一种用于探空火箭上的朗缪尔探针传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及空间探测技术领域，尤其涉及一种用于探空火箭上的朗缪尔探针传感器。
【背景技术】
[0002]朗缪尔探针传感器是进行空间等离子体电子密度和电子温度就位测量的重要仪器，在电离层卫星和火箭探测中应用十分广泛，在此任务之前在我国还没有成功应用先例。朗缪尔探针传感器技术是其关键技术之一，是决定探测成功与否的关键因素之一。
[0003]目前，朗缪尔探针传感器由三部分组成:收集极、保护极和伸杆。收集极(通常加载扫描电压或固定偏压)与周围的等离子体相互作用收集空间中的带电粒子，形成收集电流，被测量电路测量形成信号输出；保护极保持和收集极相同的电位(但收集电流不被测量)，用于屏蔽来自伸杆和航天器(或箭体)对收集极测量的影响；伸杆用于将朗缪尔探针传感器延伸到航天器(或箭体)本体鞘层之外，防止箭体鞘层对测量结果的影响。
[0004]国际上，朗缪尔探针传感器通常采用球形、圆柱形或平版形三种形状。如说明书附图中图1所示，朗缪尔探针球形传感器通常将整个球体作为收集极，以连接杆作为保护极。朗缪尔探针测量的理论模型是球型传感器和周围等离子体相互作用在传感器周围形成一个完整的球型，为了和理论模型尽可能近似，要求作为保护极的连接杆必须尽可能的细；同时，为了保证对伸杆和箭体良好的屏蔽效果，保护极必须尽可能的长。而连接杆设计的过细过长，会导致其刚度不强，且连接杆与伸杆之间需采用绝缘部件连接，绝缘部件采用非金属绝缘材料制成，其相对于金属材料比较脆弱，故使朗缪尔探针传感器无法达到所承受的振动量级要求。因此，连接杆必须折中一个合适的直径和长度，这对箭载和星载朗缪尔探针传感器的应用效果产生了制约。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于，为解决现有的朗缪尔探针传感器由于自身结构所造成的屏蔽效果与振动量级相互制约的技术问题，提供一种用于探空火箭上的朗缪尔探针传感器；该朗缪尔探针传感器即能够满足所承受的振动量级要求，又能够保证对伸杆和箭体良好的屏蔽效果。
[0006]为实现上述目的，本发明提供一种用于探空火箭上的朗缪尔探针传感器，该朗缪尔探针传感器包括:上半球、下半球、连接杆、伸杆和信号线，该上半球、下半球和连接杆均为空腔结构，所述的上半球与下半球之间通过绝缘隔板连接，所述连接杆一端沿下半球的球面一侧的中心轴穿入，并通过嵌套在该连接杆一端上的绝缘垫使连接杆与下半球连接固定，其另一端与伸杆连接固定；所述的信号线一端与上半球连接，其另一端依次穿过绝缘垫和上半球的内腔，并从连接杆的内腔中引出；所述的上半球作为收集极，所述的下半球作为保护极。
[0007]作为上述技术方案的进一步改进，所述的绝缘隔板采用聚酰亚胺材料制成。
[0008]作为上述技术方案的进一步改进，所述的绝缘垫采用聚四氟乙烯材料制成。
[0009]作为上述技术方案的进一步改进，所述的信号线为同轴屏蔽电缆。
[0010]作为上述技术方案的进一步改进，所述上半球、下半球及连接杆均采用TC4钛合金材料制成。
[0011]作为上述技术方案的进一步改进，所述的上半球及下半球的表面均通过磁控溅射进行氮化钛镀膜。
[0012]本发明的一种用于探空火箭上的朗缪尔探针传感器的优点在于:
[0013]所述的上半球作为收集极，下半球作为保护极，一方面，由于收集极和保护极均以其周围的等离子体相互作用，故在收集极可作用的范围内仍是一个完整的球型，符合朗缪尔探针测量的理论模型的要求；另一方面，由于下半球的直径远大于连接杆的直径，以其作为保护极可以完全屏蔽来自下方连接杆及伸杆的干扰，同时为满足传感器所承受的振动量级要求，连接杆可采用刚度较强的TC4钛合金材料制成，且连接杆和伸杆可以直接连接，无需通过绝缘部件转接，进一步增强了朗缪尔探针传感器的刚度；所述的上半球及下半球的表面均通过磁控溅射进行氮化钛镀膜，使朗缪尔探针传感器具有耐磨、耐腐蚀、高强度、高韧性的特点。
【附图说明】
[0014]图1是现有的朗缪尔探针球形传感器的结构示意图。
[0015]图2是本发明中的一种用于探空火箭上的朗缪尔探针传感器的结构示意图。
[0016]图3是本发明中的一种用于探空火箭上的朗缪尔探针传感器的受力示意图。
[0017]附图标记
[0018]1、上半球 2、下半球3、绝缘隔板
[0019]4、连接杆 5、连接杆螺纹 6、绝缘垫
[0020]7、螺母
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和实施例对本发明所述的用于探空火箭上的朗缪尔探针传感器进行详细说明。
[0022]如图2所示，本发明的一种用于探空火箭上的朗缪尔探针传感器，该朗缪尔探针传感器包括:上半球1、下半球2、连接杆4、伸杆(未图示)和信号线(未图示)，该上半球1、下半球2和连接杆4均为空腔结构，所述的上半球I与下半球2之间通过绝缘隔板3连接，所述连接杆4 一端沿下半球2的球面一侧的中心轴穿入，并通过嵌套在该连接杆4 一端上的绝缘垫6使连接杆4与下半球2连接固定，其另一端与伸杆连接固定；所述的信号线一端与上半球I连接，其另一端依次穿过绝缘垫6和上半球I的内腔，并从连接杆4的内腔中引出；所述的上半球I作为收集极，用于收集空间中的带电粒子，形成收集电流，由电子学进行采集测量；下半球2作为保护极，测量时和上半球I保持相同的电位，防止上半球I的测量受到朗缪尔探针伸杆及火箭箭体的影响；连接杆4用于连接下半球2和伸杆。
[0023]所述的上半球I作为收集极，下半球2作为保护级，一方面，由于收集极和保护极均以其周围的等离子体相互作用，故在收集极可作用的范围内仍是一个完整的球型，符合朗缪尔探针测量的理论模型的要求；另一方面，由于下半球2的直径远大于连接杆4的直径，以其作为保护级可以完全屏蔽来自下方连接杆4及伸杆的干扰，同时为满足传感器所承受的振动量级要求，连接杆4可采用刚度较强的TC4钛合金材料制成，且连接杆4和伸杆可以直接连接，无需通过绝缘部件转接，进一步增强了朗缪尔探针传感器的刚度。
[0024]本发明与图1中所示的朗缪尔探针球形传感器的结构相比可知，现有的朗缪尔探针球形传感器中，连接杆作为保护极用以屏蔽来自下方伸杆的干扰，连接杆和伸杆之间通过绝缘部件连接，但该绝缘部件承受力矩较大，如图1所示，绝缘部件承受力矩为M2=FXL2;在较大振动量级的环境中容易断折、脱落造成传感器失效。而本发明的朗缪尔探针传感器将整个球一分为二，上半球作为收集极，下半球作为保护极，下半球与连接杆之间通过绝缘隔板连接，使绝缘隔板所承受的力矩大大减小，如图2所示，绝缘隔板承受力矩为Ml=FXLl,在受力环境相同的情况下L1〈〈L2，即M1〈〈M2，可见本发明的朗缪尔探针传感器的结构强度更高，可以承受更为苛刻的力学环境。
[0025]基于上述实施例，所述的绝缘隔板可采用聚酰亚胺材料制成；所述的绝缘垫可采用聚四氟乙烯材料制成；所述的信号线可为同轴屏蔽电缆，该信号线由芯线和屏蔽网组成，芯线与上半球连接，屏蔽网与下半球连接。如图2所示，所述的绝缘垫6与连接杆4之间还可设有螺母7，该连接杆4的一端套设在螺母7上，并通过拧紧螺母7使绝缘垫6紧固在下半球2的底端；其另一端的外壁上设有连接杆螺纹5，连接杆4通过该连接杆螺纹5与伸杆连接固定。
[0026]另外，所述上半球、下半球及连接杆均可采用TC4钛合金材料制成，以满足传感器所承受的较高振动量级要求。所述的上半球及下半球的表面均可通过磁控溅射进行氮化钛镀膜，使朗缪尔探针传感器具有耐磨、耐腐蚀、高强度、高韧性的特点，使本发明的朗缪尔探针传感器可以耐受我国海南地区高湿度和高盐度的苛刻环境。
[0027]最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种用于探空火箭上的朗缪尔探针传感器，所述的朗缪尔探针传感器包括伸杆，其特征在于，该朗缪尔探针传感器还包括:上半球(I)、下半球(2)、连接杆(4)和信号线，该上半球(I)、下半球(2 )和连接杆(4)均为空腔结构，所述的上半球(I)与下半球(2 )之间通过绝缘隔板(3)连接，所述连接杆(4) 一端沿下半球(2)的球面一侧的中心轴穿入，并通过嵌套在该连接杆(4) 一端上的绝缘垫(6 )使连接杆(4)与下半球(2 )连接固定，其另一端与伸杆连接固定；所述的信号线一端与上半球(I)连接，其另一端依次穿过绝缘垫(6)和上半球(O的内腔，并从连接杆(4)的内腔中引出；所述的上半球(I)作为收集极，所述的下半球(2)作为保护极。
2.根据权利要求1所述的用于探空火箭上的朗缪尔探针传感器，其特征在于，所述的绝缘隔板(3)采用聚酰亚胺材料制成。
3.根据权利要求1所述的用于探空火箭上的朗缪尔探针传感器，其特征在于，所述的绝缘垫(6 )采用聚四氟乙烯材料制成。
4.根据权利要求1所述的用于探空火箭上的朗缪尔探针传感器，其特征在于，所述的信号线为同轴屏蔽电缆。
5.根据权利要求1所述的用于探空火箭上的朗缪尔探针传感器，其特征在于，所述上半球(I)、下半球(2)及连接杆(4)均采用TC4钛合金材料制成。
6.根据权利要求5所述的用于探空火箭上的朗缪尔探针传感器，其特征在于，所述的上半球(I)及下半球(2)的表面均通过磁控溅射进行氮化钛镀膜。
【专利摘要】本发明提供一种用于探空火箭上的朗缪尔探针传感器，该朗缪尔探针传感器包括：上半球（1）、下半球（2）、连接杆（4）、伸杆和信号线，该上半球（1）、下半球（2）和连接杆（4）均为空腔结构，所述的上半球（1）与下半球（2）之间通过绝缘隔板（3）连接，所述连接杆（4）一端沿下半球（2）的球面一侧的中心轴穿入，并通过嵌套在该连接杆（4）一端上的绝缘垫（6）使连接杆（4）与下半球（2）连接固定，其另一端与伸杆连接固定；所述的信号线一端与上半球（1）连接，其另一端依次穿过绝缘垫（6）和上半球（1）的内腔，并从连接杆（4）的内腔中引出；所述的上半球（1）作为收集极，所述的下半球（2）作为保护极。
【IPC分类】G01N27-00
【公开号】CN104677945
【申请号】CN201310637275
【发明人】关燚炳, 刘超, 张爱兵, 孔令高, 朱光武, 孙越强, 梁金宝, 丁建京, 郑香脂, 田峥, 安雅雅, 董永进, 林强, 孟强强
【申请人】中国科学院空间科学与应用研究中心
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2013年12月2日