一種推力器離子束流中心線激光定位裝置和方法制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種推力器離子束流中心線激光定位裝置和方法，其將激光頭、準直管、水平儀、水平調整螺釘、開關和電池等基本模塊集成在夾具上，通過激光頭產生的高亮度、單色性好的定向性激光束，利用該定向性激光束與推力器離子光學系統中心線、離子束流中心線重合的特點，對置于離子束流環境中的測量探針進行精確定位，有效克服了法拉第探針、E×B探針在測量推力器束流特性方面定位不準的問題。而且，這種方法簡單易行，成本低廉，適用于各種推力器推力矢量偏角測量、束流發散角測量、羽流中雙荷離子比測量過程中對法拉第探針和E×B探針的精確定位。

A laser positioning device and method for the center line of the thruster ion beam flow

The invention discloses a thruster ion beam center line laser positioning device and method, the laser head, basic module straight, level meter, level adjustment screw, a switch and a battery integrated in the fixture, produced by the laser head of high brightness, good monochromaticity of the orientation of the laser beam, the characteristics of the the orientation of the laser beam and the ion thruster optics system of ion beam, the center line center line, accurate positioning of the measuring probe in the ion beam environment, effectively overcome the Faraday probe, E * B probe in measuring thruster beam characteristics of the problem of inaccuracy. Moreover, this method is simple and cheap, and it is suitable for precise location of Faraday probe and E * B probe in measuring thrust vector declination, divergence angle measurement and measurement of dual ion ratio in plume.

【技術實現步驟摘要】
一種推力器離子束流中心線激光定位裝置和方法
本專利技術涉及一種推力器離子束流中心線激光定位裝置，特別是一種用于各種推力器推力矢量偏角測量、束流發散角測量、羽流中雙荷離子比測量過程中對法拉第探針和E×B探針或微小推力測量傳感器的精確定位領域。
技術介紹
推力器是利用電能加熱、離解和加速工質，使其形成高速射流而產生推力的推進系統，推力器技術因其高比沖、便攜帶、清潔等特點已廣泛應用于衛星位置保持、姿態控制、軌道轉移，成為提升衛星平臺有效載荷、延長衛星工作壽命的最有效手段之一。推力器在應用型號產品前需要對束流特性進行測量，以期對推力器性能設進行評估，如利用法拉第探針對其束流等離子體發射角、推力矢量偏角進行測量，利用E×B探針對束流中的Xe+/Xe+2比進行測量，這些探針測量的基本前提是要保證探針離子收集盤(孔)的中心位置要在推力器束流中心線上。通常的定位方法是使用目測方法或機械桿對探針位置進行粗略校準，方法繁瑣，不易操作。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術提供了一種推力器離子束流中心線激光定位裝置和方法，能夠對探針位置進行精確校準，方法簡單，重復性強，容易操作，有效克服了法拉第探針、E×B探針在測量推力器束流特性方面定位不準的問題。為了解決上述技術問題，本專利技術是這樣實現的：一種推力器離子束流中心線激光定位裝置，包括夾具、準直管、激光頭、水平儀、三個調整螺釘、開關和電池；夾具采用空心圓柱體結構，空心圓柱體一端開口，另一端封閉；開口端套在推力器束流出口處的圓柱形外殼上，封閉端外表面圓的幾何中心為O點，水平方向為X軸，豎直方向為Y軸，XOY平面法線方向為Z軸；夾具的O點開孔，連接準直管，準直管中心軸線與Z軸線重合；激光頭以緊配合方式鑲嵌在準直管內；調整螺釘位于夾具圓柱面A、B、C位置，用于調整夾具XOY平面與推力器離子出口平面保持平行，同時將夾具固定在推力器圓柱形外殼上；其中，位置A位于Y方向的夾具圓柱上，位置B、位置C分別位于-Y方向兩側對稱位置的夾具圓柱面上；水平儀安裝在夾具外表面便于觀察的位置；開關安裝在準直管旁邊，開關連接激光頭和電池。優選地，夾具的空心圓柱體內徑與推力器束流出口處的圓柱形外殼直徑之間按正公差設計，正公差范圍0.1mm～0.5mm。優選地，以OY軸為0°位置，A、B、C三個位置的調整螺釘分別安裝在夾具圓柱面0°、135°、225°位置處；螺釘采用聚四氟乙烯加工，垂直于圓柱面安裝。優選地，水平儀選擇“10mm×10mm×29mm”微型商用水泡水平儀，安裝在A位置調整螺釘的正前方3mm圓柱面上。優選地，激光頭發射的激光為可見光范圍，激光管功耗小于5mW；工作電壓為2.5V～5V；激光頭采用一字線鏡或十字線鏡的準直鏡，激光頭的激光束斑大小根據實際需要進行調節，要求1m遠處激光束斑直徑不大于2mm。優選地，開關采用微型按鈕開關，直徑小于10mm，長度小于10mm；開關安裝準直管正下方30mm處，開關的按鈕露出在夾具封閉端外表面，接線柱嵌入夾具封閉端內表面以下。優選地，該裝置進一步包括SM公插頭和SM母插頭；激光頭與開關、電池之間采用SM公插頭、母插頭連接，激光頭正極線經開關后接SM公插頭正極，激光頭負極線接SM公插頭負極，電池正極接SM母插頭正極，電池負極接SM母插頭負極，最后將SM共公插頭與SM母插頭接在一起，形成完整電路；電池采用紐扣電池，通過電池底座安裝在夾具封閉端內表面。優選地，夾具的封閉為圓錐面，準直管安裝在圓錐面頂角處，準直管中心軸線與夾具空心圓柱的中心軸線、空心圓錐體中心軸線重合；空心圓錐底面與空心圓柱體上底重合，錐面底角在0～30°。優選地，準直管采用變孔徑設計，以適應不同外徑的激光頭。本專利技術還提供了一種推力器離子束流中心線激光定位方法，采用上述所述的任意一種推力器離子束流中心線激光定位裝置，包括如下步驟：第一步，將激光頭、開關、電池安裝在夾具上，并進行連接；第二步，將夾具空心圓柱體套裝在推力器束流出口處的圓柱形外殼上；第三步，分別將水平儀沿X方向和Z方向放置，在每個放置位置上，調節A、B、C位置上的調整螺釘，使水平儀的水泡處于中間位置，保證X軸和Z軸方向水平；第四步，按下開關按鈕，激光頭發射激光線，在推力器束流出口平面前面束流區的檢測設備上形成激光束斑；第五步，移動檢測設備，讓檢測設備的離子收集盤中心對準激光束斑，并記錄檢測設備坐標值，該坐標值即為檢測設備的初始參考坐標，檢測設備的后續移動位置根據初始參考坐標確定；第六步，定位完畢，按下開關按鈕，關閉激光頭。有益效果：(1)本專利技術將激光頭、準直管、水平儀、水平調整螺釘、開關和電池等基本模塊集成在夾具上，通過激光頭產生的高亮度、單色性好的定向性激光束確定推力器離子束中心線，有效克服了法拉第探針、E×B探針等檢測設備在測量推力器束流特性方面定位不準的問題，極大提高定位準確性，保證測量結果的一致性。(2)本專利技術采用微型商用激光頭、微型商用開關及紐扣電池，并將其集成在圓柱型夾具上，使得整個定位裝置具有操作簡便、成本低，定位準確的特點。(3)本專利技術安裝激光頭的準直管采用階梯型變孔徑設計，無需加工另外工裝，即可以滿足不同外徑的激光頭的安裝需求。(4)本專利技術采用水平調整螺釘和微小水平儀，能夠實現夾具的水平調節。(5)本專利技術采用鋰電池供電、電池與激光頭之間用公母接插件連接，節省空間，同時增強了供電的可靠性。附圖說明圖1為本專利技術推力器離子束流中心線激光定位裝置的結構圖。圖2為本專利技術定位實例示意圖。其中，1-夾具、2-準直管、3-激光頭、4-開關、5-電池底座、6-電池、7-母插頭、8-公插頭、9-調整螺釘、10-水平儀、11-推力器、12-等離子體束流區、13-激光束、14-E×B探針、15-E×B探針離子準直孔。具體實施方式下面結合附圖并舉實施例，對本專利技術進行詳細描述。本專利技術公開的一種推力器離子束流中心線激光定位方案，該方案將激光頭、準直管、水平儀、調整螺釘、開關和電池等基本模塊集成在夾具上，通過激光頭產生的高亮度、單色性好的定向性激光束，利用該定向性激光束與推力器離子光學系統中心線、離子束流中心線重合的特點，對置于離子束流環境中的測量探針進行精確定位，有效克服了法拉第探針、E×B探針在測量推力器束流特性方面定位不準的問題。而且，這種方法簡單易行，成本低廉，適用于各種推力器推力矢量偏角測量、束流發散角測量、羽流中雙荷離子比測量過程中對法拉第探針和E×B探針的精確定位。圖1為本專利技術推力器離子束流中心線激光定位裝置的結構圖。如圖1所示，該裝置主要包括夾具1、準直管2、激光頭3、水平儀10、三個調整螺釘9、開關4、電池6、公插頭8、母插頭7、電池底座5。夾具是連接激光頭與推力器的配適器，采用空心圓柱體結構，空心圓柱體一端開口，另一端封閉，開口端套在推力器束流出口處的圓柱形外殼上。夾具的空心圓柱體內徑與推力器束流出口處的圓柱形外殼直徑之間按正公差設計，正公差范圍0.1mm～0.5mm，夾具空心圓柱體部分的內徑典型值為100mm、200mm、300mm、400mm。設夾具封閉端外表面圓的幾何中心為O點，水平方向為X軸，豎直方向為Y軸，XOY平面法線方向為Z軸。夾具的O點開孔，連接準直管，準直管中心軸線與Z軸線重合，用于固定激光頭。激光頭以緊配合方式鑲嵌在本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種推力器離子束流中心線激光定位裝置，其特征在于，包括夾具(1)、準直管(2)、激光頭(3)、水平儀(10)、三個調整螺釘(9)、開關(4)和電池(6)；夾具采用空心圓柱體結構，空心圓柱體一端開口，另一端封閉；開口端套在推力器束流出口處的圓柱形外殼上，封閉端外表面圓的幾何中心為O點，水平方向為X軸，豎直方向為Y軸，XOY平面法線方向為Z軸；夾具的O點開孔，連接準直管，準直管中心軸線與Z軸線重合；激光頭以緊配合方式鑲嵌在準直管內；調整螺釘位于夾具圓柱面A、B、C位置，用于調整夾具XOY平面與推力器離子出口平面保持平行，同時將夾具固定在推力器圓柱形外殼上；其中，位置A位于Y方向的夾具圓柱上，位置B、位置C分別位于?Y方向兩側對稱位置的夾具圓柱面上；水平儀安裝在夾具外表面便于觀察的位置；開關安裝在準直管旁邊，開關連接激光頭和電池。

【技術特征摘要】
1.一種推力器離子束流中心線激光定位裝置，其特征在于，包括夾具(1)、準直管(2)、激光頭(3)、水平儀(10)、三個調整螺釘(9)、開關(4)和電池(6)；夾具采用空心圓柱體結構，空心圓柱體一端開口，另一端封閉；開口端套在推力器束流出口處的圓柱形外殼上，封閉端外表面圓的幾何中心為O點，水平方向為X軸，豎直方向為Y軸，XOY平面法線方向為Z軸；夾具的O點開孔，連接準直管，準直管中心軸線與Z軸線重合；激光頭以緊配合方式鑲嵌在準直管內；調整螺釘位于夾具圓柱面A、B、C位置，用于調整夾具XOY平面與推力器離子出口平面保持平行，同時將夾具固定在推力器圓柱形外殼上；其中，位置A位于Y方向的夾具圓柱上，位置B、位置C分別位于-Y方向兩側對稱位置的夾具圓柱面上；水平儀安裝在夾具外表面便于觀察的位置；開關安裝在準直管旁邊，開關連接激光頭和電池。2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，夾具(1)的空心圓柱體內徑與推力器束流出口處的圓柱形外殼直徑之間按正公差設計，正公差范圍0.1mm～0.5mm。3.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，以OY軸為0°位置，A、B、C三個位置的調整螺釘分別安裝在夾具圓柱面0°、135°、225°位置處；螺釘采用聚四氟乙烯加工，垂直于圓柱面安裝。4.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，水平儀選擇“10mm×10mm×29mm”微型商用水泡水平儀，安裝在A位置調整螺釘的正前方3mm圓柱面上。5.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，激光頭發射的激光為可見光范圍，激光管功耗小于5mW；工作電壓為2.5V～5V；激光頭采用一字線鏡或十字線鏡的準直鏡，激光頭的激光束斑大小根據實際需要進行調節，要求1m遠處激光束斑直徑不大于2mm。6.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，開關采用微型...

【專利技術屬性】
技術研發人員：田愷，史楷，楊俊泰，馬彥坤，王蒙，鄭茂繁，高俊，陳燾，田東鵬，馬昕，徐金靈，柏樹，
申請(專利權)人：蘭州空間技術物理研究所，
類型：發明
國別省市：甘肅,62