一种电推力器空心阴极腐蚀产物的光学监测系统的利记博彩app

本发明属于航天仪器领域，具体涉及对电推力器中空心阴极腐蚀产物进行实时定性和定量分析的光学监测技术。

背景技术：

电推力器包括霍尔推力器和离子推力器，空心阴极是霍尔推力器和离子推力器的核心部件，空心阴极产生电子对推进剂进行电离并中和羽流。空心阴极的寿命决定了整个系统的可靠性，对空心阴极腐蚀产物和腐蚀速度的实时监测至关重要。

空心阴极羽流区均为低温等离子体，主要成分为推进剂成分xe或kr和腐蚀产物硼、镧、钨、钽、钡、钼。腐蚀产物的发射光谱波长范围落在紫外和可见光段。羽流区中xe或kr是主要成分，携带的腐蚀产物含量较少，腐蚀产物的谱线相比于推进剂谱线强度较弱。空心阴极放电的不稳定性导致羽流区波动，继而羽流等离子区发射光谱不恒定。综合上述原因，腐蚀产物的光谱测量难度较大，为了实现对腐蚀产物光谱的实时测量需要系统快速的采集光谱，同时具有高灵敏度和大的可测量动态范围。

技术实现要素：

本发明的目的是为了满足电推力器空心阴极腐蚀产物的监测需求，从而提供一种电推力器空心阴极腐蚀产物的光学监测系统。

本发明所述的一种电推力器空心阴极腐蚀产物的光学监测系统，包括窄带干涉滤波片阵列、光纤阵列模块、光电倍增管阵列、多通道时间门控计数器和高压电源；

窄带干涉滤波片阵列面向羽流区，羽流区辐射光经窄带干涉滤波片阵列滤波后入射至光纤阵列模块，窄带干涉滤波片阵列包括多个窄带干涉滤波片，光纤阵列模块包括多根光纤，多根光纤的入射端与多个窄带干涉滤波片一一对应，光电倍增管阵列包括多个光电倍增管，多根光纤出射的光分别入射至多个光电倍增管的光信号接收端，多通道时间门控计数器的多个通道分别对多个光电倍增管的电信号进行计数；高压电源用于为光电倍增管阵列供电。

优选的是，所述窄带干涉滤波片阵列包括6个窄带干涉滤波片。

优选的是，还包括温度控制模块，温度控制模块用于使光电倍增管阵列保持在恒定的温度。

本发明的光学监测系统同时具有高灵敏度和高时间分辨能力，时间分辨能力能够达到5ns，可以测量的腐蚀产物浓度(即腐蚀产物在工作气体中的密度比例)可以低至1ppm(百万分之一)，而且可测量的光谱动态范围(即能测量的最强和最弱的光强的比)可以高达6个数量级，可用于采集微弱的快速变化且不重复的光谱信号，系统中大部分元件外置到真空罐外，可以快速、非接触地获得阴极的腐蚀产物信息。

附图说明

图1是具体实施方式一所述的一种电推力器空心阴极腐蚀产物的光学监测系统的结构示意图；

图2是具体实施方式一中的光纤阵列模块的辐射光入口端的横截面示意图；

图3是具体实施方式一中的光纤阵列模块的辐射光出口端的横截面示意图；

图4是具体实施方式一中的窄带干涉滤波片阵列的结构示意图；

图5是具体实施方式一中的光电倍增管阵列的示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图5具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种电推力器空心阴极腐蚀产物的光学监测系统，包括窄带干涉滤波片阵列10、光纤阵列模块20、光电倍增管阵列30、多通道时间门控计数器40和高压电源50；

窄带干涉滤波片阵列10面向羽流区，羽流区辐射光经窄带干涉滤波片阵列10滤波后入射至光纤阵列模块20，窄带干涉滤波片阵列10包括多个窄带干涉滤波片，光纤阵列模块20包括多根光纤，多根光纤的入射端与多个窄带干涉滤波片一一对应，光电倍增管阵列30包括多个光电倍增管，多根光纤出射的光分别入射至多个光电倍增管的光信号接收端，多通道时间门控计数器40的多个通道分别对多个光电倍增管的电信号进行计数；高压电源50用于为光电倍增管阵列30供电。

光谱分析技术的不断发展和应用对空心阴极的腐蚀产物监测提供了一种可行途径，本实施方式采用光谱分析技术。

空心阴极工作在真空罐内，测量设备内置，元件易受到等离子体轰击腐蚀破坏其灵敏度，如果将设备外置辐射光通过真空罐观察玻璃时会受到干扰，导致测量结果的偏差。本实施方式中只需将直接接收辐射光的窄带干涉滤波片阵列10置于真空罐中即可。

图1中s为羽流区。每根光纤入口处设有一个透射特定波长的干涉滤波片，特定波长的波段选择依据羽流区中夹带的腐蚀产物的发射波长而定。多根光纤收集传递不同波长的单色光，光纤另一端出射的光分别入射至光电倍增管阵列30的多个光电倍增管，这样就可以将每个窄带干涉滤波片收集到特定波长的辐射光通过光纤传递给光电倍增管。多通道时间门控计数器40与多个光电倍增管30电连接使得本系统具有纳秒级的信息采集和分析速度。单通道计数器只能实现光电流模拟信号的采集，而用多通道时间门控计数器能实现的数字信号的光子计数模式，其灵敏度要高得多。

光学监测系统的工作过程为：窄带干涉滤波片阵列10受到光源照射，每个窄带干涉滤波片得到特定腐蚀产物的辐射光，光纤阵列20中的每根光纤收集特定波长的辐射光。每根光纤分别连接不同光电倍增管将不同波长的光谱信号传递至不同的光电倍增管，一个光电倍增管对应一种腐蚀产物，通过多通道时间门控计数器40得到多种腐蚀产物的光谱信息。从而获得腐蚀产物类型、各类型腐蚀产物的生成速度等信息。

采用质谱仪对腐蚀产物进行测量，无法实现实时监测，而且质谱仪的时间分辨能力只是μs量级，可以测量的腐蚀产物浓度只能低至千分之，光可测量的光谱动态范围仅为3个数量级。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的种电推力器空心阴极腐蚀产物的光学监测系统作进一步说明，本实施方式中，所述窄带干涉滤波片阵列10包括6个窄带干涉滤波片。

空心阴极的主要腐蚀产物为硼、镧、钨、钽、钡、钼，其对应的波长分别为249nm、392nm、400nm、271nm、253nm、313nm。因此采用6个独立的光路就能对完成空心阴极的主要腐蚀产物的测量。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一或二所述的种电推力器空心阴极腐蚀产物的光学监测系统作进一步说明，本实施方式中，还包括温度控制模块60，温度控制模块60用于使光电倍增管阵列30保持在恒定的温度。

温度控制模块60用于在进行光谱测量时将光电倍增管阵列维持在恒定的低温环境，从而消除温度对光电倍增管阵列30的影响，提高测量的精度和可靠性。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

技术特征：

技术总结
一种电推力器空心阴极腐蚀产物的光学监测系统，属于航天仪器领域。为了满足电推力器空心阴极腐蚀产物的监测需求。本发明的窄带干涉滤波片阵列面向羽流区，羽流区辐射光经窄带干涉滤波片阵列滤波后入射至光纤阵列模块，窄带干涉滤波片阵列包括多个窄带干涉滤波片，光纤阵列模块包括多根光纤，多根光纤的入射端与多个窄带干涉滤波片一一对应，光电倍增管阵列包括多个光电倍增管，多根光纤出射的光分别入射至多个光电倍增管的光信号接收端，多通道时间门控计数器的多个通道分别对多个光电倍增管的电信号进行计数，高压电源用于为光电倍增管阵列供电。本发明适用于监测空心阴极腐蚀产物。

技术研发人员：朱悉铭;宁中喜;韩星;刘晨光;孟圣峰;王彦飞
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2017.06.05
技术公布日：2017.10.03