[发明专利]一种耐高温嵌入式双探针等离子体密度测量装置

说明书

技术领域

本发明属于空间等离子体参数测量领域，涉及一种耐高温嵌入式双探针等离子体密度测量装置，可以用于再入飞行时边界层内密度在10⁸cm^-3～10¹¹cm^-3的空间等离子体参数测量。

背景技术

无论是载人飞船、回收卫星还是洲际导弹，再入大气层后的末相系统均有许多命令，如语言通讯，电子对抗，末制导等，均要求信号实时传输。对于不同类型的再入飞行器，其等离子体鞘的形态和参数不同，理论研究只能给出方向性的结论，根据这些结论所提出的设计必需进过飞行试验的最终校验。地面试验一个重大的缺陷是不能提供电讯号衰减测量全部的模拟条件，包括高焓、高速、气体组分、无限大自由空间的介电环境等。因此飞行试验对于再入通讯研究具有特殊的重要性。弹载再入等离子体鞘诊断装置的研制应运而生。目前测量方法主要有：波导天线探针、静电探针、射频电导率探针、电声探针、电阻线探针、微波辐射计、隔离狭缝天线等。弹载传感器需要能在全再入过程中连续的测定等离子体鞘的全部参数；再入环境条件(特别是热环境)十分严酷，需要保证传感器不被烧坏；制作简易方便，数据处理简单易行；尺寸小、重量轻。目前静电探针(朗缪尔探针)的主要缺点是有效收集面积难以确定、抗高温与氧化性差、影响飞行器气动外形。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种耐高温嵌入式双探针等离子体密度测量装置，该测量装置能够安装在再入飞行器表面，与飞行器表面齐平，不破坏飞行器的气动外形，并且耐高温、体积小、测量精确高。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种耐高温嵌入式双探针等离子体密度测量装置，包括氮化硼绝缘底座、两根铱电极探针、两个探针电极保护环和两根电极连接导线，其中两根铱电极探针嵌入到氮化硼绝缘底座中，第一探针电极保护环环绕在第一铱电极探针周围，第二探针电极保护环环绕在第二铱电极探针周围，且探针电极保护环与铱电极探针之间的间距小于或等于德拜长度，并保证两根铱电极探针的端面、两个探针电极保护环的表面和氮化硼绝缘底座的表面在同一个平面上，所述平面可安装在再入飞行器表面，与再入飞行器表面齐平，其中探针电极保护环与铱电极探针之间的间距为探针电极保护环圆环内径R与铱电极探针半径r的差值；第一探针保护环与第一铱电极探针连接，第二探针保护环与第二铱电极探针连接，第一电极连接导线连接第一铱电极探针，第二电极连接导线连接第二铱电极探针，且两根电极连接导线从氮化硼绝缘底座中穿过，与检测电路连接。

在上述耐高温嵌入式双探针等离子体密度测量装置中，检测电路包括可调电阻器、扫描电压源和固定电阻，其中两根电极连接导线中的一根电极连接导线直接与可调电阻器连接，另外一根电极连接导线串联固定电阻后与可调电阻器连接，可调电阻器与扫描电压源并联连接。

在上述耐高温嵌入式双探针等离子体密度测量装置中，两个探针电极保护环与两根铱电极探针的材料相同且同电位。

在上述耐高温嵌入式双探针等离子体密度测量装置中，两根铱电极探针的尺寸相同且材料相同。

在上述耐高温嵌入式双探针等离子体密度测量装置中，两根铱电极探针的直径≤3.2mm，且两根铱电极探针的长度为直径的2～10倍。

在上述耐高温嵌入式双探针等离子体密度测量装置中，等离子体密度测量装置用于再入飞行器再入飞行时，边界层内密度在10⁸cm^-3～10¹¹cm^-3的空间等离子体参数测量。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明等离子体密度测量装置中铱电极探针的端面、探针电极保护环的表面和氮化硼绝缘底座的表面在同一个平面上，使得测量装置能够安装在再入飞行器表面，与飞行器表面齐平，不破坏飞行器的气动外形；

(2)本发明等离子体密度测量装置中探针材料为金属铱材料，可承受长时间温度不高于2000℃环境，且不容易氧化；

(3)本发明等离子体密度测量装置中采用探针电极保护环结构减小了边缘效应，保证探针的有效收集面积，提高了测量的精确度，此外本发明通过大量实验给出了探针电极保护环与电极探针之间的最佳间距，进一步提高了测量的精确度；

(4)本发明等离子体密度测量装置采用氮化硼作耐热绝缘材料，其可加工性、高温下绝缘性好；