[发明专利]一种可多方向采集的阻滞势分析仪

说明书

本公开涉及一种可多方向采集的阻滞势分析仪，入口栅极、电子屏蔽栅极、离子能量扫描栅极均为半球形的球壳结构、且三者的球心重合；入口栅极底部嵌设在外壳与第一环形绝缘套之间，电子屏蔽栅极底部嵌设在第一环形绝缘套与第二环形绝缘套之间、且位于入口栅极内侧，离子能量扫描栅极底部嵌设在第二环形绝缘套与第三环形绝缘套之间、且位于电子屏蔽栅极内侧，收集极固装在第三环形绝缘套内、且位于离子能量扫描栅极内侧；入口栅极、电子屏蔽栅极、离子能量扫描栅极均具有若干通孔、且径向对准，通过径向对准的各通孔的离子能被收集极接收。本申请由于半球形栅极的结构特性，可以诊断来自多个方向离子能量的分布，解决了测量方向单一的问题。

技术领域

本公开涉及航空航天技术领域，尤其涉及一种可多方向采集的阻滞势分析仪。

背景技术

离子推力器、霍尔推力器、电喷雾推力器等空间推力器因其较高的比冲、较长的寿命和较小的系统质量而广泛应用于航天器轨道控制和星际航行中。准确获取电推力器真空羽流参数对评估电推力器和航天器性能是至关重要的；电推力器真空羽流主要包含等离子体，等离子体中又含一价离子、二价离子、电子和中性气体分子等，得到电推进真空羽流中离子能量分布是评估电推力器寿命及其羽流效应的重要指标。

阻滞势分析仪(RPA)是一种适用于电推进羽流等离子体接触式诊断试验仪器，阻滞势分析仪可以用来诊断电推进羽流中离子能量的分布，并得到束流区、返流区的离子能量特性，对电推力器的设计、寿命评估等方面起着至关重要的作用。阻滞势分析仪主体结构一般为单端开口的管状结构，为阻滞势分析仪的入口，从RPA探针入口上游至下游分别是入口栅、电子屏蔽栅、离子能量扫描栅以及收集极，栅极以及收集极间用绝缘垫圈相互隔离开来，已达到在高压条件下的工作稳定性。到达收集极的运动离子在阻滞势分析仪测量回路内形成离子电流。收集极上所获得的离子电流随离子能量扫描栅电势的变化而变化，并且将施加的扫描偏置电压作为水平轴，测得离子电流作为垂直轴，即可得到一条随扫描电压而改变收集电流的伏安特性曲线。对该变化曲线进行滤波、平滑、求导等数据处理即可获得离子能量分布函数。

现有阻滞势分析仪由于其自身结构的限制，存在着一个重大的问题，也就是来流粒子方向的选择性问题。简单来说，平板栅极结构的平行排列将探针内的粒子运动限制为轴向运动，与探针轴向不平行的带电粒子将被栅极表面或是外壳表面吸收，在一定程度上形成数据的负偏差。

在束流区，测量的阻滞势分析仪由于来流离子运动方向基本一致，故阻滞势分析仪与来流粒子的运动方向存在角度的偏差时会导致阻滞势分析仪无法采集到数据，需要将阻滞势分析仪的轴向位置调整至与束流运动方向相同的条件下才能正常运作。而在返流区中，电荷交换离子属于混沌系统，粒子运动方向不可预测，而阻滞势分析仪在返流区中测量方向的选择就成为一个问题。另外由于返流区测量中仅选择一个速度分量的离子作为诊断对象，阻滞势分析仪测量到的离子电流非常小，预期的实验数据常常会淹没在系统噪声中，这种现象在返流区的测量中常常给测试人员带来困扰。

因此，本申请提出一种可多方向采集的阻滞势分析仪。

发明内容

为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种可多方向采集的阻滞势分析仪。

本发明采用的技术方案是这样的：

一种可多方向采集的阻滞势分析仪，包括外壳、入口栅极、第一环形绝缘套、电子屏蔽栅极、第二环形绝缘套、离子能量扫描栅极、第三环形绝缘套、收集极；

所述入口栅极、电子屏蔽栅极、离子能量扫描栅极均为半球形的球壳结构、且三者的球心重合；

所述入口栅极底部嵌设在所述外壳与所述第一环形绝缘套之间，所述电子屏蔽栅极底部嵌设在所述第一环形绝缘套与所述第二环形绝缘套之间、且位于所述入口栅极内侧，所述离子能量扫描栅极底部嵌设在所述第二环形绝缘套与所述第三环形绝缘套之间、且位于所述电子屏蔽栅极内侧，所述收集极固定安装在所述第三环形绝缘套内、且位于所述离子能量扫描栅极内侧；