[发明专利]人为等离子体分布特性的测试系统

说明书

技术领域

本发明属于真空计量技术领域，具体涉及一种人为等离子体分布特性的测试系统。

背景技术

电推进是一种高比冲、长寿命、高效率的空间推进技术，能大幅减少推进剂的携带量，显著提高有效载荷比，延长卫星寿命。随着我国对卫星长寿命高性能需求的增长，电推进技术的使用将成为一种必然趋势。推进器工作时会产生低温度、高密度的人为等离子体，将与空间天然存在的高温度、低密度等离子体发生电荷交换等作用过程，导致卫星的充放电过程更加复杂，造成卫星高压太阳电池功率损失、部件间产生短路电流和结构电位漂移等危害，从而影响卫星在轨安全运行。

等离子体的特性主要包括密度和温度，同时电推进产生等离子体的能量具有一定的范围，因此不仅需要对电推进产生等离子体的密度和温度进行测试，还需要开展等离子体的能谱测试。由于国内电推进技术还未在航天器上得到应用，因此还没有形成电推进产生等离子体特性的测试方法。

发明内容

本发明的目的是：提供一种人为等离子体特性的测试系统，适用于电推进工作时产生等离子体特性的测试。

本发明的技术方案是：一种人为等离子体分布特性的测试系统，它包括：电推进、朗缪尔探针、阻滞势分析仪、真空系统与信号收集装置；

电推进安装于真空系统的内部；

朗缪尔探针的探头表面采用离子溅射镀金处理，所镀金膜的厚度为200-500nm；

阻滞势分析仪包括：金属外壳、入口栅极、初级电子阻挡栅极、离子扫描栅极、二次电子阻挡栅极、收集级以及陶瓷垫圈；入口栅极、初级电子阻挡栅极、离子扫描栅极、二次电子阻挡栅极、收集级从上至下依次安装在金属外壳的内部，相互之间由陶瓷垫圈隔开；

朗缪尔探针与阻滞势分析仪共同使用，真空系统内一共有两组朗缪尔探针与阻滞势分析仪；

信号收集装置位于真空系统的外部，分别与两组朗缪尔探针与阻滞势分析仪连接；

两组朗缪尔探针与阻滞势分析仪位于距电推进的距离不同位于同一垂线方向上，使用时，真空系统抽真空，电推进产生人为等离子体，两个朗缪尔探针的扫描电压V范围为-20至80V，步进为5V，测得探针收集电流I，信号收集装置获得两组不同位置人为等离子体的I-V曲线；两个阻滞势分析仪的初级电子阻挡栅极加负偏置电压、离子扫描栅极加正电压、二次电子阻挡栅极加负偏置电压，利用收集级收集等离子体离子电流，信号收集装置获得不同位置人为等离子体中的离子电流。

有益效果：1）本发明中综合利用朗缪尔探针和阻滞势分析仪测试电推进产生人为等离子体的温度、密度和能谱等特性，获得人为等离子体特性的测试方法。

2）朗缪尔探针金属探头表面采用离子溅射镀金处理，从而抑制二次电子发射，提高测试效率。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明中朗缪尔探针原理示意图。

其中，1-电推进、6-真空系统。

具体实施方式

参见附图1，一种人为等离子体分布特性的测试系统，它包括：电推进1、朗缪尔探针、阻滞势分析仪、真空系统6与信号收集装置；

电推进1安装于真空系统6的内部，利用电推进1可产生人为等离子体；

本发明中的朗缪尔探针的探头直径为5.6cm，探头表面采用离子溅射镀金处理，所镀金膜的厚度为200-500nm；朗缪尔探针的工作原理参见附图2，当探针伸入等离子体后，如果探针电势远低于周围等离子体电势时，探针接收周围等离子中的离子，排斥等离子体中的电子，这时的探针电流为离子饱和电流，对应I-V曲线图中的离子饱和区；随着探针电势的逐渐增加，探针所接收到的电子电流逐渐增加；当探针接收到的离子和电子一样多时，探针电流为零，此时的探针电势即为等离子体浮势（Vf）；当探针电势继续增加后，电子电流将以指数规律增大，对应I-V曲线图中的过渡区；当探针电势增长到等离子电势（VP）后，离子电流基本消失，而电子电流达到饱和，在I-V曲线图中出现明显的拐点；当探针电势继续增加后，进入电子饱和区。通过对探针的I-V曲线分析处理，即可得到等离子体的参数（等离子体密度、电子温度和等离子体势等）。