[发明专利]一种可导入束流的ExB探针

说明书

本公开涉及一种可导入束流的ExB探针，包括探针壳体，探针壳体安装有准直管、电场发生部件、磁场发生部件以及收集极部件，准直管外部缠绕安装有金属线圈，金属线圈连接电源，金属线圈通电后可在准直管的入口端和通孔内形成轴向磁场。本申请中，当束流在ExB探针准直管入口前，将会预先被准直管内部散发的轴向磁场所影响，在进入准直管前就在一定程度上被准直管的磁场约束；当束流以一定角度进入准直管段时，会在准直管内部的磁场区域中有约束地通过准直管，到达ExB探针内部，经过电场发生部件、磁场发生部件后到达收集极部件，形成离子电流，本申请可以使ExB探针自身与束流来流方向存在一定的夹角时依旧能够诊断束流信号。

技术领域

本公开涉及航空航天技术领域，尤其涉及一种可导入束流的ExB探针。

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，得到电推力器羽流中粒子成分分布对于推力器内部磁场设计有着重要意义。

一个推力器中若是二价离子甚至三价离子的含量较高，代表推力器内部放电室的磁场存在过约束的状态，也就是在放电室内存在电子集中电离的区域，导致已经完成电离的粒子尚未引出时就受到电子的二次轰击，进而形成多价离子，那么在多次电离的区域的等离子体密度较其他区域高，该位置的栅极将会受到集中破坏。ExB探针是一种可以在电推进羽流中检测一价或多价离子的比例的接触式诊断工具，在电推力器初样诊断、校核诊断或基础研究中占有非常重要的地位。

ExB探针主要包含四个核心部件，分别是准直部件、电场发生部件、磁场发生部件以及收集极部件。准直部件的作用是接收来自特定方向的信号；电场发生部件以及磁场发生部件共同作用，目的是筛选不同带电量的离子；离子经过准直管、电场发生部件以及磁场发生部件后到达收集极部件，形成离子电流。将离子电流设为y轴，偏置电场设为x轴，即可得到一个随电压变化的电流曲线，该伏安特性曲线就是ExB探针最终得到的有效数据，对该区线进行滤波、平滑等处理就能分析出流场中带电粒子的带电量分布。如图1所示，当离子进入准直管后，在ExB探针内部运动，离子电流与磁场方向会形成一个向上的力(图1中上方)，而电场则施加一个反向的力，在特定电压条件下，磁场力与电场力将会抵消，离子能够笔直进入收集极收集范围，形成采样电流。

现有ExB探针存在一个问题，就是探针与束流方向的相对位置要求极高，若是ExB探针与束流存在一定夹角将会导致离子无法通过准直管。由于束流来流方向与离子推力器栅极加工工艺、对中性有关；且与霍尔推力器的磁场分布也有关，而这几个因素也难以在仿真、实验阶段确定，故在实验中需要不断调整ExB探针的角度以适应羽流中离子的来流方向，对实验流畅性、数据准确性都有严重影响，并且在部份情况中无论如何调整ExB探针的角度都无法接收到电流信号。

一般解决上述问题的有效方式是加大准直管内径或改短准直管长度，使离子更容易通过准直管，进入ExB探针内部。但这种方法有一定的问题，也就是进入ExB探针内部的离子并不一定都是测量人员需要的离子信号，进入ExB探针内部的离子除了包含需要测量的束流离子，也包含CEX粒子(电荷交换粒子)以及非正常运行离子等，如此一来所测得的伏安特性曲线将会存在大量的噪声信号，对于二价、三价离子这种电流信号本来就比较小的信号种类来说是非常容易淹没在噪声信号中的。所以这种方法对于数据准确性来说是存在问题的。

因此，本申请提出一种可导入束流的ExB探针。

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导入束流的ExB探针。

本发明采用的技术方案是这样的：