一种可在三自由度运动的多探针支架的制作方法
【专利摘要】一种可在三自由度运动的多探针支架，它涉及一种多探针支架。本发明为了解决现有的等离子体推力器实验需要在真空罐中进行，更换探针需要关闭并重新启动真空系统，消耗时间长，而且不同次实验容易产生实验误差的问题。本发明的步进电机安装在升降台上，减速器安装在升降台上并与步进电机连接，铝合金端板、铝合金壁板和不锈钢传动板依次竖直安装在铝合金滑动板上，传动丝杆和多根定位丝杆依次水平穿设在铝合金端板、铝合金壁板和不锈钢传动板上，引线管依次竖直穿过铝合金顶板、铝合金滑动板和铝合金长板，第一直流减速电机安装在铝合金顶板上，第一直流减速电机与引线管之间通过伞齿轮副传动连接。本发明用于判断等离子体推力器实验中。
【专利说明】一种可在三自由度运动的多探针支架
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种等离子体推力器的诊断探针支架，具体涉及一种可在三自由度运动的多探针支架。
【背景技术】
[0002]探针诊断是判断等离子体推力器实验测量中重要的一种诊断方法，朗缪尔探针是最常用的低温等离子体诊断方法，借助于探针的电流-电压关系，可以确定等离子体的基本参数:电子密度、离子密度、电子温度、等离子体空间电位、悬浮电位和电子能量分布函数等一些列参数，通过这些参数评估推力器的性能参数。
[0003]探针在霍尔推力器的实验测量中主要测量霍尔推力器羽流区的等离子体参数，由于霍尔推力器和多级会切磁场等离子体推力器喷射的羽流是沿中心轴线中心对称的近圆锥形等离子体，因此在测量时只需要测量羽流中沿圆锥母线的一个截面的等离子体参数。
[0004]在使用探针测量时，需要测量不同截面的等离子体参数，从而得出等离子体参数在空间上的分布和变化规律，有时需要使用不同种类的探针测量不同的等离子体参数，如单探针、双探针、发射探针、多栅探针、法拉第探针等，但实验在真空罐中进行，更换探针需要关闭并重新启动真空系统，消耗时间长，而且不同次实验容易产生实验误差。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了解决现有的等离子体推力器实验需要在真空罐中进行，更换探针需要关闭并重新启动真空系统，消耗时间长，而且不同次实验容易产生实验误差的问题。进而提供一种可在三自由度运动的多探针支架。
[0006]本发明的技术方案是:一种可在三自由度运动的多探针支架包括升降台、步进电机、减速器、铝合金长板、铝合金滑动板、铝合金端板、铝合金壁板、不锈钢传动板、铝合金顶板、第一直流减速电机、伞齿轮副、引线管、探针夹板、传动丝杆、第二直流减速电机和多根定位丝杆，
[0007]步进电机固定安装在升降台上，升降台通过螺栓固定在真空罐中，减速器安装在升降台上并通过联轴器与步进电机连接，铝合金长板固定在减速器的输出轴上，铝合金滑动板可滑动安装在铝合金长板上，铝合金端板、铝合金壁板和不锈钢传动板依次竖直安装在铝合金滑动板上，直流减速电机安装在远离铝合金端板一侧的铝合金滑动板上，传动丝杆依次水平穿设在铝合金端板、铝合金壁板和不锈钢传动板上并通过联轴器与第二直流减速电机连接，多根定位丝杆依次水平穿设在铝合金端板、铝合金壁板和不锈钢传动板上并位于传动丝杆的四周，铝合金顶板安装在铝合金壁板和不锈钢传动板的上端面上，引线管依次竖直穿过铝合金顶板、铝合金滑动板和铝合金长板，第一直流减速电机安装在铝合金顶板上，第一直流减速电机与引线管之间通过伞齿轮副传动连接，引线管的上端设有探针夹板。
[0008]本发明与现有技术相比具有以下效果:
[0009]1.本发明采用铝合金为材料，质量更轻，成本更低。
[0010]2.本发明将电机放在距等离子体羽流较远的位置，能够保护工作电机不受高温的等离子体的腐蚀，也避免了电机的热沉积，增长了电机的工作寿命。
[0011]3.本发明采用旋转式的多探针平台，各探针的测点之间的距离较长，能够尽量减小多探针产生的等离子体鞘层对测量结果的干扰作用，测量的结果准确性更高。
[0012]4.本发明根据空间上需要测量的点的位置对探针的位置进行调节，通过控制步进电机能够使探针达到不同的角度，通过控制第一转速直流减速电机能够使探针达到不同的半径位置，通过控制第二转速直流减速电机能够更换不同类型的探针，能够方便地改变探针的不同位置和不同的探针类型对空间中一个锥形截面的等离子体参数进行多方面并较为精确的测量，避免了原先更换探针需要关闭并重新开启真空系统所消耗的时间、资源，和不同次实验所产生的实验误差。
[0013]5.本发明的三自由度是这样实现的:通过控制升降台上步进电机的运动，可以实现探针支架沿竖直方向旋转运动，改变探针的扫描角度；通过控制旋转臂上的直流电机的运动，可以实现沿着臂长方向的直线运动，改变探针与等离子体之间的距离；通过控制滑块上的直流电机的运动，可以实现探针平台的旋转运动，改变不同的探针类型。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明的装配截面示意图。
[0015]图2为本发明的装配外形示意图。
[0016]图3为本发明的外形示意图。
【具体实施方式】
[0017]【具体实施方式】一:结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式的一种可在三自由度运动的多探针支架包括升降台1、步进电机2、减速器3、铝合金长板4、铝合金滑动板5、铝合金端板6、铝合金壁板7、不锈钢传动板8、铝合金顶板9、第一直流减速电机10、伞齿轮副
11、引线管12、探针夹板13、传动丝杆14、第二直流减速电机16和多根定位丝杆15，
[0018]步进电机2固定安装在升降台I上，升降台I通过螺栓固定在真空罐中，减速器3安装在升降台I上并通过联轴器与步进电机2连接，铝合金长板4固定在减速器3的输出轴上，铝合金滑动板5可滑动安装在铝合金长板4上，铝合金端板6、铝合金壁板7和不锈钢传动板8依次竖直安装在铝合金滑动板5上，直流减速电机10安装在远离铝合金端板6一侧的铝合金滑动板5上，传动丝杆14依次水平穿设在铝合金端板6、铝合金壁板7和不锈钢传动板8上并通过联轴器与第二直流减速电机16连接，多根定位丝杆15依次水平穿设在铝合金端板6、铝合金壁板7和不锈钢传动板8上并位于传动丝杆14的四周，铝合金顶板9安装在铝合金壁板7和不锈钢传动板8的上端面上，引线管12依次竖直穿过铝合金顶板9、招合金滑动板5和招合金长板4,第一直流减速电机10安装在招合金顶板9上,第一直流减速电机10与引线管12之间通过伞齿轮副11传动连接，引线管12的上端设有探针夹板13。
[0019]本实施方式升降台的多连杆机构，通过螺栓连接控制连杆两个交点之间的距离，从而通过连杆机构控制升降台的高度变化。便于满足探针支架在竖直方向上的调整。
[0020]本实施方式还包括步进电机固定板，步进电机固定板的截面为凹形，分别在两边厚的地方钻出两个通孔，通过螺栓连接与步进电机和升降台上台面夹紧配合。步进电机位于步进电机固定板和升降台上板之间，由步进电机固定板通过螺栓固定在升降台上，通过调节升降台的高度可以让探针达到合适的测量高度。
[0021]本实施方式的步进电机驱动器布置在真空罐外的电路中，通过穿过真空罐的导线与真空罐内部的步进电机连接，用于控制步进电机的运动，计算机与步进电机驱动器进行电路连接，通过计算机上的控制程序控制步进电机驱动器的输出信号，从而控制步进电机的运动。步进电机的转轴上连接一个联轴器，该联轴器的另一端连接减速器的输入轴，将步进电机的轴向转动传动为整个探针支架沿着减速器的输出轴的转动。
[0022]本实施方式的铝合金长板通过螺栓连接固定在减速器的输出轴上，随着减速器的输出轴进行转动，直流减速电机定位板通过螺栓连接固定在铝合金长板的一端，用来固定第一直流减速电机在铝合金长板上的位置，直流减速电机后夹板通过螺栓连接固定在直流减速电机定位板上，方向与直流减速电机定位板垂直，第一直流减速电机被固定在直流减速电机后夹板和直流减速电机前夹板之间。
[0023]本实施方式的定位丝杆的数量为多根，优选数量为4个，4个定位丝杆穿过直流减速电机后夹板和直流减速电机前夹板上的四个通孔，通过拧紧定位丝杆前后的防松双螺母固定直流减速电机后夹板、第一直流减速电机和直流减速电机前夹板的位置。
[0024]本实施方式的第一直流减速电机的转轴上连接另一个联轴器，该联轴器的另一端连接传动丝杆，传动丝杆跟随第一直流减速电机转动，不锈钢传动板通过中间的螺纹与传动丝杆配合，定位丝杆穿过不锈钢传动板上的四个通孔，可以保证不锈钢传动板不发生转动，因此传动丝杆的转动会转化成不锈钢传动板沿着铝合金长板的前后移动，不锈钢传动板的底端和铝合金长板接触，可以相互滑动。
[0025]本实施方式的铝合金顶板通过螺栓连接固定在不锈钢传动板上，方向与不锈钢传动板垂直，铝合金顶板随着不锈钢传动板在铝合金长板上前后移动，铝合金顶板上有通孔用于放置不锈钢引线管。
[0026]本实施方式的铝合金壁板通过螺栓连接固定在铝合金顶板上，方向与铝合金顶板垂直，与不锈钢传动板平行，跟随不锈钢传动板在铝合金长板前后移动，定位丝杆穿过铝合金壁板上的四个通孔，铝合金壁板的底端和铝合金长板接触，可以相互滑动。
[0027]本实施方式的铝合金滑动板通过螺栓连接固定在铝合金壁板和不锈钢传动板上，铝合金滑动板在铝合金长板上摩擦滑动，用于稳定探针转塔的位置，铝合金滑动板与铝合金长板接触的地方做成圆角，为了避免摩擦力过大导致卡死的现象。
[0028]本实施方式的铝合金长板的一端通过螺栓固定直流电机定位板，在长板中的某点通过螺栓与减速器固定，另一端通过螺栓固定铝合金端板定位板。
[0029]本实施方式的铝合金端板定位板通过螺栓连接与铝合金长板固定。
[0030]本实施方式的铝合金端板通过螺栓连接与铝合金端板定位板固定，方向与铝合金端板定位板垂直，定位丝杆穿过铝合金端板上的四个通孔，在铝合金端板的前后两端对定位丝杆采用双螺母防松配合。
[0031]本实施方式的在直流减速电机前夹板前部的定位丝杆上套上不锈钢毛细管，不锈钢毛细管穿过不锈钢传动板和铝合金壁板，到铝合金端板后端面处。
[0032]本实施方式的另一块直流减速电机定位板通过螺栓连接固定在铝合金顶板上。
[0033]本实施方式的第二直流减速电机后夹板通过螺栓连接固定在直流减速电机定位板上，方向与直流减速电机定位板垂直。
[0034]本实施方式的第二直流减速电机被固定在直流减速电机后夹板和直流减速电机前夹板之间。
[0035]本实施方式的直流减速电机前保护板通过螺栓固定在铝合金顶板上，保护第二直流减速电机不受前方的羽流中等离子体的腐蚀。
[0036]本实施方式的直流减速电机上保护板通过螺栓固定在直流减速电机前保护板上，保护第二直流减速电机不受上方的羽流中等离子体的腐蚀。
[0037]本实施方式的直流减速电机侧保护板通过螺栓固定在直流减速电机上保护板上，保护第二直流减速电机不受两侧的羽流中等离子体的腐蚀。
[0038]本实施方式的不锈钢引线管通过铝合金顶板上的通孔与铝合金引线通道接触配口 ο
[0039]本实施方式的探针下夹板为中心带凸台的圆环形结构，凸台的内环面与不锈钢引线管的外环面配合，凸台的径向厚度为5mm,凸台的轴向厚度为1mm,在凸台上攻有径向的螺纹孔，通过拧紧螺栓与不锈钢引线管加紧，探针下夹板中心的圆环为一个沉孔，沉孔面与不锈钢引线管的上端面配合，沉孔面的内径与不锈钢引线管的内径相同，沉孔面的外径稍大于不锈钢引线管的外径。
[0040]本实施方式的探针下夹板沿周向均匀钻有四个轴向的通孔，与探针上夹板上同样位置的四个轴向的通孔通过螺栓和螺母配合夹紧。
[0041 ] 本实施方式的探针下夹板沿周向均匀钻有四个径向的半圆孔，与探针上夹板上同样位置的四个径向的半圆孔将夹在两个半圆孔之间的探针夹紧。
[0042]本实施方式的探针上夹板为圆形结构，中心存在沉头座，沉头座的直径与探针下夹板上沉孔面的外径相同，在该沉头座中方便布置线。
[0043]本实施方式的开关位于真空罐外，多个开关分别通过穿过真空罐的导线与真空罐中的第一直流减速电机与第二直流减速电机连接，分别控制第一直流减速电机与第二直流减速电机的正向旋转和反向旋转。
[0044]本实施方式的电源位于真空罐外，24V电源与开关通过导线连接。
[0045]【具体实施方式】二:结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式的多探针支架还包括铝合金管17，铝合金管17固定安装在铝合金长板4的下端面上。如此设置，避免多余的线暴露在等离子体羽流中被烧坏。其它组成和连接关系与【具体实施方式】一相同。
[0046]【具体实施方式】三:结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式的铝合金管17的横截面形状为U型。如此设置，本实施方式的两块铝合金管定位板通过螺栓连接，分别与铝合金长板和直流减速电机定位板、铝合金端板定位板固定在一起，铝合金管定位板固定在铝合金长板的下面，铝合金管定位板中心有通孔用于安装U型截面铝合金管。本实施方式的U形截面铝合金管穿过铝合金管定位板中央的通孔，通过螺栓加紧固定，U形截面铝合金管中心引线，避免多余的线暴露在等离子体羽流中被烧坏。本实施方式的铝合金引线通道由螺栓连接和铝合金壁板固定，其中一个端面与铝合金顶板配合，另一个端面从管侧面的U形缺口进入U形截面铝合金管内部。其它组成和连接关系与【具体实施方式】一或二相同。
[0047]【具体实施方式】四:结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式的升降台I包括上板1-1、下板1-2和多连杆机构1-3,上板1-1和下板1-2平行设置，上板1-1和下板1-2之间通过多连杆机构1-3连接，下板1-2通过螺栓连接与真空罐固定连接，上板1-1上开设多个通孔。如此设置，便于满足探针支架在竖直方向上的调整。。其它组成和连接关系与【具体实施方式】一或三相同。
[0048]【具体实施方式】五:结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式的伞齿轮副11的齿数比为1:2。如此设置，本实施方式的1:2伞齿轮中较少齿数的锥齿轮通过螺栓夹紧固定在第二直流减速电机的转轴上，该锥齿轮跟随第二直流减速电机的转轴转动，本实施方式的1:2伞齿轮中较多齿数的锥齿轮通过螺栓夹紧固定在不锈钢引线管上，该锥齿轮带动不锈钢引线管由配套的锥齿轮驱动转动，两个锥齿轮的转轴方向相互垂直。其它组成和连接关系与【具体实施方式】一或四相同。
[0049]虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明的，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其他变化，以及应用到本发明未提及的领域中，当然，这些依据本发明精神所做的变化都应包含在本发明所要求保护的范围内。
【权利要求】
1.一种可在三自由度运动的多探针支架，其特征在于:它包括升降台(I)、步进电机(2)、减速器(3)、铝合金长板(4)、铝合金滑动板(5)、铝合金端板(6)、铝合金壁板(7)、不锈钢传动板(8)、铝合金顶板(9)、第一直流减速电机(10)、伞齿轮副(11)、引线管(12)、探针夹板(13)、传动丝杆(14)、第二直流减速电机(16)和多根定位丝杆(15)， 步进电机(2)固定安装在升降台(I)上，升降台(I)通过螺栓固定在真空罐中，减速器(3)安装在升降台(I)上并通过联轴器与步进电机(2)连接，铝合金长板(4)固定在减速器(3)的输出轴上，铝合金滑动板(5)可滑动安装在铝合金长板(4)上，铝合金端板(6)、铝合金壁板(7)和不锈钢传动板(8)依次竖直安装在铝合金滑动板(5)上，直流减速电机(10)安装在远离铝合金端板(6) —侧的铝合金滑动板(5)上，传动丝杆(14)依次水平穿设在铝合金端板出)、铝合金壁板(7)和不锈钢传动板(8)上并通过联轴器与第二直流减速电机(16)连接，多根定位丝杆(15)依次水平穿设在铝合金端板￠)、铝合金壁板(7)和不锈钢传动板(8)上并位于传动丝杆(14)的四周，铝合金顶板(9)安装在铝合金壁板(7)和不锈钢传动板(8)的上端面上，引线管(12)依次竖直穿过铝合金顶板(9)、铝合金滑动板(5)和铝合金长板(4)，第一直流减速电机(10)安装在铝合金顶板(9)上，第一直流减速电机(10)与引线管(12)之间通过伞齿轮副(11)传动连接，引线管(12)的上端设有探针夹板(13)ο
2.根据权利要求1所述一种可在三自由度运动的多探针支架，其特征在于:所述多探针支架还包括铝合金管(17)，铝合金管(17)固定安装在铝合金长板(4)的下端面上。
3.根据权利要求2所述一种可在三自由度运动的多探针支架，其特征在于:所述铝合金管(17)的横截面形状为U型。
4.根据权利要求1、2或3所述一种可在三自由度运动的多探针支架，其特征在于:所述升降台(I)包括上板(1-1)、下板(1-2)和多连杆机构(1-3)，上板(1-1)和下板(1-2)平行设置，上板(1-1)和下板(1-2)之间通过多连杆机构(1-3)连接，下板(1-2)通过螺栓连接与真空罐固定连接，上板(1-1)上开设多个通孔。
5.根据权利要求1或4所述一种可在三自由度运动的多探针支架，其特征在于:伞齿轮副(11)的齿数比为1:2。
【文档编号】H05H1/00GK104135811SQ201410397513
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年8月13日 优先权日:2014年8月13日
【发明者】马成毓, 刘辉, 孙国顺, 陈蓬勃, 胡鹏, 于达仁 申请人:哈尔滨工业大学