[发明专利]一种用于高速流场等离子体参数诊断的平装探针装置

说明书

技术领域

本发明属于空气动力学流场诊断技术领域，具体涉及一种用于高速流场等离子体参数诊断的平装探针装置。

背景技术

静电探针是朗缪尔等人1923年发明，由于制作简单，空间分辨率高，可以较为准确的获取探针所在位置局域等离子体参数信息，因此被研究者广泛用于诊断等离子体密度，电子温度和空间电位等信息。但是传统的静电探针无法适用于高速流场环境下的等离子体信息诊断。等离子体鞘层是典型的高速流场等离子体；是高速再入飞行物进入大气层后，由于激波加热和防护材料烧蚀等原因在飞行物表面形成高密度的等离子体薄层。等离子体鞘层的形成会影响飞行物的通讯信号，因此，等离子体鞘层的物理信息诊断对解决通讯中断问题至关重要。传统的静电探针伸出飞行物外后极易被烧蚀，并影响飞行物的飞行安全和稳定，从而无法正常测量飞行物表面等离子体参数。为了解决这一问题，需要设计一种探测电极表面与飞行物表皮齐平的探针结构。

发明内容

本发明针对电探针不能伸出飞行物表面进行等离子体相关信息的探测问题，发明了一种结合飞行物的外形结构，包括平装探针尺寸、绝缘层、飞行物外形链接方式的平装探针。

本发明采用的技术方案为：一种用于高速流场等离子体参数诊断的平装探针装置，该装置包括平装探针，其中，平装探针将探针电极表面与绝缘套表面相齐平。

其中，平装探针电极表面与飞行物表面相齐平。

其中，平装探针采用大面积且与飞行物共形的平面结构。

其中，平装探针根据飞行物外形曲率半径的不同选用不同形状的电极。

其中，电极的表面积大小应根据实验中等离子体的电子密度大小和采集系统的自身误差因素来决定，若后端采集电子学系统采集到的电流很小或者完整的伏安特性曲线上无饱和流，可适当增大电极的表面积和偏置电压幅度，直至采集系统可以采集到完整的伏安特性曲线。

其中，平装探针外部绝缘套的材料可以选用耐高温且硬度较大的绝缘材料，绝缘套的目的在于将平装探针电极和外壳之间绝缘。

其中，平装探针装置使用方法为：扫描偏压信号W用于提供平装探针偏置电压，在探针的电极上加入偏置电压后，电极就会收集等离子体中相应的电子或离子，此时将采集第一电阻上的电流信号作为纵坐标以及第二电阻、第三电阻上的电压信号之和作为横坐标第一电阻上的电流即为探针收集到的电流；第二电阻和第三电阻上的电压总和为电源信号加在平装探针上的偏置电压，在电阻的选择上，第一电阻和第二电阻、第三电阻总和之比一般为1:1000，即可得出伏安特性曲线。

本发明优点和积极效果为：

(1)本发明采用电极表面和飞行物表面相齐平的结构，成功的解决了传统朗缪尔探针电极裸露易绝缘和损坏的难点。

(2)本发明成功的解决了柱探针在飞行物表面易尖端放电和影响飞行物飞行稳定等难点。

(3)本发明相对于传统朗缪尔探针更能很好的契合飞行物。

附图说明

图1为平装探针圆形电极示意图；

图2为平装探针电极外部绝缘套示意图；

图3为平装探针外壳示意图；

图4为平装探针的总装配示意图，其中，1为陶瓷绝缘套，2为中心电极，3为装置表面，4为接同轴电缆外套，5为接同轴电缆芯线，6为介质垫圈；

图5为平装探针使用示意图，其中，7为第一电阻，8为第二电阻，9为第三电阻；

图6为探针伏安特性曲线示意图；

图7为平装探针诊断空间电位结果与单探针对比示意图，其中，图7(a)为不同气压下平装探针与柱探针的结果比对，图7(b)为不同电流下平装探针与柱探针结果比对；

图8为平装探针诊断电子密度结果与单探针对比示意图，其中，图8(a)为不同距离下平装探针与柱探针结果比对，图8(b)为不同气压下平装探针与柱探针结果比对；

图9为平装探针诊断电子温度结果与单探针对比示意图，其中，图9(a)为不同气压下平装探针与柱探针结果比对，图9(b)为不同电流下平装探针与柱探针结果比对。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。

传统的静电探针由于电极裸露于绝缘套之外的特性导致它不能准确诊断高速飞行物表面的等离子体参数信息。为了解决这一问题，我们提出了将探针电极表面与绝缘套表面相齐平的设计结构，并将具有这种特殊结构的探针，称为平装探针。这一特殊电极结构设计理念很好的解决了在该特殊区域内电探针不能正常诊断等离子体参数的难题。