[发明专利]一种在轨除污朗缪尔探针、系统及方法

说明书

本公开提供了一种在轨除污朗缪尔探针、系统及方法，所述探针包括：收集电极、绝缘层、保护电极、加热元件和外壳；收集电极的第一端裸露，收集电极的中部外侧包覆有绝缘层，绝缘层外侧包覆有保护电极，收集电极的第二端位于外壳内，且收集电极的第二端与加热元件连接；所述系统中，处理器的信号输出端口与磁保持继电器连接，磁保持继电器与稳流电路连接，稳流电路的一端与加热元件连接，稳流电路的另一端与电压跟随器连接，电压跟随器与差分放大电路连接，差分放大电路与处理器的模数转换接口连接，处理器的数模转换接口与稳流电路连接；本公开采用低压加热的方式除污染，安全可靠，耗能低，同时实现了探针温度的实时监测。

技术领域

本公开涉及等离子体科学技术领域，特别涉及一种在轨除污朗缪尔探针、系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

电离层是地球大气被太阳辐射部分电离的区域，是日地能量传输链中的重要一环，是空间天气的重要组成部分，也是最为贴近空间物理应用层面的地球空间区域。作为人类无线电波传播的主要媒介和航天活动的重要场所，电离层的状态变化能直接影响人类的通讯、导航、遥感定位和航空航天活动等。电离层的状态变化主要体现在其等离子体密度、温度等物理参量的变化上。因此，电离层等离子体密度和温度探测十分重要。

朗缪尔探针由于具有结构简单，结果可靠等优点，已经被广泛运用在电离层等离子体和实验室人工等离子体诊断中。朗缪尔探针诊断方法是将一个金属电极浸入到等离子体中，然后利用控制电路在电极上施加一个扫描电压，同时采集探针上的微电流信号，得到I-V曲线，进而结合诊断理论得出等离子的物理参量。无论是在太空环境还是实验室的模拟环境中，朗缪尔探针均可以就位测量等离子体的电子密度(N_e)、电子温度(T_e)等特性参量。

发明人发现，探针表面容易被水汽和各种气体分子吸附，造成污染，影响诊断结果的准确性。污染后的探针直接表现是正向扫描曲线和反向扫描曲线存在一定的迟滞性，从而影响诊断出的等离子体参数。据实验表明，探针暴露在大气环境中，在数秒甚至一秒内的时间就可以被水汽和气体分子污染，表现出明显的迟滞效应。用于探空火箭和卫星上的朗缪尔探针在安装完成到发射之间大概率会被大气污染，因此在轨除污染装置对于朗缪尔探针诊断结果的准确性具有重要意义。目前，在轨除污染装置多采用在探针施加高压的方式来吸引周围的带电粒子轰击探针，但这种方式需要复杂的升压装置和大量的电能消耗，而且轰击效果还受所处的等离子体密度的影响，不能保证每次轰击效果一致。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种在轨除污朗缪尔探针、系统及方法，采用低压加热的方式除污染，安全可靠，耗能低，同时实现了探针温度的实时监测。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开第一方面提供了一种在轨除污朗缪尔探针。

一种在轨除污朗缪尔探针，包括：收集电极、绝缘层、保护电极、加热元件和外壳；

收集电极的第一端裸露，收集电极的中部外侧包覆有绝缘层，绝缘层外侧包覆有保护电极，收集电极的第二端位于外壳内，且收集电极的第二端与加热元件缠绕接触。

进一步的，所述加热元件为铂丝，铂丝缠绕在收集电极的第二端。

本公开第二方面提供了一种朗缪尔探针在轨除污系统。

一种朗缪尔探针在轨除污系统，用于本公开第一方面所述的在轨除污朗缪尔探针，加热元件与压控恒流源电路连接，压控恒流源电路与处理器连接。

进一步的，处理器的信号输出端口与磁保持继电器连接，磁保持继电器与稳流电路连接，稳流电路的一端与加热元件连接，稳流电路的另一端与电压跟随器连接，电压跟随器与差分放大电路连接，差分放大电路与处理器的模数转换接口连接，处理器的数模转换接口与稳流电路连接。