本發(fā)明涉及霍爾推力器產(chǎn)物組分的監(jiān)測技術(shù)。

背景技術(shù)：

隨著衛(wèi)星對壽命提出更高的要求，衛(wèi)星推力器壽命的提高成為關(guān)鍵。傳統(tǒng)的衛(wèi)星化學(xué)推力器，推力大，但比沖小，提高推力器壽命就必須增加衛(wèi)星攜帶的化學(xué)燃料，從而增加了衛(wèi)星發(fā)射成本并且會降低有效載荷。與傳統(tǒng)的化學(xué)推力器相比，電推力器具有體積小、質(zhì)量輕、比沖高和壽命長等優(yōu)勢，能夠降低衛(wèi)星發(fā)射成本并且能夠滿足衛(wèi)星的壽命要求，成為各國研究的熱點(diǎn)。

目前以霍爾推力器和離子推力器為主，已經(jīng)有上百臺電推進(jìn)器應(yīng)用到衛(wèi)星上，主要用于執(zhí)行衛(wèi)星變軌、姿態(tài)控制、南北軌道保持等任務(wù)。中國霍爾推力器也已經(jīng)搭載衛(wèi)星在軌驗(yàn)證成功，主要工作機(jī)理是：在發(fā)動機(jī)的陽極和陰極間施加軸向的電場，由帶電線圈產(chǎn)生徑向方向的磁場，電子被磁場束縛，做周向的霍爾漂移，與通道內(nèi)的中性原子碰撞，產(chǎn)生離子，離子被電場加速高速噴出從而產(chǎn)生推力。在霍爾推力器噴射出的羽流中包括了中性氣體、一價(jià)離子、二價(jià)離子以及電子。由于霍爾推力器主要依靠加速離子產(chǎn)生推力，因此對于羽流中離子成分比例的分析對提高霍爾推力器推力性能十分重要。推進(jìn)器羽流和它的衛(wèi)星、飛船的相互作用，對霍爾推力器的影響表現(xiàn)在：

1.中性氣體和快離子的碰撞會產(chǎn)生慢離子，慢離子會被沿徑向加速并且回流到推進(jìn)器的前面從而對飛船造成腐蝕和電荷的積累。

2.由于霍爾推力器的羽流呈現(xiàn)等離子體狀態(tài)，對電磁波有屏蔽的作用，可能對飛船上的通信有影響。

因此對霍爾推力器羽流區(qū)產(chǎn)物組分的分析對于提高霍爾推力器性能的研究是必不可少的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了滿足對霍爾推力器羽流區(qū)產(chǎn)物組分的分析需求，從而提供一種監(jiān)測霍爾推力器羽流區(qū)產(chǎn)物組分的裝置。

本發(fā)明所述的一種監(jiān)測霍爾推力器羽流區(qū)產(chǎn)物組分的裝置，包括高壓電源、陰極板、電極、真空室、濾波片、納秒級脈沖激光器、iccd相機(jī)和計(jì)算機(jī)；

陰極板與電極相對、平行設(shè)置在真空室內(nèi)，霍爾推力器羽流區(qū)位于陰極板與電極之間的區(qū)域內(nèi)，高壓電源的偏置電壓輸出端連陰極板，高壓電源的零電位輸出端連電極；

納秒級脈沖激光器出射的激光垂直入射至陰極板，陰極板逸出電子束的射流方向與霍爾推力器羽流噴射方向垂直，電子與羽流區(qū)粒子碰撞產(chǎn)生熒光，iccd相機(jī)透過濾波片收集熒光，iccd相機(jī)連計(jì)算機(jī)。

優(yōu)選的是，電極采用格柵實(shí)現(xiàn)，納秒級脈沖激光器出射的激光透過格柵垂直入射至陰極板。

優(yōu)選的是，陰極板為金板或銅板。

優(yōu)選的是，偏置電壓輸出端輸出負(fù)電壓。

優(yōu)選的是，還包括第一窗口，第一窗口設(shè)置在真空室上，iccd相機(jī)和濾波片位于真空室外，iccd相機(jī)依次透過濾波片和第一窗口收集熒光。

優(yōu)選的是，還包括第二窗口，第二窗口設(shè)置在真空室上，納秒級脈沖激光器出射的激光透過第二窗口垂直入射至陰極板。

優(yōu)選的是，還包括信號發(fā)生器，信號發(fā)生器輸出的矩形信號同步觸發(fā)納秒級脈沖激光器和iccd相機(jī)。

光譜診斷具有非接觸式測量的獨(dú)特優(yōu)勢，能避免對等離子體流場的干擾，且可以對多種放電參數(shù)進(jìn)行同步測量并得出發(fā)動機(jī)的性能參數(shù)，能測量的參數(shù)如羽流中各組分的濃度和分布、以及電離率和輻射速率等，還可以監(jiān)測發(fā)動機(jī)的腐蝕情況。

本發(fā)明利用納秒級脈沖激光器發(fā)射激光束轟擊陰極板，陰極板通過恒壓高壓電源加載偏置電壓，由金屬陰極板逸出的電子被陰極板排斥加速，電子在真空室與待檢測粒子碰撞產(chǎn)生熒光，由iccd相機(jī)收集，通過收集的熒光信號來檢測粒子的種類和密度。

附圖說明

圖1是具體實(shí)施方式一所述的一種監(jiān)測霍爾推力器羽流區(qū)產(chǎn)物組分的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是具體實(shí)施方式二中的信號發(fā)生器的連接關(guān)系示意圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：結(jié)合圖1具體說明本實(shí)施方式，一種監(jiān)測霍爾推力器羽流區(qū)產(chǎn)物組分的裝置，包括高壓電源100、陰極板200、電極300、真空室400、濾波片500、納秒級脈沖激光器600、iccd相機(jī)700和計(jì)算機(jī)800；

陰極板200與電極300相對、平行設(shè)置在真空室400內(nèi)，霍爾推力器羽流區(qū)位于陰極板200與電極300之間的區(qū)域內(nèi)，高壓電源100的偏置電壓輸出端通過電阻r后連陰極板200，高壓電源100的零電位輸出端連電極300；

納秒級脈沖激光器600出射的激光透過第二窗口402垂直入射至陰極板200，陰極板200逸出電子束的射流方向與霍爾推力器羽流噴射方向垂直，電子與羽流區(qū)粒子碰撞產(chǎn)生熒光，iccd相機(jī)700透過濾波片500收集熒光，iccd相機(jī)700連計(jì)算機(jī)800。光束通過納秒級脈沖激光器產(chǎn)生，激光器為外觸發(fā)二極管泵浦固體激光器，激光器工作頻率在100-1000hz，脈沖寬度為1-100ns，光波波長為250-300nm。陰極板為冷陰極板，采用金或銅材料。陰極板與激光器光束垂直，激光轟擊金屬陰極板，通過能量輸入使電子獲能，在陰極板表面逃逸。極板之間通過恒壓的高壓電源加載偏置電壓-200v，電子被加速向羽流區(qū)運(yùn)動。電子束射流方向與霍爾推力器羽流噴射方向垂直，電子與粒子碰撞產(chǎn)生熒光。透過觀察窗口即第一窗口401，經(jīng)過窄帶濾波片，iccd相機(jī)收集一定波長的熒光，從而判定粒子種類和密度大小。一次測量選用透過某一波長的濾波片進(jìn)行測量，通過多次測量可以對多種粒子進(jìn)行測量。

金或銅的電子發(fā)射效率高，有利于大量的電子溢出。

本實(shí)施方式中，電極300采用格柵實(shí)現(xiàn)，納秒級脈沖激光器600出射的激光透過格柵垂直入射至陰極板200。

電極300采用格柵實(shí)現(xiàn)，激光能透過格柵入射至陰極板200，巧妙地實(shí)現(xiàn)使激光垂直入射至陰極板200。

圖1中1000為霍爾推力器，s為羽流，e^-為激發(fā)出的熒光，熒光的能量為hν。

具體實(shí)施方式二：結(jié)合圖2具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式一所述的一種監(jiān)測霍爾推力器羽流區(qū)產(chǎn)物組分的裝置作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，本實(shí)施方式中，還包括信號發(fā)生器900，信號發(fā)生器900輸出的矩形信號同步觸發(fā)納秒級脈沖激光器600和iccd相機(jī)700。

iccd相機(jī)與激光器由同一個(gè)信號發(fā)生器控制。信號發(fā)生器產(chǎn)生矩形波，其頻率在100-1000hz。信號發(fā)生器產(chǎn)生的矩形信號輸入到固體激光器和iccd，同步觸發(fā)激光器和iccd工作。iccd捕獲的熒光信號輸入到計(jì)算機(jī)中保存。

雖然在本文中參照了特定的實(shí)施方式來描述本發(fā)明，但是應(yīng)該理解的是，這些實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的原理和應(yīng)用的示例。因此應(yīng)該理解的是，可以對示例性的實(shí)施例進(jìn)行許多修改，并且可以設(shè)計(jì)出其他的布置，只要不偏離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍，可以通過不同于原始權(quán)利要求所描述的方式來結(jié)合不同的從屬權(quán)利要求和本文中所述的特征。還可以理解的是，結(jié)合單獨(dú)實(shí)施例所描述的特征可以使用在其他所述實(shí)施例中。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
一種監(jiān)測霍爾推力器羽流區(qū)產(chǎn)物組分的裝置，涉及霍爾推力器產(chǎn)物組分的監(jiān)測技術(shù)，為了滿足對霍爾推力器羽流區(qū)產(chǎn)物組分的分析需求。陰極板與電極相對、平行設(shè)置在真空室內(nèi)，霍爾推力器羽流區(qū)位于陰極板與電極之間的區(qū)域內(nèi)，高壓電源的偏置電壓輸出端連陰極板，高壓電源的零電位輸出端連電極；納秒級脈沖激光器出射的激光垂直入射至陰極板，陰極板逸出電子束的射流方向與霍爾推力器羽流噴射方向垂直，電子與羽流區(qū)粒子碰撞產(chǎn)生熒光，ICCD相機(jī)透過濾波片收集熒光，ICCD相機(jī)連計(jì)算機(jī)。本發(fā)明適用于監(jiān)測霍爾推力器羽流區(qū)產(chǎn)物組分。

技術(shù)研發(fā)人員：朱悉銘;寧中喜;劉晨光;韓星;孟圣峰;王彥飛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.01
技術(shù)公布日：2017.07.28