组件：外壳体为长方体，由6块导磁钢板组成，分别为外壳前侧 板、外壳后侧板、外壳上底板、外壳下底板、外壳左侧板和外壳右侧板；小孔组件包括准直套 入口小孔零件、准直套出口小孔零件、飘移管入口小孔零件；
[0007] 永磁体为平板型铁氧体永磁体，两块永磁体相互平行安装在外壳体内，分别与外 壳上底板和外壳下底板接触，两个不导磁铝合金材质的永磁体支撑板支撑在两块永磁体之 间；
[0008] 永磁体支撑板和永磁体之间的空间内布置两电极板，两电极板相对的平面相互平 行；两电极板之间的平行关系通过绝缘支撑块进行定位，其中每块绝缘支撑块开设两条相 互平行的电极板定位凹槽，电极板通过卡在电极板定位凹槽内实现平行关系的保证；两电 极板与永磁体的垂直关系通过绝缘顶杆和调整顶紧螺钉进行调整和定位，其中，绝缘顶杆 穿过永磁体支撑板后抵住电极板，调整顶紧螺钉伸入永磁体支撑板抵住绝缘顶杆一端面；
[0009] 两永磁体支撑板外侧与连接板装配，连接板支撑于外壳上底板和外壳下底板之 间，并与永磁体支撑板、外壳上底板和外壳下底板相互固定；
[0010] 准直套为圆管结构，中段设有准直套定位法兰，两端分别安装准直套入口小孔零 件和准直套出口小孔零件；准直套与外壳前侧板装配，套有准直套出口小孔零件的一端伸 入外壳体内部，置于两电极板之间；准直套定位法兰通过准直套定位套的内圆面进行定位， 准直套定位套安装在外壳前侧板上，准直套安装压板压紧准直套定位法兰，使准直套定位 法兰的一端面即C1面贴紧外壳前侧板，C1面与准直套中心轴线垂直；
[0011] 飘移管为圆管结构，中段设有飘移管定位法兰，圆管一端安装飘移管入口小孔零 件，圆管内部后端安装离子流收集杯；飘移管与外壳后侧板装配，套有飘移管入口小孔零件 的一端伸入外壳体内部，置于两电极板之间；飘移管定位法兰通过飘移管定位套的内圆面 进行定位，飘移管定位套安装在外壳后侧板上，飘移管安装压板压紧飘移管定位法兰，使飘 移管定位法兰的一端面即C2面贴紧外壳后侧板，C2面与飘移管中心轴线垂直；
[0012] 准直套入口小孔零件、准直套出口小孔零件和飘移管入口小孔零件分别有多组备 选件，这些备选件安装尺寸相同，内部小孔孔径不同；测试时，根据被测信号的强弱及测试 分辨率要求选择所需孔径的备选件安装；安装后，小孔组件中三个小孔在一条中心线1上， 且使中心线1与永磁体形成的磁场垂直，与电极板形成的电场垂直。
[0013] 优选地，使中心线1与永磁体形成的磁场垂直的方式为：永磁体的上下两平面与 外壳下底板的上下两平面均相互平行；
[0014] 设准直套出口小孔零件的小孔中心到外壳下底板下底面A的距离为Ha2，飘移管入 口小孔零的小孔中心到外壳下底板下底面A的距离为Hb2，令Ha2=Hb2，间接使得准直套出口 小孔零件、飘移管入口小孔零件的小孔中心到永磁体表面的距离相等，实现中心线1与永 磁体形成的磁场垂直。
[0015] 其中，Ha2通过准直套及准直套定位套确定，Hb2通过飘移管及飘移管定位套确定， 具体为：准直套入口小孔零件的小孔、准直套出口小孔零件的小孔与准直套定位法兰的外 圆同心，飘移管入口小孔零件的小孔与飘移管定位法兰的外圆同心；
[0016] 同时，设准直套定位套的内圆面中心到外壳前侧板下底面A1距离为H1，飘移管定 位套的内圆面中心到外壳后侧板下底面A2距离为H2,通过成对加工准直定位套和飘移管 定位套以及成对加工外壳前侧板和外壳后侧板，使得HI=H2 ;
[0017] 装配外壳体时，外壳前侧板的下底面A1和外壳后侧板的A2与外壳下底板的下底 面A齐平。
[0018] 优选地，使中心线1与电极板形成的电场垂直的方式为：
[0019] 设准直套出口小孔零件的小孔中心到外壳下底板右侧面B的距离为Lal，飘移管入 口小孔零件的小孔中心到外壳下底板右侧面B的距离为Lbl，令Lal=Lbl，间接使得准直套出 口小孔零件、飘移管入口小孔零件的小孔中心到电极板表面的距离相等，实现中心线1与 电极板形成的电场垂直。
[0020] 其中，Lal通过准直套及准直套定位套确定，Lbl通过飘移管及飘移管定位套确定， 具体为：准直套入口小孔零件的小孔、准直套出口小孔零件的小孔与准直套定位法兰的外 圆同心，飘移管入口小孔零件的小孔与飘移管定位法兰的外圆同心；
[0021] 同时，设准直套定位套的内圆面中心到外壳右侧板外侧面H距离为L1，飘移管定 位套的内圆面中心到外壳右侧板外侧面H距离为L2,通过成对加工准直定位套和飘移管定 位套以及成对加工外壳前侧板和外壳后侧板，使得LI=L2 ;
[0022] 装配外壳体时，外壳前侧板、外壳后侧板靠近外壳下底板右侧面B的侧面与外壳 右侧板外侧面H平齐。
[0023] 优选地，准直套上用于装配准直套入口小孔零件的定位圆周面F、准直套上用于装 配准直套出口小孔零件的定位圆周面E、以及准直套定位法兰的外定位圆周面D1同轴；
[0024] 飘移管上用于装配飘移管入口小孔零件的定位圆周面G、以及飘移管定位法兰的 外定位圆周面D2同轴。
[0025] 优选地，小孔组件的孔径在〇0? 5mm~〇5. 0mm范围内。
[0026] 优选地，离子流收集杯的离子流收集面采用钼材料制成。
[0027] 本发明还提供了一种如权利要求1所述离子电推进束流双荷离子测试装置的组 装方法，包括如下步骤：
[0028] 步骤1、完成该测试装置内部结构的初装，包括：
[0029] 上下两块永磁体与外壳上底板和外壳下底板装配；永磁体支承板与永磁体组装； 电极板与绝缘支撑块、绝缘顶杆、调整顶紧螺钉结构装配；永磁体支承板与连接板装配、连 接板与外壳上底板和外壳下底板连接；
[0030] 步骤2、对初装结构进行调整及检测，包括三项：
[0031] 第一项为内部电场均匀性调整：
[0032] 各绝缘支承块的长度加工时保持一致，在装配过程中，通过调整顶紧螺钉、绝缘顶 杆顶紧电极板，使两个电极板靠紧绝缘支承块，从而保证两电极板的相互平行；
[0033] 第二项为电极板与永磁体表面垂直度调整：
[0034] 通过调整顶紧螺钉、绝缘顶杆的调整实现电极板与永磁体表面的垂直关系，并采 用直角量具检测；
[0035] 第三项为电极板两端到外壳下底板右侧面B的距离调整：
[0036] 通过调整顶紧螺钉、绝缘顶杆的调整实现同一电极板两端到B面距离相等；调整 时采用专用量具检测；该专用量具由2个直角量具构成，且这两个直角量具连接在一起，连 接时，两个直角量具所在平面相互垂直；其中一个直角量具所成的面定位电极板，另一个直 角量具弯折处定位B面；
[0037] 步骤3、对外壳体剩余部