专利名称：一种用于测量低密度冷等离子体的球形朗缪尔探针装置的制作方法
技术领域：
本发明属于空间等离子体参数测量领域，涉及一种用于空间等离子体参数测量的 球形朗缪尔探针装置，特别用于密度在105cm—3-108cm—3的空间等离子体参数的测量。
背景技术：
空间低密度(105cm—3-108cm—3)冷等离子体与航天器表面相互作用会造成航天 器或仪器敏感表面溅射污染，若高能量羽流离子直接扫过航天器的太阳能电池阵，将 会产生比较严重的溅射腐蚀，造成太阳能电池阵的性能下降或失效。此外，空间低密度 105cm—3-108cm—3冷等离子体还会影响航天器带电平衡，诱发静电放电事件，对航天器造成潜 在危险。因此，需要对航天器表面环境的等离子体参数进行监测，使之控制在安全范围内。
目前，现有的等离子体地面测量用的朗缪尔探针不足之处在于低密度冷等离子 体测量误差大，探针质量大，抗原子氧能力差，不适用于在轨运行的航天器中。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种用于测量密度为 105cm—3-108cm—3、电子能量在0. 5eV—5eV的低密度冷等离子体的球形郎缪尔探针装置。
本发明装置包括空心镀金钛金属球形郎缪尔探针、空心柱状钛金属支架、朗谬尔 探针电连接点以及郎缪尔探针陶瓷绝缘底座。 所述空心镀金钛金属球形郎缪尔探针球外直径不小于56mm，壳层厚度为 0. 5mm—2mm;探针外表面采用镀金处理，镀金厚度为10nm—50nm。球形郎缪尔探针只有满 足上述要求，才能够准确测量出密度为105cm—3-108cm—3、电子能量在0. 5eV—5eV的等离子 体。 优选的，空心柱状钛金属支架的高度在50mm—150mm，柱体外径为6mm—8mm，内径 为3mm__5mm。 郎缪尔探针陶瓷绝缘底座为含环氧氧化铝不小于99. 8%的陶瓷圆台。这是因为环 氧氧化铝具有高热阻、高电阻、使郎缪尔探针能够对地悬浮，以及热膨胀系数与钛的热膨胀 系数接近等特性，便于与空心柱状钛金属支架进行焊接封装。郎缪尔探针陶瓷绝缘底座的 高度要足够高，至少要达到空心柱状钛金属支架高度的3/5，以保证空心柱状钛金属支架有 足够的抗震性。 上述组成部分的连接关系为 空心镀金钛金属球形郎缪尔探针与空心柱状钛金属支架的顶端焊接相连； 空心柱状钛金属支架的下部包裹固定在郎缪尔探针陶瓷绝缘底座内，其金属支架
被陶瓷绝缘底座包裹部分不得少于支架长度的3/5。 朗谬尔探针电连接点焊接于空心柱状钛金属支架焊接的底部，朗谬尔探针电连接
点通过导线与外部的电源连接。 本发明装置的工作过程如下
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当本装置随航天器进入太空环境后，其处于空间等离子体环境中。此时，对朗谬尔 探针电连接点加电，使空心镀金钛金属球形郎缪尔探针与空心柱状钛金属支架均通电。电 压范围控制在-50V-150V之间，扫描步阶为100mV—250mV，每一步阶扫描周期为lHz(S卩，每 秒记录l次电流-电压值)。 通过对空心镀金钛金属球形郎缪尔探针进行扫描，能够获取I-V(电流-电压)探
针数据记录。根据该数据记录结果绘出i-v(电流_电压)探针数据记录曲线。最后，根据
该曲线的特征数据点，即可计算出等离子体的密度和温度参数。
有益效果 本发明探针能够安装在航天器中，可在轨运行。通过采用不小于5. 6cm直径，能够 有效收集105cm—3左右的低密度空间等离子体；通过采用镀金工艺，能够有效抑制空间原子 氧作用；通过采用99.8%环氧氧化铝陶瓷，可以起到耐高温，绝缘的作用，提高了空间等离 子体参数测量的可靠性及稳定性。
图1为本发明装置的结构组成示意图。 其中，1-空心钛金属朗缪尔探针、2_空心柱状钛金属支架、3_朗谬尔探针电连接 点、4_郎缪尔探针陶瓷绝缘底座。
具体实施例方式
下面结合附图及对本发明的优选实施方式作进一步描述。 本发明装置包括空心镀金钛金属球形郎缪尔探针1、空心柱状钛金属支架2、朗谬 尔探针电连接点3、郎缪尔探针陶瓷绝缘底座4。 其中，空心镀金钛金属球形郎缪尔探针1的球外直径不小于56mm，壳层厚度为 0. 5mm—2mm ;空心镀金钛金属球形郎缪尔探针1的外表面采用镀金，其厚度为10nm—50nm。
空心柱状钛金属支架2的高度在50mm—150mm，柱体外径为6mm—8mm，内径为 3mm__5mm。 郎缪尔探针陶瓷绝缘底座4为含环氧氧化铝不小于99. 8%的陶瓷圆台。这是因为 环氧氧化铝具有高热阻、高电阻、使郎缪尔探针能够对地悬浮，以及热膨胀系数与钛的热膨 胀系数接近等特性，便于与空心柱状钛金属支架3进行焊接封装。郎缪尔探针陶瓷绝缘底 座4的高度要足够高，至少要达到空心柱状钛金属支架3高度的3/5，以保证空心柱状钛金 属支架3有足够的抗震性。
其连接关系为 空心镀金钛金属球形郎缪尔探针1与空心柱状钛金属支架2的顶端焊接相连；
空心柱状钛金属支架2的下端包裹固定在郎缪尔探针陶瓷绝缘底座4上，其金属 支架被陶瓷绝缘底座包裹部分不得少于支架长度的2/3。 朗谬尔探针电连接点3焊接于空心柱状钛金属支架焊接2的底部，朗谬尔探针电 连接点3通过导线与外部的电源连接。
本发明装置的工作过程如下 当本装置随航天器进入太空环境后，其处于空间等离子体环境中。此时，对朗谬尔
4探针电连接点3进行加电，使得空心镀金钛金属球形郎缪尔探针1与空心柱状钛金属支架2 均通电。电压范围控制在-20V-80V之间，扫描步阶为250mV，每一步阶扫描周期为1Hz (即， 每秒记录l次电流-电压值)。 通过对空心镀金钛金属球形郎缪尔探针1进行扫描，就能够获取I-V(电流-电
压)探针数据记录。根据该数据记录结果绘出i-v(电流_电压)探针数据记录曲线。最
后，根据该曲线的特征数据点，即可计算出等离子体的密度和温度参数。
权利要求
一种用于测量空间低密度冷等离子的球形朗缪尔探针装置，包括球形郎缪尔探针、空心柱状钛金属支架、朗谬尔探针电连接点以及郎缪尔探针陶瓷绝缘底座，其特征在于所述球形郎缪尔探针为空心镀金钛金属球形结构，其球外直径不小于56mm，壳层厚度为0.5mm--2mm；探针外表面采用镀金处理，镀金厚度为10nm--50nm；所述郎缪尔探针陶瓷绝缘底座为含环氧氧化铝不小于99.8％的陶瓷圆台；郎缪尔探针陶瓷绝缘底座的高度至少要达到空心柱状钛金属支架高度的3/5；其连接关系为空心镀金钛金属球形郎缪尔探针与空心柱状钛金属支架的顶端焊接相连；空心柱状钛金属支架的下部包裹固定在郎缪尔探针陶瓷绝缘底座内，其金属支架被陶瓷绝缘底座包裹部分不得少于支架长度的3/5；朗谬尔探针电连接点焊接于空心柱状钛金属支架焊接的底部，朗谬尔探针电连接点通过导线与外部的电源连接。
2. 如权利要求1所述的一种用于测量空间低密度冷等离子的球形朗缪尔探针装置，其 特征在于，所述空心柱状钛金属支架的高度在50mm—150mm，柱体外径为6mm—8mm，内径为 3mm__5mm。
全文摘要
本发明公开了一种用于测量低密度冷等离子体的球形朗缪尔探针装置，用于测量密度为105cm-3-108cm-3、电子能量在0.5eV-5eV的低密度冷等离子体。包括空心镀金钛金属球形郎缪尔探针、空心柱状钛金属支架、朗谬尔探针电连接点以及郎缪尔探针陶瓷绝缘底座。所述空心镀金钛金属球形郎缪尔探针球外直径不小于56mm，壳层厚度为0.5mm-2mm；探针外表面采用镀金处理，镀金厚度为10nm-50nm。本发明有效提高了等离子体电荷收集，减轻了质量，表面镀金能够起到抗氧化作用。本发明适用于空间在轨低密度冷等离子体参数测量，提高了测量的可靠性及稳定性。
文档编号G01N27/00GK101696950SQ200910235758
公开日2010年4月21日 申请日期2009年10月13日 优先权日2009年10月13日
发明者曹洲, 杨生胜, 王鷁, 田恺, 秦晓刚, 薛玉雄, 马亚莉 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;