[发明专利]电推力器束流测量系统和主系统

说明书

本发明提供了一种电推力器束流测量系统和主系统，其中，该系统包括：反向比例运算电路、法拉第探针、负偏置电压源和测量仪；其中，反向比例运算电路包括第一电阻和第二电阻；法拉第探针、负偏置电压源和测量仪分别与反向比例运算电路相连接；法拉第探针的测试端和待测量的电推力器喷口面相对。本发明不仅可以减少法拉第探针的测量误差，而且避免了法拉第探针脱离工作区，达到了提高电推力器束流测量精度的效果。

技术领域

本发明涉及航天器械技术领域，尤其是涉及一种电推力器束流测量系统和主系统。

背景技术

电推力器真空羽流是等离子体，主要包含离子、电子和中性气体分子等，得到羽流中束电流密度分布是评估电推力器寿命及其羽流效应的重要指标，法拉第探针是测量空间离子密度分布的一种简易手段及方法。离子推力器、霍尔推力器等电推力器因其比冲高、寿命长和系统质量较小等优点而广泛应用于航天器的姿态和轨道控制。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。

但是传统的法拉第探针的测量电路，由于探针电位是时刻变化的，因此易使法拉第探针的电压设置端(探针端)出现电压抬升的现象，在束流大到一定程度时容易出现电压不足的现象，从而导致测量精度低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种法拉第探针探测系统和主系统，以稳定法拉第探针的负偏置电压，减少法拉第探针的测量误差和避免法拉第探针脱离工作区，提高法拉第探针的测量精度。

第一方面，本发明实施例提供了一种电推力器束流测量系统，系统包括反向比例运算电路、法拉第探针、负偏置电压源和测量仪；其中，反向比例运算电路包括第一电阻和第二电阻；法拉第探针、负偏置电压源和测量仪分别与反向比例运算电路相连接；法拉第探针的测试端和待测量的电推力器喷口面相对；反向比例运算电路，用于在法拉第探针与反向比例运算电路断开连接的情况下，根据反向比例运算电路的虚短特性和虚断特性，得到第二电阻的电流和输出电压；测量仪，用于当负偏置电压源输出的负偏置电压和输出电压满足预设条件，并且法拉第探针与反向比例运算电路连接时，测量第一电阻的电流，以使反向比例运算电路根据第一电阻的电流和第二电阻的电流，得到法拉第探针的束电流。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，预设条件包括：负偏置电压源输出的负偏置电压的范围为-15V～-30V，且输出电压在预设的直流稳压电源的电压范围内。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，系统还包括数据处理设备；数据处理设备，与反向比例运算电路相连接，用于根据所述束电流，得到离子的电流密度。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，数据处理设备具体用于：

根据下式计算离子的电流密度：

其中，j为离子的电流密度，I为所述法拉第探针的束电流，A_c为法拉第探针的收集面积。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，数据处理设备，还用于：根据离子的电流密度，得到束流积分值、束流分布和羽流角。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，数据处理设备具体用于：

根据下式计算束流积分值：

其中，I_beam为束流积分值，j为离子的电流密度，r为法拉第探针与距离电推力器中心轴线的垂直距离。