[发明专利]一种用于脉冲磁场诊断的二维磁感应探针

说明书

本发明公开了一种用于脉冲等离子体推力器诊断的二维磁感应探针，包括玻璃外壳(1)、探针底座(2)、绝缘套筒(3)、正交磁场测量线圈组(4)和焊盘(5)，以实现测量脉冲等离子体推力器放电通道内磁场强度。本发明针对脉冲等离子体推力器单次点火的磁场强度测量，设计包括两个相互垂直的磁场测量线圈的二维磁感应探针，基于法拉第电磁感应定律，测量线圈上磁通量的变化情况，进而实现了对脉冲等离子体推力器的时变的高频脉冲磁场的测量。

技术领域

本发明属于电推进等离子体测量领域，特别涉及一种使用非接触式测量方法对脉冲等离子体推力器放电通道内磁场强度进行测量的二维磁感应探针。

背景技术

电推进是一类利用电能直接加热推进剂或利用电磁作用电离加速推进剂以获得推进动力的先进推进方式，具有较高的比冲、推力和效率，在大型航天器的轨道控制、深空探测和星际航行等空间任务中有广阔的应用前景。脉冲等离子体推力器为电磁式电推力器的一种，目前已被广泛应用于卫星以及深空探测器的主推进系统。

对脉冲等离子体推力器的放电特性、磁场强度进行相关参数的测量对于提高优化发动机设计、提高发动机性能具有重要意义。磁感应探针是测量等离子体能量分布的基本测试手段之一，属于非接触式测量方法，拥有测量精度高，对放电通道内等离子体扰动小等优势。然而，放电通道内的磁场具有分布复杂，磁感线的方向不统一等问题，传统的磁感应探针只能测量单一方向的一维磁场强度结果，这导致了测量结果的局限性。目前还没有专门针对脉冲等离子体推力器设计的二维磁感应探针。

发明内容

为了解决现有技术的缺陷，本发明提供了一种用于脉冲等离子体推力器诊断的二维磁感应探针，以实现测量脉冲等离子体推力器放电通道内磁场强度。脉冲等离子体推力器的放电磁场是由交变的电弧上携带的交流电所形成的高频瞬态磁场(放电时间10μs)，本发明针对脉冲等离子体推力器单次点火的磁场强度测量，设计包括两个相互垂直的磁场测量线圈的二维磁感应探针，基于法拉第电磁感应定律，测量线圈上磁通量的变化情况，进而实现了对脉冲等离子体推力器的时变的高频脉冲磁场的测量。

本发明提供了一种用于脉冲磁场诊断的二维磁感应探针，其特征在于，包括玻璃外壳(1)、探针底座(2)、绝缘套筒(3)、正交磁场测量线圈组(4)和焊盘(5)；

所述玻璃外壳(1)为半封闭式中空结构；所述探针底座(2)为中空结构；所述绝缘套筒(3)紧配合套接于所述玻璃外壳(1)的开口端外周，并与所述玻璃外壳(1)整体固定安装于所述探针底座(2)的一端；所述正交磁场测量线圈组(4)置于所述玻璃外壳(1)内部，所述正交磁场测量线圈组(4)包括平行于所述玻璃外壳(1)轴线的水平向磁线圈(41)和与所述水平向磁线圈(41)垂直的垂向磁线圈(42)；所述水平向磁线圈(41)和所述垂向磁线圈(42)结构相同；

所述焊盘(5)固定于所述探针底座(2)内部，所述水平向磁线圈(41)和所述垂向磁线圈(42)各自引出的信号线焊接于所述焊盘(5)上，并通过所述焊盘(5)从所述探针底座(2)的另一端引出各自的外接电路，各外接电路均接入一个RC积分器，所述RC积分器用于实现感应电流的积分作用，使得经过积分后的感应电动势与磁场强度具有线性正比例关系，以获得在脉冲等离子体推力器一次点火工作时脉冲等离子体推力器放电通道内的二维磁场分布。

在一些实施例中，所述获得在脉冲等离子体推力器一次点火工作时推力器放电通道内的二维磁场分布的过程如下：

所述磁感应探针测量位置的电流密度j在所述水平向磁线圈(41)和所述垂向磁线圈(42)上产生的感生磁场强度B遵循安培环路定律，根据公式(1)和公式(2)得到脉冲等离子体推力器放电通道内的二维电流密度和磁场强度：