Зондовое устройство для измерения параметров плазмы

 

Использование: для зондовых измерений на борту космических летательных аппаратов. Сущность изобретения: измерительный блок зондового устройства содержит усилитель-преобразователь с цепью обратной связи, включающей мультиплексор с резисторами. Анализ выходного сигнала осуществляется с помощью электронного блока, включающего два операционных усилителя, подключенных к логической схеме и к счетчику импульсов. Сигнал на вход счетчика подается от тактового генератора. Выходной сигнал от счетчика подается на мультиплексор и блок телеметрии. 2 ил.

Изобретение относится к приборостроению в области экспериментальной физики и предназначено предпочтительно для зондовых измерений на борту космических летательных аппаратов. Оно может использоваться для контроля окружающей спутник среды, контроля работы различных плазменных устройств, для исследований в области физики плазмы.

Известны измерительные устройства, используемые для измерения зондовых токов плазмы и определения по ним физических параметров плазмы: концентрации электронов и ионов, электронной и ионной температуры, плавающего потенциала [1] .

Наиболее близким к изобретению является зондовое устройство для измерения физических параметров плазмы, содержащее зонд и электронный блок формирования вольт-амперной характеристики [2] .

Недостаток такой схемы состоит в узком диапазоне измерений концентрации заряженных частиц ≈ 2 порядка. Он ограничен диапазоном надежно воспринимаемых телеметрией напряжений от 0,1 до 6 В.

Цель изобретения - увеличение диапазона измерений концентрации заряженных частиц до четырех и более порядков.

Она достигается тем, что в зондовое устройство для измерения параметров плазмы, содержащее зондовый блок, выход которого подключен к операционному усилителю - преобразователю, в цепи обратной связи которого имеются переключаемые мультиплексором резисторы, введен блок анализа выходного сигнала, выполненный на двух операционных усилителях и логической схеме на элементах ИЛИ-НЕ, управляющий режимом работы счетчика импульсов, на вход которого также поступает счетный сигнал от генератора тактовых импульсов, а выходы соединены с управляющими входами мультиплексора.

На фиг. 1 показана функциональная блок-схема предложенного устройства (I - измерительный блок, II - зондовый блок, III - источник возбуждающего напряжения); на фиг. 2 - принципиальная схема измерительного блока зондового устройства.

Зондовый блок включает зонд, конструкцию, в которой он закреплен, разъемы и подводящие провода. Источник возбуждающего напряжения выдает на зонд пилообразное (или другое переменное) напряжение.

Измерительный блок зондового устройства содержит усилитель-преобразователь 1, выход которого подключен к мультиплексору 2, управляющему цепями 3 обратной связи, и к операционным усилителям 4 и 5, подключенным к логической схеме 6. Логическая схема 6 выполнена на элементах ИЛИ-НЕ, и выход ее подключен к счетному входу счетчика 7 импульсов, управляющий вход которого связан с выходом одного из операционных усилителей 4. Выход счетчика 7, питаемого от генератора 8 тактовых импульсов, подсоединен к управляющим входам мультиплексора 2. Выходом прибора является выход усилителя-преобразователя 1.

Устройство работает следующим образом. Выходной сигнал от усилителя-преобразователя 1 поступает на входы операционных усилителей 4 и 5 блока анализа выходного сигнала и через логическую схему 6 - на счетчик 7. Счетчик 7 питается от генератора 8 тактовых импульсов. В любой момент времени в цепи усилителя - преобразователя включена одна из цепей обратной связи. Если выходной сигнал от усилителя-преобразователя превышает 0,9 максимального значения сигнала входа на систему телеметрии, то блок анализа сигнала выдает сигнал на переключение цепи обратной связи усилителя-преобразователя и переход к более грубому диапазону измерения. Сигнал на переключение цепи формируется счетчиком 7, из содержимого которого вычитается единица при поступлении очередного тактирующего сигнала от генератора 8. Сигнал от счетчика поступает на мультиплексор 2, который, переключая ключи, подключает соседний резистор цепи обратной связи меньшей величины, снижая тем самым коэффициент усиления усилителя-преобразователя 1 на один порядок. Если же выходное напряжение усилителя - преобразователя ниже 0,1 максимального выходного сигнала, то аналогично происходит переключение цепей обратной связи на резистор на порядок большей величины.

Одновременно с выдачей входного напряжения в систему телеметрии со счетчика 7 поступает двоичный код, соответствующий номеру диапазона измерения.

Схема, приведенная на фиг. 2, осуществляет измерение и передачу в систему телеметрии зондовых токов от 10^-8 до 10^-4 А. (56) Котельников В. А. , Кондратьев Р. М. , Зондовые эксперименты в потоке ионизованного газа. - В сб. : Исследование термодинамических и переносных свойств нейтральных и ионизованных газов. Вып. 498, М. , МАИ, 1979, с. 27.

Алексеев Б. В. , Котельников В. А. Зондовый метод диагностики плазмы. М. ; Энергоатомиздат, 1988, с. 203, 204.

Формула изобретения

ЗОНДОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПЛАЗМЫ, содержащее зондовый блок, источник возбуждающего напряжения и измерительный блок, подключенный к зондовому блоку и блоку телеметрии, отличающееся тем, что измерительный блок содержит усилитель-преобразователь, мультиплексор, два операционных усилителя, логическую схему, счетчик и генератор тактовых импульсов, при этом вход усилителя-преобразователя соединен с зондовым блоком, а выход с блоком телеметрии, выход мультиплексора соединен с входом усилителя-преобразователя, входы операционных усилителей соединены с выходом усилителя-преобразователя, а выходы - с входом логической схемы, причем входы счетчика соединены с выходами логической схемы и тактового генератора, а выходы - с управляющими входами мультиплексора и блоком телеметрии.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2