一种基于法拉第探针阵列的离子推力器束流测试系统的制作方法

文档序号:9395913阅读:616来源:国知局
一种基于法拉第探针阵列的离子推力器束流测试系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及离子推力器束流测试技术领域,尤其涉及一种基于法拉第探针阵列的离子推力器束流测试系统。
【背景技术】
[0002]离子推力器是离子推进系统产生推力的核心单机,在离子推力器研制和测试工作中,需要对其束流分布进行测试和分析,通过对束流分布测试数据处理可获得束发散角、推力器矢量偏角等性能参数。
[0003]目前对束发散角、推力器矢量偏角进行测量的所采用的法拉第探针一般都是点分布或线分布,采集数据不够反映束流分布,需要进行多次测量。因此可以考虑采用面布阵的方式,布置法拉第探针。而且,在结构设计时,还需要考虑到减少溅射、走线方便、简化结构、提高可靠性、减小附加支撑结构对离子推力器束流的影响等问题。

【发明内容】

[0004]有鉴于此,本发明提供了一种基于法拉第探针阵列的离子推力器束流测试系统,通过法拉第探针面布阵方式实现束流参数的测定,同时能够减少溅射、走线方便、简化结构、提高可靠性、减小附加支撑结构对离子推力器束流的影响。
[0005]为了解决上述技术问题,本发明是这样实现的:
[0006]一种基于法拉第探针阵列的离子推力器束流测试系统,包括:法拉第探针阵列、推力器支架、底板、偏置电源、测试电路板和测试计算机;
[0007]被测的离子推力器通过推力器支架安装在底板上,法拉第探针阵列安装在底板上;离子推力器喷口与法拉第探针阵列测试面相对,且平行;法拉第探针阵列测试面上安装的法拉第探针呈放射状排布,且形成一系列同心圆,所述一系列同心圆的圆心在离子推力器中心轴线的延长线上;
[0008]所述法拉第探针阵列由法拉第探针和导电金属制成的圆盘型金属支架组成;所述圆盘型金属支架由中心圆盘、外圆环、金属条、底座部分组成;多根金属条连接在中心圆盘和外圆环之间且以中心圆盘圆心为对称中心呈放射状对称布置,外圆环与底座部分相连;法拉第探针安装在中心圆盘和金属条上,且形成一系列同心圆;所述圆盘型金属支架背向离子推力器的一面开有布线槽,布线槽分径向布线槽和环形布线槽;金属条处的径向布线槽贯穿同在一根金属条上的法拉第探针安装位置,外圆环处的环形布线槽沿外圆环延伸,且连通金属条处的径向布线槽;每个法拉第探针连接一条测试信号线,每组法拉第探针的测试信号线首先沿径向布线槽布线,然后布线至外圆环处的环形布线槽中,最后汇总到一处形成一束电缆引出到测试电路板;
[0009]法拉第探针为裸露型法拉第探针,每个法拉第探针的离子流收集盘的外侧具有一个屏蔽外套,法拉第探针与屏蔽外套之间绝缘,离子流收集盘通过屏蔽外套的开口暴露在外;屏蔽外套与圆盘型金属支架接触,圆盘型金属支架仅通过一根导线连接测试电路板的偏置电压提供端;测试电路板中的偏置电压由偏置电源提供;
[0010]测试电路板进一步通过测试信号线获得每个法拉第探针采集的测试信号,该测试信号由测试计算机采集和处理;
[0011]测试计算机采集和处理法拉第探针的测试信号,得到束流参数测试结果。
[0012]优选地,所述法拉第探针包括离子流收集盘、屏蔽外套、离子流收集盘支承件、绝缘陶瓷、螺钉、安装绝缘件和接线端子;
[0013]离子流收集盘支承件开有贯通螺孔,离子流收集盘镶嵌在离子流收集盘支承件前端,螺钉安装在离子流收集盘下方的贯通螺孔内,螺钉端头从离子流收集盘支承件未镶嵌离子流收集盘的一端伸出并连接接线端子;
[0014]离子流收集盘支承件连接接线端子的一端安装在圆盘型金属支架开设的安装孔内,且离子流收集盘支承件与圆盘型金属支架之间采用安装绝缘件隔离;
[0015]离子流收集盘支承件位于圆盘型金属支架外的一段外圆周套有屏蔽外套,且离子流收集盘支承件与屏蔽外套之间采用绝缘陶瓷隔离,屏蔽外套的底面紧贴圆盘型金属支架。
[0016]优选地,圆盘型金属支架上每个法拉第探针安装位置处开设安装孔,安装孔内圆周的台阶面记为Al ;所述离子流收集盘支承件外圆周具有两个台阶面BI和B2 ;绝缘陶瓷内圆周上具有台阶面Cl,外圆周上具有台阶面C2;屏蔽外套内圆周上具有台阶面Dl ;安装绝缘件的外圆周上具有台阶面El ;
[0017]离子流收集盘支承件穿入绝缘陶瓷的通孔后,通过台阶面B2和台阶面Cl配合定位;绝缘陶瓷在屏蔽外套10内部,与屏蔽外套通过台阶面C2和台阶面Dl配合定位;安装绝缘件与圆盘型金属支架通过台阶面Al和台阶面El配合定位。
[0018]优选地,离子流收集盘支承件连同螺钉一起从圆盘型金属支架上安装孔的小径一端伸入安装孔内;在安装孔内,离子流收集盘支承件伸入安装绝缘件的中心通孔内与安装绝缘件内圆周配合接触,螺钉穿出安装绝缘件的中心通孔后依次穿过平垫圈、第一紧固螺母、接线端子,继而通过第二紧固螺母紧固;平垫圈的外径大于安装绝缘件中心通孔的内径,通过第二紧固螺母的紧固将平垫圈压紧在安装绝缘件的大端面上。
[0019]优选地,绝缘陶瓷与安装绝缘件不接触。
[0020]优选地,离子流收集盘支承件嵌有离子流收集盘的一端面的外圆周径向上与屏蔽外套之间具有间隙,离子流收集盘支承件的台阶面BI轴向上不与绝缘陶瓷接触,且离子流收集盘支承件两个台阶面之间部分的外圆周径向上不与绝缘陶瓷接触。
[0021]优选地,离子流收集盘采用钼片。
[0022]优选地,圆盘型金属支架的底座部分开设接线用螺纹孔,提供偏置电压的导线连接该接线用螺纹孔。
[0023]优选地,圆盘型金属支架的底座部分开设固线卡用螺纹孔;测试信号线汇总到底座部分后,形成一束电缆,采用固线卡结合固线卡用螺纹孔进行固定。
[0024]优选地,每条测试信号线进入所述测试电路板后通过一个取样电阻接信号地,取样电阻未接信号地的一端作为采样端接入测试计算机;提供偏置电压的导线进入所述测试电路板后直接接测试信号地。
[0025]有益效果:
[0026](I)本发明采用面布阵的方式布置法拉第探针,全部探针测试信号实现同步采集、数据信息量大,通常仅需几分钟即可完成一次完整的测试和数据处理。
[0027](2)每个法拉第探针的离子流收集盘的外侧有一个屏蔽外套,用于屏蔽飞向离子流收集盘侧面的杂散离子,确保只有正面收集离子。
[0028](3)屏蔽外套直接与圆盘型金属支架通过金属接触实现电连接,那么就可以仅使用一根导线向圆盘型金属支架供给偏置电压,这种方式最大的优点是大大减少了探针引线的数量,简化结构、提高可靠性。
[0029](4)圆盘型金属支架由中心圆盘、外圆环,多个金属条、底座部分组成;这种结构形式将束流可轰击部分的支架面积最小化,这样尽可能减少束流离子对支架的溅射以及由此造成的污染;此外,尽量小的支架面积可减少测试装置对离子推力器束流的影响。
[0030](5)本发明设计了特殊结构的法拉第探针,离子流收集盘支承件、屏蔽外套之间用绝缘陶瓷保证绝缘;通过台阶面的设计,实现探针内部各部件的定位安装,定位方式简单,可靠;并且内部为迷宫结构设计,解决因溅射镀膜引起的绝缘下降问题。圆盘型金属支架开有专用的布线槽,测试信号线可以汇集在布线槽内,防止对测试造成影响。
【附图说明】
[0031 ] 图1为测试装置整体示意图;
[0032]图2为法拉第探针阵列示意图,即图1的A向视图;
[0033]图3为法拉第探针阵列具体实现示意图;
[0034]图4为法拉第探针屏蔽外套安装位置示意图;
[0035]图5为优选实施例中法拉第探针结构示意图;
[0036]图6为法拉第探针结构内各个定位台阶面的示意图;
[0037]图7为电路连接示意图;
[0038]其中,1-法拉第探针阵列,2-推力器支架,3-底板,4-离子推力器,5-偏置电源,6-测试电路板,7-测试计算机,8-圆盘型金属支架,9-法拉第探针,10-屏蔽外套,11-提供偏置电压的导线,81-中心圆盘,82-金属条,83-外圆环,84-底座部分,85-布线槽,86-接线用螺纹孔,87-固线卡用螺纹孔,88-安装孔,91-离子流收集盘,92-离子流收集盘支承件,93-绝缘陶瓷,94-螺钉,95-安装绝缘件,96-接线端子,97-第一紧固螺母,98-平垫圈,99-第二紧固螺母,01,02, 03, 04, 05-测试用电缆。
【具体实施方式】
[0039]下面结合附图并举实施例,对
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