[发明专利]一种基于法拉第筒的近场羽流质谱诊断E×B探针

权利要求书

1.基于法拉第筒的近场羽流质谱诊断E×B探针，其特征是：包含中心架、铁氧体永磁体、平板电极板、电极板固定座、准直管、漂移管、法拉第筒、碳钢壳体及防溅射隔热层。连接关系为：以中心架为主要结构体，铁氧体永磁体分别置于中心架上下表面，电极板使用聚四氟乙烯固定座固定于中心架内部，探针使用六块碳钢壳体进行封装。不锈钢准直管与漂移管分别通过轴孔配合固定于中心架两端中心。准直管分为A、B两段，采用紧配合套接，并用法兰盘固定。漂移管与准直管结构类似，分为漂移管入口段与漂移管主体，同样采用紧配合与法兰盘连接方式进行连接紧固，漂移管主体与收集器保护套筒整体加工形成。探针收集器使用铝制法拉第筒进行信号收集，法拉第筒外套有聚四氟乙烯绝缘套筒，在法拉第筒底部连有螺纹杆，用于固定法拉第筒及连接信号线。探针壳体前端采用防溅射隔热层包覆，并用螺栓固定。

2.根据权利要求1所述的基于法拉第筒的近场羽流质谱诊断E×B探针，其特征是：中心架为探针主要结构体，采用铝块一体加工而成，用于固定铁氧体永磁体、固定电极板、固定准直管与漂移管、固定碳钢壳体，电极板供电线从中心架端部小孔引出。中心架两端开有10mm通孔，具有较高的同轴度。

3.根据权利要求1所述的基于法拉第筒的近场羽流质谱诊断E×B探针，其特征是：磁铁采用两块150mm*100mm*25mm铁氧体永磁体构成，异性磁极相对，磁铁间距为40mm。

4.根据权利要求1所述的基于法拉第筒的近场羽流质谱诊断E×B探针，其特征是：电极板采用两块134mm*36mm*6mm铝制平板电极组成，电极板相对平面表面光滑，反面设置有接线柱安装螺纹孔与电极板固定螺纹孔，两端使用聚四氟乙烯固定座固定，形成Ⅱ字型结构。两电极板间施加0～600V电压，间距为20mm，电极板外分别连有1MΩ电阻，中间接地以保证电极板间轴线处电势为零，且电极板电势大小相等，正负相反。

通过电磁场的离子电荷数(z)与电极板电压差(V_p)关系式为：

Vp=dB2zeV/m]]>

其中d为电极板间距，B为磁场强度，e为单位电荷量，V为离子加速电压，m为离子质量。

5.根据权利要求1所述的基于法拉第筒的近场羽流质谱诊断E×B探针，其特征是：探针使用六块碳钢板进行封装，前后端碳钢板中心开有22mm通孔，上下碳钢板较厚为8mm，其余为5mm。上下碳钢板长边侧面开有3个M4螺纹孔，用于方便装卸碳钢板及固定防溅射隔热层。

6.根据权利要求1所述的基于法拉第筒的近场羽流质谱诊断E×B探针，其特征是：准直管采用不锈钢制作，分为A、B两段，总长67mm，入口与出口孔径均为2mm，A、B段采用紧配合套接，并在结合处分别设置有外径为22mm的法兰盘，用于固定准直管。准直管与中心架采用轴孔紧配合连接。

7.根据权利要求1所述的基于法拉第筒的近场羽流质谱诊断E×B探针，其特征是：漂移管采用不锈钢制作，分为漂移管入口段与漂移管主体，采用轴孔配合与法兰盘连接方式进行连接紧固，总长55mm，漂移管入口孔径为3mm；漂移管主体与收集器保护套筒整体加工形成，漂移管出口孔径为6mm，保护套筒内径为22mm。

8.根据权利要求1所述的基于法拉第筒的近场羽流质谱诊断E×B探针，其特征是：探针使用铝制法拉第筒进行信号收集，法拉第筒内径为6mm，法拉第筒外套有聚四氟乙烯绝缘套筒，在法拉第筒底部连有15mm长螺纹杆，使用双螺母紧固法拉第筒及连接信号线。

9.根据权利要求1所述的基于法拉第筒的近场羽流质谱诊断E×B探针，其特征是：探针壳体前端采用防溅射隔热层包覆，防溅射隔热层采用柔性石墨布材料，并用螺栓固定。

10.应用权利要求1所述的基于法拉第筒的近场羽流质谱诊断E×B探针的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)离子推力器或霍尔推力器喷射等离子体，形成羽流；

2)扫描电源提供0～600V的扫描电压，在电极板间形成变化的均匀分布的电场，与垂直方向上分布的铁氧体永磁体形成均匀正交的电磁场；

3)羽流离子通过准直管进入探针E×B场区，具有特定速度的离子在均匀正交的电磁场作用下通过E×B场区进入漂移管，最后到达法拉第筒内；

4)法拉第筒表面采集经过电磁场区筛选的羽流离子，形成离子电流；

5)防溅射隔热层有效保护探针前端面免受羽流离子直接轰击发生溅射及热沉积；

6)法拉第筒采集的离子电流由皮安表测量得到；

7)皮安表收集到的电流信号与扫描电源输出的电压信号通过数据采集仪采集，从而获得随扫描电压变化的I-V曲线，通过计算获得二价离子比例。