一种霍尔推力器在轨放电振荡幅值测量装置

1.本发明涉及霍尔推力器技术领域，特别是涉及一种霍尔推力器在轨放电振荡幅值测量装置。


背景技术：

2.推力器的低频振荡特性在一定程度上能够反映推力器的工作状态，因此对推力器的低频振荡特性进行监测，有利于判断推力器的工作状态，并以此来优化和改进推力器的运行参数，也为进一步改进推力器设计提供宝贵的实验数据。
3.在霍尔电推力器工作过程中，放电电流的低频振荡频率在20khz-40khz范围内，而星载数据测量和传输的速度一般在hz量级，二者差3个数量级，同时考虑到采样定理的限制，如果要获取完整可信的低频振荡波形，采样频率要达到百khz数量级，这显然是不现实的。因此如何简单、精确的获取完整可信的低频振荡波形，是推力器低频振荡特性监视的重要环节。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种霍尔推力器在轨放电振荡幅值测量装置，能够简单、精确的获取完整可信的低频振荡波形，实现推力器低频振荡特性监视。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.本发明提供了一种霍尔推力器在轨放电振荡幅值测量装置，包括：副边线圈、第一运算放大器、第二运算放大器、第一二极管、第二二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容和第二电容；
7.副边线圈用于与霍尔推力器系统中的匹配外回路中的电感形成电流互感器；其中，匹配外回路中的电感为电流互感器的原边线圈；
8.副边线圈的同名端连接第四电阻的一端，副边线圈的异名端接地；第四电阻的另一端连接第一运算放大器的正极，第一运算放大器的输出端连接第一二极管的输入端，第一二极管的输出端用于连接星载信号检测装置的第一输入端，且第一二极管的输出端还通过第一电阻与第一电容的一端连接，第一电容的另一端接地；
9.第四电阻的另一端还连接第三电阻的一端，第三电阻的另一端连接第二运算放大器的正极，第二运算放大器的输出端连接第二二极管的输出端，第二二极管的输入端用于连接星载信号检测装置的第二输入端，且第二二极管的输入端还通过第二电阻与第二电容的一端连接，第二电容的另一端接地。
10.可选地，该装置还包括第三二极管和第五电阻；第一运算放大器的输出端还连接第三二极管的输出端，第五电阻的一端分别与第一运算放大器的负极、第三二极管的输入端连接；第一电阻的一端分别与第五电阻的另一端、第一二极管的输出端连接，第一电阻的另一端与第一电容的一端连接。
11.可选地，该装置还包括第四二极管和第六电阻；第二运算放大器的输出端还连接
第四二极管的输入端，第六电阻的一端分别与第二运算放大器的负极、第四二极管的输出端连接；第二电阻的一端分别与第六电阻的另一端、第二二极管的输入端连接，第二电阻的另一端与第二电容的一端连接。
12.可选地，第一电容和第二电容的放电时间大于低频振荡时间，且第一电容和第二电容的放电时间均为毫秒级别，低频振荡时间为微秒级别。
13.可选地，第一电阻和第二电阻均为限制过冲电阻，第一电阻和第二电阻的阻值均为0.5欧姆。
14.可选地，第三电阻为反馈电阻，第四电阻为输入电阻，第三电阻和第四电阻的阻值均为10kω。
15.可选地，原边线圈与副边线圈的同名端相同，且原边线圈与副边线圈的匝数比为1:1或者为1:2。
16.可选地，星载信号检测装置的第一输入端用于采集霍尔推力器在轨放电电流振荡峰值；星载信号检测装置的第二输入端用于采集霍尔推力器在轨放电电流振荡谷值。
17.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
18.本发明利用霍尔推力器系统中的匹配外回路(fu单元)中的电感做隔离采样，利用运算放大器实现霍尔推力器在轨放电电流振荡峰值和谷值的直流采样，从而能够简单、精确的获取完整可信的低频振荡波形，进而可以监测霍尔推力器在轨运行过程中放电电流振荡峰值和谷值的变化特性，实现推力器低频振荡特性监视。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明实施例提供的一种霍尔推力器在轨放电振荡幅值测量装置的结构示意图。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
23.如图1所示，本实施例提供了一种霍尔推力器在轨放电振荡幅值测量装置，包括：副边线圈、第一运算放大器a1、第二运算放大器a2、第一二极管d1、第二二极管d2、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第一电容c1和第二电容c2。
24.副边线圈用于与霍尔推力器系统中的匹配外回路中的电感，即采样隔离耦合电感l1形成电流互感器1；其中，匹配外回路中的电感为电流互感器1的原边线圈。
25.副边线圈的同名端连接第四电阻r4的一端，副边线圈的异名端接地e；第四电阻r4的另一端连接第一运算放大器a1的正极，第一运算放大器a1的输出端连接第一二极管d1的输入端，第一二极管d1的输出端用于连接星载信号检测装置3的第一输入端，且第一二极管d1的输出端还通过第一电阻r1与第一电容c1的一端连接，第一电容c1的另一端接地。
26.第四电阻r4的另一端还连接第三电阻r3的一端，第三电阻r3的另一端连接第二运算放大器a2的正极，第二运算放大器a2的输出端连接第二二极管d2的输出端，第二二极管d2的输入端用于连接星载信号检测装置3的第二输入端，且第二二极管d2的输入端还通过第二电阻r2与第二电容c2的一端连接，第二电容c2的另一端接地e。
27.其中，第一电容c1和第二电容c2的放电时间大于低频振荡时间，且第一电容c1和第二电容c2的放电时间均为毫秒级别，低频振荡时间为微秒级别。
28.在本实施例中，该测量装置还包括第三二极管d3和第五电阻r5；第一运算放大器a1的输出端还连接第三二极管d3的输出端，第五电阻r5的一端分别与第一运算放大器a1的负极、第三二极管d3的输入端连接；第一电阻r1的一端分别与第五电阻r5的另一端、第一二极管d1的输出端连接，第一电阻r1的另一端与第一电容c1的一端连接。
29.在本实施例中，该测量装置还包括第四二极管d4和第六电阻r6；第二运算放大器a2的输出端还连接第四二极管d4的输入端，第六电阻r6的一端分别与第二运算放大器a2的负极、第四二极管d4的输出端连接；第二电阻r2的一端分别与第六电阻r6的另一端、第二二极管d2的输入端连接，第二电阻r2的另一端与第二电容c2的一端连接。
30.在本实施例中，霍尔推力器系统包括匹配外回路和霍尔推力器2；匹配外回路包括直流电源和采样隔离耦合电感l1，直流电源的正极和霍尔推力器2的阳极连接，直流电源的负极和霍尔推力器2的阴极连接，且在直流电源的正极与霍尔推力器2的阳极连接的电路上设置有采样隔离耦合电感l1。
31.本实施例采用两个运算放大器完成对霍尔推力器在轨放电电流振荡峰值和谷值的检测。具体为：在霍尔推力器放电电流上升达到峰值期间，采样隔离耦合电感l1对应的副边线圈感应出的电压增加，第一二极管d1导通使第一电容c1充电达到峰值；峰值过后，由于第五电阻r5的限流作用，第一电容c1的放电时间常数很大，一般设置在ms量级，而低频振荡时间在几十us量级，第一电容c1上的放电很小，可以一直保持峰值电压，到下一次峰值再度充电，维持峰值电压输出。霍尔推力器在轨放电电流振荡谷值检测与上面相反，在霍尔推力器放电电流下降达到谷值期间，采样隔离耦合电感l1对应的副边线圈感应出的电压降低，第二电容c2经过第二二极管d2迅速地放电到谷值电压，而其它时间仅通过第四二极管d4、第六电阻r6微量放电，而第六电阻r6的数值很大，因此第二电容c2的放电时间常数很大，与第一电容c1上的过程类似，其放电时间远大于低频振荡的变化时间，第二电容c2始终保持谷值电压。此外，第一电容c1、第二电容c2上串接的第一电阻r1和第二电阻r2，避免电压瞬间变化导致的电流冲击。
32.在本实施例中，第一电阻r1和第二电阻r2为限制过冲电阻，优选地，r1＝r2＝0.5ω；第三电阻r3为反馈电阻，优选地，r3＝10kω，第四电阻r4为输入电阻，优选地，r4＝10kω；第一运算放大器a1和第二运算放大器a2的型号op07或lm741；第五电阻r5和第六电阻r6为限流电阻，优选地，第五电阻r5和第六电阻r6均为100kω。第一电容c1和第二电容c2为1uf，原边线圈和副边线圈的同名端相同，优先地，原边线圈和副边线圈的匝数比n为1:1。
33.在本实施例中，星载信号检测装置的第一输入端用于采集霍尔推力器在轨放电电流振荡峰值；星载信号检测装置的第二输入端用于采集霍尔推力器在轨放电电流振荡谷值。
34.由于通过充电电压得到转换后的霍尔推力器在轨放电电流振荡峰值和谷值，故将第一二极管d1输出端(v1)和接地端(e)之间的电压馈入星载信号检测装置3中，可以得到霍尔推力器在轨放电电流振荡峰值，将第二二极管d2的反向输出端(v2)和接地端(e)之间的电压馈入星载信号检测装置3中，可以得到霍尔推力器在轨放电电流振荡谷值。
35.在另一个实施例中，原边线圈和副边线圈匝比为1：2，第五电阻r5和第六电阻r6均为50kω，其他连接方式和参数与实施例一相同。
36.与现有技术相比，本发明可以实现对在轨运行中的霍尔推力器低频振荡大小进行遥测，还可以实现对霍尔推力器放电性能的地面监视，进而对在轨运行的霍尔推力器及电源参数进行调整，实现最优工况，同时这一数据可以作为对霍尔推力器及电源设计优化的重要在轨运行参数。同时由于本装置直接对放电电流的交流振荡分量进行取样，减小了直流分量对测量结果的影响，因此本发明也可以间接的反映了放电通道内等离子体密度低频振荡的变化，为推力器的优化设计提供技术参考。
37.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
38.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种霍尔推力器在轨放电振荡幅值测量装置，其特征在于，包括：副边线圈、第一运算放大器、第二运算放大器、第一二极管、第二二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容和第二电容；副边线圈用于与霍尔推力器系统中的匹配外回路中的电感形成电流互感器；其中，匹配外回路中的电感为电流互感器的原边线圈；副边线圈的同名端连接第四电阻的一端，副边线圈的异名端接地；第四电阻的另一端连接第一运算放大器的正极，第一运算放大器的输出端连接第一二极管的输入端，第一二极管的输出端用于连接星载信号检测装置的第一输入端，且第一二极管的输出端还通过第一电阻与第一电容的一端连接，第一电容的另一端接地；第四电阻的另一端还连接第三电阻的一端，第三电阻的另一端连接第二运算放大器的正极，第二运算放大器的输出端连接第二二极管的输出端，第二二极管的输入端用于连接星载信号检测装置的第二输入端，且第二二极管的输入端还通过第二电阻与第二电容的一端连接，第二电容的另一端接地。2.根据权利要求1所述的一种霍尔推力器在轨放电振荡幅值测量装置，其特征在于，还包括第三二极管和第五电阻；第一运算放大器的输出端还连接第三二极管的输出端，第五电阻的一端分别与第一运算放大器的负极、第三二极管的输入端连接；第一电阻的一端分别与第五电阻的另一端、第一二极管的输出端连接，第一电阻的另一端与第一电容的一端连接。3.根据权利要求1所述的一种霍尔推力器在轨放电振荡幅值测量装置，其特征在于，还包括第四二极管和第六电阻；第二运算放大器的输出端还连接第四二极管的输入端，第六电阻的一端分别与第二运算放大器的负极、第四二极管的输出端连接；第二电阻的一端分别与第六电阻的另一端、第二二极管的输入端连接，第二电阻的另一端与第二电容的一端连接。4.根据权利要求1所述的一种霍尔推力器在轨放电振荡幅值测量装置，其特征在于，第一电容和第二电容的放电时间大于低频振荡时间，且第一电容和第二电容的放电时间均为毫秒级别，低频振荡时间为微秒级别。5.根据权利要求1所述的一种霍尔推力器在轨放电振荡幅值测量装置，其特征在于，第一电阻和第二电阻均为限制过冲电阻，第一电阻和第二电阻的阻值均为0.5欧姆。6.根据权利要求1所述的一种霍尔推力器在轨放电振荡幅值测量装置，其特征在于，第三电阻为反馈电阻，第四电阻为输入电阻，第三电阻和第四电阻的阻值均为10kω。7.根据权利要求1所述的一种霍尔推力器在轨放电振荡幅值测量装置，其特征在于，原边线圈与副边线圈的同名端相同，且原边线圈与副边线圈的匝数比为1:1或者为1:2。8.根据权利要求1所述的一种霍尔推力器在轨放电振荡幅值测量装置，其特征在于，星载信号检测装置的第一输入端用于采集霍尔推力器在轨放电电流振荡峰值；星载信号检测装置的第二输入端用于采集霍尔推力器在轨放电电流振荡谷值。

技术总结
本发明公开了一种霍尔推力器在轨放电振荡幅值测量装置，涉及霍尔推力器技术领域，在该装置中，副边线圈与霍尔推力器系统中的匹配外回路中的电感形成电流互感器，副边线圈的同名端连接第四电阻的一端，第四电阻的另一端连接第一运算放大器的正极，第一运算放大器的输出端通过第一二极管、第一电阻与第一电容的一端连接，第一电容的另一端接地；第四电阻的另一端还连接第三电阻的一端，第三电阻的另一端连接第二运算放大器的正极，第二运算放大器的输出端通过第二二极管、第二电阻与第二电容的一端连接，第二电容的另一端接地。本发明能够实现霍尔推力器在轨放电电流振荡峰值和谷值的直流采样，实现推力器低频振荡特性监视。实现推力器低频振荡特性监视。实现推力器低频振荡特性监视。


技术研发人员：魏立秋 李佳鹏 李晶晶 扈延林 丁永杰
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2023.06.21
技术公布日：2023/9/20