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Engineering

अनुकूलन, परीक्षण और लघुकृत हॉल के निदान के लिए जोर

Published: February 16, 2019 doi: 10.3791/58466
Automatic Translation
1, 1,2, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 3, 1, 2,1, 1
1Plasma Sources and Applications Centre, National Institute of Education, Nanyang Technological University, 2School of Chemistry, Physics, Mechanical Engineering, Queensland University of Technology, 3Department of Physics, School of Science, Hangzhou Dianzi University

Summary

यहां, हम परीक्षण और अंतरिक्ष लैबोरेटरी लघुकृत हॉल प्रकार के आधार पर आधारित प्रणालियों का अनुकूलन करने के लिए एक प्रोटोकॉल मौजूद हैं ।

Abstract

लघुकृत अंतरिक्ष यान और उपग्रहों स्मार्ट, अत्यधिक कुशल और टिकाऊ कम जोर के बल की आवश्यकता होती है, उपस्थिति और समायोजन के बिना विस्तारित, विश्वसनीय आपरेशन में सक्षम । त्वरण का एक साधन के रूप में गैसों के ऊष्मा गुणों का उपयोग जो Thermochemical के बल उनके निकास गैस वेग पर शारीरिक सीमाएं हैं, कम दक्षता में जिसके परिणामस्वरूप । इसके अलावा, इन इंजन छोटे चुनौतियों पर बेहद कम क्षमता का प्रदर्शन और लगातार ऑपरेटिंग सिस्टम जो अंतरिक्ष यान अभिविंयास, वेग और स्थिति के वास्तविक समय अनुकूली नियंत्रण प्रदान करने के लिए अनुपयुक्त हो सकता है । इसके विपरीत, बिजली की लैबोरेटरी सिस्टम जो विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र का उपयोग करने के लिए (यानी, प्लाज्मा) के निकास वेग के मामले में किसी भी भौतिक सीमा नहीं है, लगभग किसी भी बड़े पैमाने पर दक्षता और विशिष्ट आवेग की अनुमति देते हैं । कम जोर हॉल चुनौतियों कई हजार घंटे के एक जीवन भर है । उनके निर्वहन वोल्टेज १०० और ३०० वी के बीच पर्वतमाला, < 1 किलोवाट की नाममात्र की शक्ति पर काम कर रहे । वे आकार में 20 से १०० mm बदलती हैं । बड़े हॉल जोर के millinewton के अंश प्रदान कर सकते हैं । पिछले कुछ दशकों में, वहां छोटे द्रव्यमान, कम बिजली, और उच्च दक्षता लैबोरेटरी सिस्टम में एक बढ़ती ब्याज 50-200 किलो के उपग्रहों ड्राइव करने के लिए किया गया है । इस काम में, हम कैसे बनाने के लिए प्रदर्शन करेंगे, परीक्षण, और एक छोटे से (30 मिमी) का अनुकूलन एक छोटे उपग्रह के बारे में ५० किलो वजनी पहुंचाने में सक्षम हॉल जोर । हम जोर से एक बड़े अंतरिक्ष वातावरण सिम्युलेटर में सक्रिय है, और का वर्णन कैसे जोर मापा जाता है और बिजली के मापदंडों, प्लाज्मा विशेषताओं सहित, एकत्र कर रहे हैं और प्रमुख जोर मापदंडों का आकलन करने के लिए संसाधित दिखा देंगे । हम यह भी है कि कैसे जोर से यह सबसे कुशल छोटे कभी बनाया चुनौतियों में से एक बनाने के लिए अनुकूलित है प्रदर्शन करेंगे । हम भी चुनौतियों और नए जोर सामग्री द्वारा प्रस्तुत अवसरों को संबोधित करेंगे ।

Introduction

अंतरिक्ष उद्योग में नए सिरे से ब्याज अत्यधिक कुशल बिजली लैबोरेटरी सिस्टम द्वारा catalyzed किया गया है कि तेजी से कम प्रक्षेपण लागत1,2,3पर बढ़ाया मिशन क्षमताओं उद्धार । अंतरिक्ष इलेक्ट्रिक लैबोरेटरी उपकरणों के कई विभिन्न प्रकार के हाल ही में प्रस्तावित किया गया है और परीक्षण4,5,6,7,8 अंतरिक्ष में वर्तमान दिन ब्याज द्वारा समर्थित 9अंवेषण,10। उनमें से, gridded आयन11,12 और हॉल-प्रकार के13,14 के लिए उनके बारे में ८०% की बहुत उच्च दक्षता तक पहुंचने की क्षमता के कारण प्राथमिक ब्याज की हैं, से अधिक है कि किसी भी रासायनिक बल की, सबसे कुशल ऑक्सीजन हाइड्रोजन प्रणालियों सहित, जो की क्षमता के बारे में ५००० मी तक सीमित है प्रधान शारीरिक कानून15,16,17,18।

व्यापक, लघुकृत अंतरिक्ष के बल के विश्वसनीय परीक्षण आम तौर पर परीक्षण कक्ष, निर्वात सुविधाओं (पंप), नियंत्रण और निदान उपकरणों, प्लाज्मा मापदंडों की माप के लिए एक प्रणाली शामिल है कि परीक्षा सुविधाओं का एक बड़ा परिसर की आवश्यकता है 19, और सहायक उपकरणों की एक विस्तृत श्रृंखला है कि इस तरह के एक बिजली की आपूर्ति प्रणाली, फेंकने योग्य आपूर्ति इकाई, जोर माप स्टैंड और कई अन्य20,21के रूप में, जोर के संचालन को बनाए रखने । इसके अलावा, एक ठेठ अंतरिक्ष लैबोरेटरी जोर कई इकाइयों जो अलग से पूरे जोर प्रणाली की दक्षता और सेवा जीवन को प्रभावित कर रहे हैं, और इसलिए, दोनों अलग से परीक्षण किया जा सकता है और जोर से22विधानसभा के भाग के रूप में, 23. यह महत्वपूर्ण परीक्षण प्रक्रियाओं पेचीदा और लंबे समय परीक्षण24,25का तात्पर्य है । एक है जोर है कैथोडिक इकाई की विश्वसनीयता, के रूप में के रूप में अच्छी तरह से जब अलग नोदक उपयोग किया जाता है भी विशेष विचार26,27की आवश्यकता है ।

एक बिजली की लैबोरेटरी प्रणाली के प्रदर्शन को बढ़ाता है, और अंतरिक्ष मिशन में परिचालन तैनाती के लिए मॉड्यूल अर्हता प्राप्त करने के लिए, भूमि परीक्षण सुविधाओं जो यथार्थवादी अंतरिक्ष वातावरण के अनुकरण सक्षम बहु की लैबोरेटरी के परीक्षण के लिए आवश्यक हैं इकाइयों28,29,30। इस तरह के एक प्रणाली का एक उदाहरण एक बड़े पैमाने पर अंतरिक्ष लैबोरेटरी सेंटर-सिंगापुर (SPC-एस, चित्रा 1a, बी)31पर स्थित कक्ष पर्यावरण सिमुलेशन चैंबर है । जब इस तरह के एक सिमुलेशन वातावरण के विकास, निंनलिखित प्राथमिक और माध्यमिक विचार के लिए ध्यान में रखा जाना चाहिए । प्राथमिक चिंताओं है कि इस प्रकार बनाया अंतरिक्ष वातावरण सही और मज़बूती से एक यथार्थवादी अंतरिक्ष वातावरण अनुकरण करना चाहिए, और में निर्मित नैदानिक प्रणालियों एक प्रणाली के प्रदर्शन के मूल्यांकन के दौरान सटीक और सटीक निदान प्रदान करना चाहिए । माध्यमिक चिंताओं है कि नकली अंतरिक्ष वातावरण उच्च तेजी से स्थापना और अलग लैबोरेटरी और नैदानिक मॉड्यूल के परीक्षण को सक्षम करने के लिए अनुकूलन योग्य होना चाहिए, और पर्यावरण को अनुकूलित करने के लिए उच्च प्रवाह परीक्षण को समायोजित करने में सक्षम होना चाहिए एक साथ कई इकाइयों का निर्वहन और संचालन की स्थिति ।

अंतरिक्ष पर्यावरण सिमुलेटर और पंपिंग सुविधाएं

यहां, हम SPC-एस कि लघुकृत इलेक्ट्रिक लैबोरेटरी सिस्टम के परीक्षण के लिए लागू किया गया है, साथ ही साथ एकीकृत मॉड्यूल में दो सिमुलेशन सुविधाओं का वर्णन । इन दोनों सुविधाओं के विभिंन तराजू के हैं, और मुख्य रूप से प्रदर्शन मूल्यांकन की प्रक्रिया में विभिंन भूमिकाओं है, के रूप में नीचे उल्लिखित ।

बड़े प्लाज्मा अंतरिक्ष actuation चैंबर (PSAC)

PSAC ४.७५ मीटर (लंबाई) x २.३ मीटर (व्यास) के आयामों है और एक वैक्यूम पम्पिंग सुइट है जिसमें कई उच्च क्षमता वाले पंपों के साथ मिलकर काम कर रहे हैं । यह 10-6 पीए से कम बेस प्रेशर हासिल करने में सक्षम है । यह एक एकीकृत वैक्यूम नियंत्रण readout और निकासी और चैंबर के मिटाने के लिए पंप सक्रियण/ यह कई अनुकूलन निकला हुआ किनारा, विद्युत feedthroughs और दृश्य नैदानिक portholes लाइन परीक्षण सुविधा प्रदान करने के साथ सुसज्जित है । यह, एक साथ निदान क्षमताओं का एक पूर्ण सुइट आंतरिक घुड़सवार के साथ, यह बहु-मोडल निदान के लिए तेजी से संशोधित करने की अनुमति देता है । PSAC के पैमाने भी एक नकली वातावरण में आवेदनों के लिए पूरी तरह से एकीकृत मॉड्यूल के परीक्षण के लिए अनुमति देता है ।

PSAC SPC-एस प्रमुख अंतरिक्ष पर्यावरण सिमुलेशन सुविधा है (चित्रा 1c, डी) । इसकी सरासर आकार अप करने के लिए कुछ है यू एक quadfilar मंच पर मुहिम शुरू की पूरी मॉड्यूल के परीक्षण के लिए अनुमति देता है । इस पद्धति का लाभ वास्तविक समय दृश्य में होगा कि कैसे लैबोरेटरी मॉड्यूल के रूप में विभिन्न पेलोड पर घुड़सवारी अंतरिक्ष में पेलोड के पैंतरेबाज़ी में गतिशीलता को प्रभावित कर सकता है । इस बढ़ते और एक मालिकाना quadfilar जोर माप मंच पर पूरे पेलोड के निलंबन के माध्यम से नकली है । इसके बाद जबरदस् त फ़ायरिंग की जा सकती है, और जबरदस् त और पेलोड के साथ निलंबित प् लेटफॉर्म को अंतरिक्ष शर्तों के अनुसार परीक्षण किया जाएगा । इलेक्ट्रिक लैबोरेटरी मॉड्यूल के माध्यम से परीक्षण के माहौल में प्रवेश करने वाले फेंकने योग्य गैस टाक को कुशलतापूर्वक वैक्यूम सुइट द्वारा पंप किया जाता है ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि चैंबर के समग्र दबाव को बदला न जाए, इस प्रकार, एक यथार्थवादी अंतरिक्ष वातावरण को बनाए रखने३२ ,३३,३४. इसके अलावा, बिजली लैबोरेटरी सिस्टम आम तौर पर प्लाज्मा का उत्पादन शामिल है और आरोप प्रणाली से बाहर निकलने के लिए जोर३५उत्पंन कणों की गति के हेरफेर का दोहन । छोटे सिमुलेशन वातावरण में, buildup के प्रभारी या दीवार पर प्लाज्मा खोल की आवेगी प्रणाली के लिए अपनी निकटता के कारण प्लाज्मा-दीवार बातचीत के माध्यम से निर्वहन प्रदर्शन को प्रभावित कर सकते हैं, विशेष रूप से micropropulsion जहां ठेठ जोर मान millinewtons के क्रम में हैं । इसलिए, विशेष ध्यान और जोर दिया जाना चाहिए के लिए खाते के लिए और इस तरह के कारकों से योगदान marginalize३६। PSAC के बड़े आकार प्लाज्मा-दीवार बातचीत को कम करता है, उन्हें नगण्य प्रतिपादन, निर्वहन मापदंडों का एक अधिक सटीक प्रतिनिधित्व देने और बिजली की लैबोरेटरी मॉड्यूल में बेर प्रोफाइल की निगरानी को सक्षम करने. PSAC आम तौर पर पूर्ण मॉड्यूल मूल्यांकन और प्रणालियों एकीकरण/अनुकूलन प्रक्रियाओं जो अंतरिक्ष योग्यता के लिए तैयार करने में जमीन परीक्षण के लिए ऑपरेशन के लिए तैयार प्रणालियों में जोर प्रोटोटाइप के त्वरित अनुवाद के लिए अनुमति देता है में प्रयोग किया जाता है ।

स्केल्ड प्लाज्मा अंतरिक्ष पर्यावरण सिंयुलेटर (PSEC)

PSEC ६५ cm x ४० cm x १०० cm के आयामों है और एक वैक्यूम पम्पिंग सुइट है जिसमें छह उच्च क्षमता वाले पंपों के साथ मिलकर काम करने वाले (ड्राई वैक्यूम पम्प, turbomolecular और क्रायो वैक्यूम पम्प) शामिल हैं । यह 10 से कम एक आधार दबाव को प्राप्त करने में सक्षम है-5 Pa जब पूरे पम्पिंग सिस्टम (सभी पंपों का उपयोग कर रहे हैं) में काम कर रहा है । दबाव और फेंकने योग्य प्रवाह एकीकृत जन प्रवाह readout बक्से और दबाव गेज के माध्यम से वास्तविक समय में निगरानी कर रहे हैं । PSEC मुख्य रूप से बल के धीरज परीक्षण में कार्यरत है । जबरदस् त समय की विस्तारित अवधि के लिए निकाल रहे है निर्वहन चैनलों पर प्लाज्मा नुकसान के प्रभाव का मूल्यांकन और उसके जीवनकाल पर । इसके अतिरिक्त, चित्रा 2, इस सुविधा में एक जटिल गैस प्रवाह नियंत्रक नेटवर्क में दिखाया के रूप में अंय टाक नोदक के त्वरित कनेक्शन कैथोड और एनॉड के लिए उपंयास नोदक और प्रभाव के साथ जोर से संगतता परीक्षण के लिए सक्षम बनाता है बाद में जोर का प्रदर्शन । यह अनुसंधान "पर हवा श्वास" इलेक्ट्रिक आपरेशन के दौरान उपंयास नोदक का उपयोग जोर से काम कर रहे समूहों के लिए ब्याज की वृद्धि हुई है ।

एकीकृत नैदानिक सुविधाएं (मल्टी मोडल निदान)

विभिंन एकीकृत नैदानिक सुविधाएं, स्वचालित एकीकृत रोबोटिक प्रणालियों (अकड़-µS) से सुसज्जित,23, PSEC और PSAC में दो प्रणालियों के लिए विकसित किया गया है जो विभिन्न तराजू और प्रयोजनों में निदान के लिए पूरा करते हैं ।

PSEC में एकीकृत निदान

PSEC में नैदानिक उपकरण अनिवार्य रूप से विस्तारित संचालन के माध्यम से वास्तविक समय की निगरानी पर टिका है । गुणवत्ता प्रबंधन प्रणाली contaminant प्रजातियों कि एक छुट्टी के दौरान सामग्री के sputtering से उत्पंन करने के लिए सुविधा में अवशिष्ट गैस पर नज़र रखता है । ये ट्रेस मात्रा समय के साथ निर्वहन चैनल और जोर के इलेक्ट्रोड के कटाव दरों का मूल्यांकन करने के लिए है जोर से जीवन का अनुमान करने के लिए मात्रात्मक निगरानी कर रहे हैं । ऑप्टिकल उत्सर्जन स्पेक्ट्रोमीटर (OES) इस प्रक्रिया के पूरक इलेक्ट्रॉनिक्स से तांबा जैसे कटाव के कारण contaminant प्रजाति के इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण के लिए इसी वर्णक्रमीय लाइनों की निगरानी द्वारा । OES भी गैर इनवेसिव प्लाज्मा निदान और बेर प्रोफ़ाइल के सक्रिय निगरानी जो गुणात्मक रूप से जोर के प्रदर्शन का मूल्यांकन करता है सक्षम बनाता है । अंत में, एक रोबोट फैराडे जांच जो दूर से नियंत्रित किया जा सकता है, या पूरी तरह से स्वायत्त मोड के लिए सेट, बेर प्रोफ़ाइल के त्वरित झाडू प्राप्त करने के लिए parametrically के माध्यम से बीम के collimation अनुकूलित निर्वहन शर्तों (चित्रा 3) के माध्यम से किया जाता है ।

PSAC में एकीकृत निदान

PSAC में भौतिक अंतरिक्ष की विलासिता अपने मॉड्यूलर डिजाइन के कारण विभिन्न स्थानों पर कई जोर प्रणालियों की स्थापना में सक्षम बनाता है, प्लग के लिए अनुमति देता है और एक साथ विभिन्न निदान के लिए खेल की तरह खेलते हैं । चित्रा 4 विभिन्न विन्यास में PSAC के आंतरिक पार अनुभाग से पता चलता है, पूरी तरह से निलंबित quadfilar जोर माप मंच के साथ अपनी सबसे उल्लेखनीय और स्थायी स्थिरता जा रहा है. बुर्ज सिस्टम, autonomously नियंत्रित या wirelessly microcontrollers और ब्लूटूथ मॉड्यूल का उपयोग कर एंड्रॉयड क्षुधा के माध्यम से, तो विभिन्न जांच की स्थापना के माध्यम से बेर की विशेषताओं को प्राप्त करने के लिए जोर से सामना करना पड़ मॉड्यूलर तरीके से रखा जा सकता है जैसे फैराडे, Langmuir और मंदबुद्धि संभावित विश्लेषक (RPA) । इसके अलावा चित्रा 4 में दिखाया गया है PSAC की क्षमता को विन्यास विभिन्न प्लाज्मा मापदंडों के तेजी से एक साथ निदान के लिए जोर से सिस्टम के बढ़ते के लिए अनुमति देने के लिए है । चुनौतियों खड़ी एक एकल कॉलम में घुड़सवार और तेजी से परीक्षण किया जा सकता है, एक के बाद अलग जोर प्रणालियों के बीच बातचीत से बचने के लिए । यह सत्यापित किया गया है कि एक ही उदाहरण में अप करने के लिए 3 अलग मॉड्यूल के कुशल मूल्यांकन संभव है, इस प्रकार काफी निकासी के दौरान स्र्कना को कम करने और प्रक्रियाओं को मिटाना आवश्यक है अंयथा जब सिस्टम व्यक्तिगत परीक्षण । दूसरी ओर, इस प्रणाली को एक गुच्छा में काम करना चाहिए कि जोर असेंबलियों, एक ही उपग्रह पर परीक्षण के लिए एक मूल्यवान अवसर है । चुनौतियों खड़ी एक एकल कॉलम में घुड़सवार और तेजी से परीक्षण किया जा सकता है, एक के बाद अलग जोर प्रणालियों के बीच बातचीत से बचने के लिए । यह एक एकल उदाहरण में अप करने के लिए 3 अलग मॉड्यूल के मूल्यांकन में प्रभावी होने के लिए परीक्षण किया गया है, काफी निकासी के दौरान स्र्कना को कम करने और प्रक्रियाओं को मिटाने की आवश्यकता है अंयथा जब प्रणाली व्यक्तिगत परीक्षण ।

यह micropropulsion प्रणालियों में जोर इतना सही है कि दक्षता, ηeff और विशिष्ट आवेग मैंसपाके रूप में निर्धारित करने के लिए महत्वपूर्ण है, सही हैं, इस प्रकार, की निर्भरता का एक विश्वसनीय प्रतिनिधित्व दे ऐसे फेंकने योग्य प्रवाह के रूप में विभिंन इनपुट मानकों पर जोर प्रदर्शन, और सत्ता के रूप में समीकरण 1 और 2 में दिखाया गया है के विभिंन टर्मिनलों के लिए आपूर्ति की । स्पष्ट रूप से, micropropulsion प्रणालियों के प्रदर्शन मूल्यांकन आम तौर पर विभिंन ऑपरेटिंग मापदंडों पर प्रणाली से उत्पंन जोर की माप के आसपास घूमती है । इसलिए, प्रदर्शन मूल्यांकन प्रणालियों निदान और उनकी विश्वसनीयता और सटीकता सुनिश्चित करने के लिए परीक्षण में उपयोग के लिए अंतरिक्ष वातावरण में स्थापित किया जा रहा से पहले मानकों का एक सेट के अनुसार तुले होने की जरूरत19.

Equation 1

Equation 2

ठेठ सिस्टम जोर माप इकाइयों परीक्षण वातावरण३८में स्थापित कर रहे हैं इससे पहले बाहरी रूप से अंशांकन बल कार्यरत हैं. हालांकि, ऐसी प्रणालियों अंशांकन मानकों के भौतिक गुणों को प्रभावित करने वाले अंतरिक्ष वातावरण के लिए खाता नहीं है, और के गतिशील पाठ्यक्रम पर नपे मानकों के क्षरण पर विद्युत, निर्वात और थर्मल प्रभावों के लिए के प्रदर्शन के मूल्यांकन के लिए जोर । स्वचालित वायरलेस अंशांकन आकृति 5में दिखाया गया है, दूसरी ओर, के लिए अनुमति देता है सीटू में प्रणाली के अंशांकन अनुकरणीय वातावरण से पहले जोर से कार्यरत है । माप चरण पर परीक्षण वातावरण के गतिशील प्रभाव के लिए यह खातों, और तेजी से फिर से प्रणाली के अंशांकन के लिए अनुमति देता है से पहले जोर से फायरिंग करने के लिए । प्रणाली भी एक सममित मॉड्यूलर नल जोर सत्यापन इकाई है जो स्वतंत्र रूप से जोर की पुष्टि की सुविधा है । यह संचालित है, जबकि जोर दिया निर्वहन शर्तों से प्राप्त की चुनौतियों का सीटू विश्लेषण में के लिए कार्यरत है । पूरी प्रक्रिया MATLAB apps के माध्यम से किया जाता है, उपयोगकर्ताओं हार्डवेयर और लैबोरेटरी सिस्टम के डिजाइन के अनुकूलन पर ध्यान केंद्रित करने की अनुमति है, और इस तरह की प्रणालियों के परीक्षण में तेजी लाने । इस विधि का विवरण निम्न उपखण्ड में सविस्तार होगा ।

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Protocol

यहां हम जोर अंशांकन प्रक्रिया और प्रदर्शन मूल्यांकन, नल माप और profilometry के माध्यम से स्वतंत्र जोर सत्यापन के लिए प्रोटोकॉल वर्तमान सीटू डाटा सेंसिंग में स्थानिक के माध्यम से ।

1. जोर अंशांकन प्रक्रिया और जोर प्रदर्शन मूल्यांकन

  1. सुनिश्चित करें कि सभी घटक कक्ष में चित्र 5में दिखाए गए के रूप में स्थापित हैं ।
  2. कक्ष सील करने से पहले बाहरी रूप से नैदानिक उपकरणों की कनेक्टिविटी का परीक्षण ।
  3. चैंबर सील करने के लिए एकीकृत सुविधा नियंत्रण का उपयोग करें ।
  4. व्यापक आदेश में निर्वात पंपों पर बारी सूखी पंपों से शुरू (जब तक चैंबर 1 फिलीस्तीनी अथॉरिटी तक पहुंचता है), टर्बो आणविक पंपों (जब तक यह पहुंच ~ 5 x 10-4 फिलीस्तीनी अथॉरिटी), और फिर क्रायोजेनिक पंप ।
    नोट: PSAC उच्च वैक्यूम करने के लिए नीचे पंप (< ~ 10-5 फिलीस्तीनी अथॉरिटी) अंतरिक्ष वातावरण अनुकरण करने के लिए छोड़ दिया है । प्रोटोकॉल यहां ठहर सकता है ।
  5. चैंबर में वायरलेस ट्रांसपोंडर के साथ उपकरणों को सिंक्रनाइज़ करने के लिए विकसित क्षुधा का उपयोग करें । सिंक्रनाइज़ेशन प्रक्रिया पूर्ण है जब ट्रांसपोंडर पर प्रकाश उत्सर्जक डायोड (LED) चमकती बंद हो जाता है ।
  6. एक बार वांछित वैक्यूम प्राप्त किया गया है, एक आधार रेखा के रूप में लेजर विस्थापन संवेदक से एक प्रारंभिक पढ़ने (एनालॉग वोल्टेज) ले ।
  7. quadfilar मंच पर बल अनुवाद के लिए (तांबे पाश के एक ठीक ज्ञात और नपे जन के) एक वजन के कम ट्रिगर करने के लिए विकसित अनुप्रयोग का प्रयोग करें ।
    नोट: प्रत्येक तांबे पाश के द्रव्यमान quadfilar चरण का इरादा संवेदनशीलता पर निर्भर करता है इस्तेमाल किया जा रहा है. इस मामले में, प्रत्येक तांबे पाश के द्रव्यमान विस्तारित अंशांकन शासन के लिए १०० मिलीग्राम के क्रम में था और ठीक अंशांकन शासन के लिए 10 मिलीग्राम. अधिक जानकारी के लिए प्रतिनिधि परिणाम देखें ।
  8. लेजर विस्थापन संवेदक से विस्थापन (एनालॉग वोल्टेज) रिकॉर्ड जब यह बड़े पैमाने पर पूरी तरह से कम है और इसके वजन एक क्षैतिज बल में अनुवाद किया है के बाद शुरू हो रहा है ।
  9. इस प्रक्रिया को दोहराएँ (चरण १.७ और १.८) वजन और quadfilar चरण के विस्थापन की रिकॉर्डिंग को कम करने तक सभी अंशांकन भार का विस्तार कर रहे हैं. सभी वजन स्वतः अंशांकन इकाई द्वारा संतुलन की स्थिति को लौट जाएगा के बाद अनुक्रम quadfilar चरण के लिए एक संतुलन की स्थिति तक पहुंचने से पहले जोर से निकाल दिया जा सकता है की अनुमति के लिए पूरा हो गया है । अंशांकन फ़ैक्टर को सहेजें ( फ़ाइल | इस रूप में सहेजें । "फैक्टर. txt") ।
  10. quadfilar चरण पर स्थापित सिस्टम के लिए अंशांकन कारक प्राप्त करने के लिए एक अंशांकन वक्र आरेखित करें, जहाँ अंशांकन कारक (mN/V) में बल/वोल्टेज ग्राफ की ढाल है ।
  11. रिकॉर्ड एक आधारभूत एनालॉग वोल्टेज लेजर विस्थापन संवेदक से फिर से पहले जोर से गोलीबारी ।
  12. तुरंत समीकरण 3 का उपयोग जोर की गणना के लिए सीटू MATLAB कार्यक्रम में सक्रिय (प्रतिनिधि परिणाम देखें) और इनपुट अंशांकन १.९ कदम में व्युत्पंन फैक्टर ( फाइल | खुला | "फैक्टर. txt") ।
  13. इसके बाद फिर से जबरदस् त फ़ायरिंग की जा सकती है । में घर डेटा अधिग्रहण कार्यक्रम का उपयोग कर वास्तविक समय में वांछित मापदंडों पर कब्जा ।
    नोट: वैकल्पिक रूप से, एक एकीकृत अनुप्रयोग मोटर्स से actuation अनुक्रम सिंक्रनाइज़ करते समय पूरी तरह से अंशांकन प्रक्रिया को स्वचालित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, और तदनुसार सेंसर से डेटा अधिग्रहण.

2. स्वतंत्र जोर सत्यापन के लिए नल माप प्रोटोकॉल

  1. सबसे पहले, एक आधारभूत (एनालॉग वोल्टेज) रीडिंग (लेजर विस्थापन संवेदक से) संतुलन की स्थिति में जोर से ले ।
  2. जोर से नियंत्रण कक्ष से वांछित मूल्यों के संचालन मापदंडों टॉगल और जोर से आग ।
  3. एक बार जोर से निकाल दिया है, quadfilar पेंडुलम पर दोलनों के लिए प्रतीक्षा को स्थिर ।
  4. quadfilar एक स्थिर अवस्था के स्थिर होने के बाद, नल मापन प्रणाली के लिए नियंत्रण अनुप्रयोग का उपयोग करने के लिए वजन कम ट्रिगर । लेजर विस्थापन संवेदक से रीडिंग एक साथ निगरानी कर रहे हैं । वजन लगातार जब तक quadfilar चरण संतुलन में वापस हाथ है कम कर रहे हैं ।
  5. एक बार संतुलन स्थिति तक पहुंच गया है, actuation अनुक्रम समाप्त, और quadfilar प्रणाली लाने के लिए संतुलन को वापस आवश्यक बल निर्धारित करते हैं ।
  6. quadfilar चरण को आगे बढ़ने से रोकने के लिए डाट ब्लॉक को ट्रिगर करें ।
  7. गणना जन क्षैतिज प्रणाली को संतुलन में वापस खींचने की आवश्यकता बल के लिए इसी ।

3. सीटू डाटा सेंसिंग और प्लम profilometry में स्थानिक के लिए रोबोटिक बुर्ज की Actuation

नोट: जोर से ऑपरेशन के दौरान, एक ऑपरेटर विशेष स्थानों पर बेर विशेषताओं को प्राप्त करने या एक स्वचालित अनुक्रम को ट्रिगर करने के लिए वांछित कोणों को मैन्युअल रूप से प्रणाली अत्यधिक करने के लिए चुन सकते हैं ।

  1. एक चलती मंच पर (के रूप में PSAC के मामले में) प्रयोग शुरू करने से पहले जोर से माउंट ।
  2. प्रयोग के दौरान actuating से चरण को रोकने के लिए स्टॉप-बार तंत्र को सक्रिय करें ।
  3. माप प्रोटोकॉल और इमदादी मोटर 0 ° स्थिति के लिए जांच अत्यधिक ट्रिगर ।
  4. जांच से माप प्राप्त करना ।
    नोट: स्थापित जांच के प्रकार पर निर्भर करता है, माप प्रक्रियाओं निर्वहन के पूरा स्थानिक बेर प्रोफाइल प्राप्त करने के लिए प्रोग्राम अनुक्रम के अनुसार अलग किया जा सकता है । (क) यदि एक फैराडे जांच मुहिम शुरू की है, एक स्रोत मीटर से रीडिंग लिया जाता है (जहां-30 वी के एक पूर्वाग्रह लगातार गार्ड के छल्ले को लागू किया जाता है) । (ख) अगर एक Langmuir जांच घुड़सवार है, एक sawtooth वोल्टेज तरंग जांच करने के लिए आपूर्ति की है और मैं-V विशेषताओं प्राप्त कर रहे है और व्याख्या की । (ग) एक RPA मुहिम शुरू की है, एक sawtooth वोल्टेज तरंग भेदभाव ग्रिड के लिए लागू किया जाता है, और मैं-V विशेषताओं प्राप्त और व्याख्या कर रहे हैं ।
  5. microcontroller का उपयोग कर इमदादी मोटर ट्रिगर, अगले कोणीय स्थिति जहां जांच अनुक्रम एक माप फिर से बनाने के लिए शुरू हो रहा है करने के लिए स्थानांतरित करने के लिए ।
  6. एक डेटा मैट्रिक्स में व्यक्तिगत रूप से चिह्नित arrays में माप बचाओ ।
  7. दोहराएँ चरण ३.५ और ३.६ तक एक पूर्ण स्वीप करने के लिए १८० ° किया गया है, और जांच 0 ° करने के लिए वापस लाया जाता है ।
  8. सहेजे गए डेटा का विश्लेषण करें ।

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Representative Results

जोर अंशांकन प्रक्रिया और जोर प्रदर्शन मूल्यांकन

quadfilar जोर माप मंच से जोर मूल्यों का मूल्यांकन दो चरणों में आता है । पहला चरण स्वचालित वायरलेस अंशांकन 5 चित्राके अधिकार को दिखाया इकाई से अंशांकन कारकों को प्राप्त करने के माध्यम से है । इस अंशांकन प्रक्रिया में, ठीक वजन एक चिकनी polytetrafluoroethylene बार जो quadfilar मंच पर जोर से संलग्न के रूप में एक क्षैतिज बल में एक वजन के ऊर्ध्वाधर प्रभाव का अनुवाद भर में कम कर रहे हैं । एक उच्च संकल्प लेजर विस्थापन संवेदक तो प्रत्येक अंतराल पर तदनुसार विस्थापन के उपाय । यह आंकड़ा 6में दिखाया गया है के रूप में एक डेटा अधिग्रहण अनुप्रयोग के माध्यम से एक ऑपरेटर द्वारा नजर रखी है, और एक अंशांकन कारक श्रृंखला के अंत में प्राप्त की है, जहां कई नपे वजन प्रणाली पर कम कर रहे हैं । अंशांकन कारक एस क्षैतिज बल-विस्थापन ग्राफ का सबसे अच्छा फिट लाइन से प्राप्त की है, और बाद में जोर समीकरण 3 का उपयोग कर गणना की है:

Equation 3

जहां वीबेसलाइन लेजर विस्थापन संवेदक से एनालॉग आधारभूत वोल्टेज है जोर से गोलीबारी करने से पहले पढ़ा है, और vमापा के दौरान संवेदक से मापा वोल्टेज है जोर से सीटू आपरेशन में ।

अंशांकन प्रणाली का एक स्पष्ट प्रतिनिधित्व चित्रा 7में दिखाया गया है । यह ध्यान दिया जाना है कि हरी लाइन और लाल हलकों चित्रण प्रयोजनों के लिए ही कर रहे है और केवल आंख के लिए एक गाइड के रूप में सेवा करते हैं । हकीकत में, ग्रीन लाइन में एक महीन Madeira पॉलियामाइड फाइबर होता है जो घुड़सवारी के लिए जोर से जोड़ता है । नपे वजन छोटे तांबे छोरों कि ध्यान से एक उच्च परिशुद्धता जन संतुलन द्वारा तौला गया है रहे हैं, और वे तदनुसार समायोजित किया जा सकता है एक ठीक अंशांकन शासन के लिए अनुमति देने के लिए शुरू में (जनता के बीच अंतर में छोटे अंतराल के साथ), और एक विस्तारित शासन (जहां बड़ा द्रव्यमान अंशांकन अनुक्रम के अंत की ओर जोड़ रहे हैं) ।

अंशांकन इकाई, लेजर विस्थापन संवेदक और quadfilar मंच ठीक से स्थापित कर रहे हैं जब एक ठेठ बल वोल्टेज ग्राफ एक सीधी रेखा के रूप में चित्रा 8 में दिखाया गया है उत्पादन होगा । इस मामले में, साजिश एक अंशांकन कारक (ढाल) २७.६५ mN ∙ वी-1 की एक मानकीकृत सेट में बलों की एक विस्तृत श्रृंखला पर जोर माप के लिए पैदावार ।

अंशांकन कारक quadfilar मंच है, जो quadfilar तारों की लंबाई जैसे कई कारकों पर निर्भर करता है की संवेदनशीलता को संशोधित करके बदला जा सकता है । चित्र 8में, सेटअप की संवेदनशीलता विस्तारित सरकारों के लिए अंशांकन भार में फ़िट करने के लिए संशोधित किया गया है । दोनों ठीक है और मोटे अंशांकन वजन एक अंशांकन भूखंड है कि दोनों सरकारों में रैखिक है उपज शामिल हैं ।

जोर मापा के लिए सीटू माप में का एक नमूना चित्रा 9में दिखाया गया है । इस मामले में, यह पता चलता है कि कैसे एक ऑपरेटर के लिए प्रयोग के दौरान निर्वहन वोल्टेज पर जोर की निर्भरता पर नजर रखने में सक्षम है जब तक मुक्ति बुझ जाता है । जोर पर अन्य इनपुट पैरामीटर्स के प्रभाव को भी इसी तरीके से मॉनिटर किया जा सकता है ।

quadfilar जोर माप चरण का उपयोग कर, हम विभिन्न इनपुट शक्तियों में हमारे हॉल जोर से उत्पन्न जोर उपाय करने में सक्षम थे, निर्वहन वर्तमान और लागू वोल्टेज द्वारा दी गई. इस जानकारी के माध्यम से, और Equation 4 Equation 5 इनपुट शक्ति के संबंध में भिंनता प्राप्त की जा सकती है । चित्रा 10a,बी से पता चलता है कैसे जोर और 4 विभिंन जन प्रवाह दर पर इनपुट शक्ति के साथ बदलती हैं । अंत में, दक्षता आंकड़ा 10cमें विभिंन जन प्रवाह दरों पर इनपुट शक्ति के खिलाफ साजिश रची है । परिणाम बताते है कि हमारे जोर से १०० डब्ल्यू नीचे इनपुट शक्तियों पर काम करने के लिए अनुकूलित किया गया है, जहां कम प्रवाह दर लगभग 30%19की क्षमता के परिणामस्वरूप है । अनुकूलन से पहले, जोर मुश्किल से ८३ डब्ल्यू और ५.५ sccm में 20% दक्षता हासिल की । परिणाम बताते है कि हमारे जोर से १०० डब्ल्यू नीचे इनपुट शक्तियों पर काम करने के लिए अनुकूलित किया गया है, जहां कम प्रवाह दर लगभग 30%19की क्षमता के परिणामस्वरूप है । यह यकीनन SPT100 हॉल जोर से, जिनकी दक्षता 30% के बीच ४०% के लिए बदलता है की तुलना में एक सभ्य उपलब्धि है, और इसी तरह के आकार और इनपुट शक्तियों के अंय हॉल जोर । चित्रा 10d आयन वर्तमान घनत्व के स्वचालित रूप से साजिश रची प्रोफाइल दिखाता है ।

स्वतंत्र जोर सत्यापन के लिए नल मापन प्रोटोकॉल

जबकि जोर से निकाला जा रहा है, दाहिने हाथ की ओर इसी अंशांकन इकाई अंत करने के लिए पॉलियामाइड तार सुस्त छोड़ दिया है । के दौरान सीटू आपरेशन में जोर से, सममित नल माप सत्यापन इकाई फिर ट्रिगर किया जा सकता है । सममित नल मापन इकाई चित्रा 5में दिखाया रोबोट अंशांकन प्रणाली के लिए एक समान तरीके से संचालित; एक ठीक पॉलियामाइड तार से जुड़ी लघु अंशांकन वजन प्रणाली में कम कर रहे है और एक क्षैतिज आवेगी प्रणाली के लिए लागू बल बना । इस मामले में, क्षैतिज बल quadfilar प्रणाली है जो जोर से संतुलन को वापस आपरेशन पर विस्थापित किया गया है खींचने के लिए लागू होता है । इस प्रक्रिया में दिखाया गया है समय पर निर्भर योजनाबद्ध 11 चित्रामें प्रक्रिया विकास की । जोर से पहली टी में निकाल दिया जाता है = 0 एस, इसी श्रृंखला में पैनल (a) । quadfilar मंच तो आवेगी इकाई से क्षैतिज बल के एक परिणाम के रूप में सही करने के लिए विस्थापित करता है । चूंकि वातावरण अंतरिक्ष सिम्युलेटर में काला है, मंच की गति में (ख) में जोर के स्पष्ट आंदोलन के रूप में देखा जाता है । quadfilar मंच तो दोलन बंद हो जाता है और एक संतुलन स्थिर राज्य विस्थापन तक पहुंच के रूप में (सी) में दिखाया गया है । इस उदाहरण में, नल प्रणाली शुरू हो रहा है और stepper मोटर quadfilar चरण वापस संतुलन के रूप में (डी) में दिखाया खींचने के लिए सक्रिय है. stepper मोटर एक बिंदु पर शुरू होता है, जहां लेजर विस्थापन संवेदक का पता लगाता है कि मंच संतुलन की स्थिति में वापस आ गया है और actuation बंद कर दिया है । एक माप तो लिया जाता है, और इस प्रणाली से जोर का मूल्य तदनुसार दिया जाता है.

सीटू डाटा सेंसिंग और प्लम profilometry में स्थानिक के लिए रोबोटिक बुर्ज की Actuation

मॉड्यूलर रोबोट बुर्ज सिस्टम भी बेर प्रोफाइल के अनुकूलन निदान के लिए दोनों PSAC और PSEC में स्थापित कर रहे हैं । ये रोबोट बुर्ज भी बाहरी रूप से जबरदस् ती के सलए centerline के अनुसार उचित जांच पोजिशनिंग के लिए मोटर का हाथ चरणों पर चढ़कर बोल रहे हैं । रोबोट बुर्ज को प्राप्त करने और डेटा संचारित करने के लिए वायरलेस ट्रांसपोंडर से जुड़ी प्रोग्राम microcontrollers युक्त परिरक्षित स्टेनलेस स्टील संलग्नक शामिल हैं । यह भी उपयोगकर्ताओं को बाहरी रूप से जांच के आंदोलन को नियंत्रित करने के लिए अनुमति देता है, जबकि सिस्टम के लिए अतिरिक्त बिजली के कनेक्शन के बिना सेंसर से डेटा प्राप्त । यह भी ध्यान देने योग्य है कि सूक्ष्म इमदादी मोटर हाथ बुर्ज के मॉड्यूलर डिजाइन माप सेटअप है कि Langmuir, फैराडे जांच और RPAs सहित कई जांच arrays के लिए अनुमति देता है की जल्दी शोधन की अनुमति देता है के अनुसार एक ही सेट अप पर घुड़सवार समय के बिंदु पर संचालन मांगों । चित्रा 12 बेर profilometry के लिए प्रयोगात्मक सेटअप के एक योजनाबद्ध चित्रण से पता चलता है ।

जोर से आपरेशन के दौरान, एक ऑपरेटर के लिए मैंयुअल रूप से वांछित कोण को प्रणाली अत्यधिक के रूप में 12 चित्रा में सचित्र विशेष स्थानों पर बेर विशेषताओं प्राप्त करने के लिए चुन सकते हैं, या एक स्वचालित अनुक्रम ट्रिगर किया जा सकता है । आधार पर जो जांच स्थापित कर रहे हैं, माप प्रक्रियाओं निर्वहन के पूरा स्थानिक बेर प्रोफाइल प्राप्त करने के लिए प्रोग्राम अनुक्रम के अनुसार अलग किया जा सकता है ।

इस तरह के एक दृश्य बेर प्रोफ़ाइल जो कुशल जोर आपरेशन के लिए बीम collimation के लिए अनुमति देने में इंजीनियरिंग और प्रक्रिया अनुकूलन के अनुकूलन में मदद करता है के त्वरित स्थानिक दृश्य के लिए अनुमति देता है । अत्यधिक बुर्ज और प्रोग्राम सेंसिंग सिस्टम प्रत्येक बिंदु पर बेर की विशेषताओं के स्वायत्त अधिग्रहण के लिए अनुमति देते हैं, जहां प्लाज्मा पैरामीटर प्राप्त किए जा सकते है और प्रोग्राम सिस्टम के माध्यम से गणना की जा सकती है । यह आसान विश्लेषण और सरल रोबोट और अत्यधिक स्वायत्त प्रणालियों के माध्यम से डेटा की बड़ी मात्रा में हेरफेर के साथ ऐसी प्रणालियों के परीक्षण में तेजी लाने कर सकते हैं । चित्रा 10dमें, उदाहरण के लिए, प्लाज्मा पैरामीटर यहां विश्लेषण किया जा रहा है विभिंन कोणीय पदों पर आयन वर्तमान घनत्व है । यह पता चलता है कि कैसे निर्वहन शक्ति चोटी आयन वर्तमान घनत्व की भयावहता को प्रभावित करता है और आधे पर पूर्ण चौड़ाई तदनुसार maxima । इन परिणामों से पता चलता है कि उच्च निर्वहन वोल्टेज जरूरी बेहतर जोर प्रदर्शन के लिए अनुवाद नहीं है । यहां, बेर प्रोफ़ाइल के चौड़ीकरण में उच्च शक्ति परिणाम है जो एक जोर से एक अवांछनीय विशेषता है । इसका मतलब यह है कि निकास कणों में से कुछ वेग है जो जोर से बाहर निकलें विमान के लिए सीधा नहीं कर रहे हैं, एक अनपेक्षित दिशा में एक जोर में जिसके परिणामस्वरूप और सटीक युद्धाभ्यास चुनौतीपूर्ण बना रही है । इसके अलावा, बेर से आरोप अंतरिक्ष यान पर पेलोड या अंय उपतंत्रों को नुकसान पहुंचा सकता है । एक और अधिक collimated बेर का उत्पादन करने के लिए जोर का अनुकूलन करने के लिए, वर्तमान चुंबकीय कुंडल और anode पर संभावित ड्रॉप करने के लिए आपूर्ति की एक संतोषजनक पूर्ण चौड़ाई आधा maxima (FWHM) मूल्य प्राप्त किया गया है जब तक समायोजित किया जा सकता है । पहले बेर प्रोफ़ाइल अनुकूलन करने के लिए, अपने FWHM १४० डब्ल्यू पर ३३.१ ° था, लेकिन अनुकूलन के बाद, यह ११० w पर २३.७ ° करने के लिए कम तात्पर्य यह है कि बेर अब अधिक collimated है.

Figure 1
चित्रा 1 : इलेक्ट्रिक लैबोरेटरी के परीक्षण के लिए बड़ी स्पेस पर्यावरण सुविधा । यह फ्लैगशिप सुविधा स्पेस लैबोरेटरी सेंटर सिंगापुर, राष्ट्रीय शिक्षा संस्थान, नानयांग तकनीकी विश्वविद्यालय में स्थित है । (एक) चैंबर की ओर देखने के परीक्षण प्रणालियों के दृश्य निदान के लिए पारदर्शी portholes दिखाता है, और एकाधिक वैक्यूम ग्रेड विद्युत फ़ीड के माध्यम से कि संचार, नियंत्रण और परीक्षण के तहत प्रणालियों के निदान के लिए अनुमति देते हैं । (ख) वैक्यूम पंप । (ग) एक पक्ष लोड हो रहा है हैच ओपन के साथ चैंबर की ओर देखें । (घ) नैदानिक प्रणालियों की स्थापना के एक ऑपरेटर के साथ अंतरिक्ष सिमुलेशन चैंबर के देखें । जे लिम एट अल., ieee ट्रांस. प्लाज्मा विज्ञान. ४६, ३३८ (२०१८) और जे लिम एट अल., आईईईई ट्रांस. प्लाज्मा विज्ञान. ४६, ३४५ (२०१८) से अनुमति के साथ पुनर्मुद्रित । कॉपीराइट २०१८ आईईईई । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्रा 2 : एक स्केल्ड प्लाज्मा अंतरिक्ष पर्यावरण सिंयुलेटर (PSEC) के रियर देखें । PSEC उच्च क्षमता क्रायोजेनिक पंप, टर्बो आणविक पंपों, और सूखी पंपों सहित 6 पंपों की कुल शामिल हैं । सेटअप भी एकीकृत जोर निदान शामिल हैं । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्रा 3 : PSEC में एक प्लाज्मा निदान सुइट का अवलोकन । चित्रा के दाहिने हाथ की ओर व्यवस्था के एक बढ़ाया देखने के रूप में चैंबर के सामने से छेद से देखा दिखाता है । दृश्य नैदानिक बंदरगाह भी ऑप्टिकल उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए एक एवेंयू के रूप में कार्य करता है (OES) किया जाना है । के रूप में चैंबर के बाहरी दृश्य में दिखाया गया है, एक quadropole मास स्पेक्ट्रोमीटर अवशिष्ट गैस विश्लेषण के लिए लगाया है के लिए सामग्री कटाव चैंबर में sputtering के कारण लंबे समय तक जोर आपरेशन के दौरान दरों का मूल्यांकन । इसके अतिरिक्त, wirelessly नियंत्रित रोबोट फैराडे जांच भी आंतरिक रूप से घुड़सवार के लिए प्रदर्शन मूल्यांकन के दौर से गुजर रहे चुनौतियों का बेर प्रोफाइल का मूल्यांकन कर रहे हैं । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 4
चित्र 4 : PSAC में एकीकृत प्लाज्मा निदान सुइट का अवलोकन । (क) अनुकूलन डिजाइन एक रोबोट फैराडे जांच एक quadfilar जोर प्रदर्शन मूल्यांकन चरण के साथ रखा बुर्ज से पता चलता है, और एक में-सीटू वजन अंशांकन इकाई । (ख) अनुकूलन सुविधाएं अप करने के लिए तीन विभिंन चुनौतियों घुड़सवार और एक साथ परीक्षण किया जा करने के लिए अनुमति देते हैं, परिचालन स्र्कना को कम करने और अनुसंधान उत्पादन को अधिकतम । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 5
चित्रा 5 : सममित मॉड्यूलर नल जोर सत्यापन इकाई के योजनाबद्ध लेआउट । अंशांकन प्रणाली के विपरीत, नल जोर सत्यापन इकाई संचालित है जबकि जोर से प्राप्त मूल्यों के स्वतंत्र सत्यापन के लिए अनुमति देने के लिए निकाल दिया जाता है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 6
चित्रा 6 : डेटा प्राप्ति एप्लिकेशन उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस. MATLAB आधारित अनुप्रयोग के उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस ऑपरेटर वास्तविक समय में लेजर विस्थापन संवेदक से जोर और वोल्टेज पढ़ने की निगरानी करने के लिए अनुमति देता है. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 7
चित्र 7 : अंशांकन इकाई । एक रोबोट अंशांकन इकाई एक वायरलेस ऑपरेटर इनपुट, या एक quadfilar प्रणाली के त्वरित अंशांकन के लिए पूरी तरह से स्वायत्त अंशांकन दृश्यों के माध्यम से संचालित किया जा सकता है । डिजाइन विचार: बाहरी प्रभाव को कम करें; पतली, हल्के वजन स्ट्रिंग और millinewton वजन का उपयोग करें; कम स्थैतिक गुणांक पट्टी का उपयोग करें; लाइन पर्याप्त लचीला करने के लिए उत्पादन "u-पाश" होना चाहिए । अंशांकन स्टैंड के लिए, वायरलेस नियंत्रण इकाई का उपयोग करें, ठीक Madeira monofilament पॉलियामाइड (नायलॉन) फाइबर (लगभग ४.० µm), छोटे तांबे छोरों के रूप में वजन और एक चिकनी polytetrafluoroethylene बार. लाइन quadfilar पेंडुलम पर घुड़सवार बल के पीछे या रिफ्लेक्टर प्लेट के केंद्र के साथ लाइन में संलग्न किया जाना चाहिए । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 8
चित्र 8 : ठेठ बल-वोल्टेज और संशोधित सेटअप के लिए बल वोल्टेज रेखांकन । (क) बल-वोल्टेज का ग्राफ. वजन की राशि है जो कम किया गया है और एक क्षैतिज बल में अनुवाद लेजर विस्थापन संवेदक पर इसी वोल्टेज पढ़ने के खिलाफ साजिश रची है । अंशांकन कारक (mN/V में) बल/वोल्टेज ग्राफ जो डेटा अधिग्रहण अनुप्रयोग में इस्तेमाल किया जाएगा के ढाल है । (ख) बल/वोल्टेज ग्राफ । लागू बल की ओर सेटअप की संवेदनशीलता दोनों ठीक और मोटे अंशांकन के लिए समायोजित करने के लिए बढ़ा दिया गया था । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 9
चित्र 9 :-सीटू निष्पादन मूल्यांकन में । एक अंय सॉफ्टवेयर प्रोग्राम जोर प्रदर्शन की अनुमति देता है वास्तविक समय में नजर रखी है जब एक इनपुट पैरामीटर, इस मामले में निर्वहन वोल्टेज, धीरे से बदल जाता है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 10
चित्र 10 : जोर विशेषताओं का मूल्यांकन । (a, b) चार विभिन्न जन प्रवाह दरों पर इनपुट शक्ति के कार्यों के रूप में जोर और विशिष्ट पल्स । (ग) विभिंन जन प्रवाह दरों पर इनपुट शक्ति के खिलाफ दक्षता की साजिश रची । (घ) आयन वर्तमान घनत्व के स्वचालित रूप से साजिश रची प्रोफाइल । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 11
चित्र 11 : कार्रवाई में नल जोर सत्यापन इकाई के समय विकास SPC-एस में एक हॉल जोर की गोलीबारी के दौरान । (क) टी = 0 एस, जहां हॉल जोर से पहली बार निकाल दिया जाता है और संतुलन की स्थिति से दूर ले जाता है । (ख) Quadfilar मंच सही करने के लिए के रूप में हॉल जोर से रिश्तेदार की गति से दिखाया गया विस्थापित करता है । (ग) Quadfilar चरण दोलन बंद हो जाता है और एक संतुलन स्थिर-राज्य स्थिति तक पहुंचता है । नल प्रणाली शुरू हो रहा है और stepper मोटर actuation शुरू. (घ) नल प्रणाली धीरे जोर quadfilar मंच पर वापस संतुलन के लिए घुड़सवार खींचने के लिए शुरू हो रहा है । (ङ) जोर से एक संतुलन की स्थिति तक पहुंचता है । नल माप इकाई stepper मोटर actuation बंद हो जाता है । माप लिया जाता है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 12
चित्र 12 : मॉड्यूलर बहु जांच बुर्ज के actuation के योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व । पूरे सिस्टम wirelessly नियंत्रित है, और फैराडे जांच जल्दी से एक अलग जांच मॉड्यूल पर तड़क के माध्यम से प्रतिस्थापित किया जा सकता है । कनेक्शन आसान मोड़ पर रूपांतरण और स्थापना के लिए BNC-प्रकार एडेप्टर के माध्यम से किए जाते हैं । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 13
चित्र 13 : एक हॉल के योजनाबद्ध प्रकार के जोर से । इस आंकड़े में प्रस्तुत एक सामान्यीकृत लेआउट के आधार पर विविध विन्यास के साथ समान setups भी अन्य समूहों द्वारा नियोजित किया गया है. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 14
चित्र 14 : Inductively प्लाज्मा स्रोत आवेदन केंद्र/अंतरिक्ष लैबोरेटरी सेंटर, सिंगापुर में उपंयास सामग्री के संश्लेषण के लिए युग्मित प्लाज्मा सुविधा । एक शक्तिशाली प्लाज्मा प्रणाली सिलिकॉन आधारित अभिनव, अत्यधिक कुशल सौर कोशिकाओं के लिए सामग्री के संश्लेषण, साथ ही साथ बोरान नाइट्राइड और अंय नैनोसंरचित सामग्री आधुनिक लघुकृत में अनुप्रयोगों के लिए सक्षम बनाता है ।  कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

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Discussion

ठेठ हॉल प्रकार४४ के बल अपेक्षाकृत सरल, सस्ते और अत्यधिक कुशल उपकरणों है कि किमी के कई दसियों के वेग के लिए एक आयन प्रवाह में तेजी लाने के सकता है/एस, उपग्रहों और अंतरिक्ष यान को तेज करने के लिए आवश्यक जोर प्रदान करने के लिए, के रूप में अच्छी तरह के रूप में पैंतरेबाज़ी, अभिविंयास, स्थिति और रवैया नियंत्रण, और de-अपने ऑपरेशन सेवा जीवन के अंत में परिक्रमा । उपग्रहों और अन्य कक्षीय पेलोड पर हॉल की चुनौतियों का आवेदन मिशन जीवनकाल बढ़ाने, कई उपग्रहों के कक्षीय स्थानांतरण और निर्माण/तारामंडल उड़ान की अनुमति है, और बहु-मिशन क्षमताओं को सक्षम करें । संरचनात्मक रूप से ( 13 चित्रमें योजनाबद्ध देखें), एक हॉल जोर एक एक तरफ स्थापित anode के साथ एक समाक्षीय चैंबर है, और एक कैथोड बाहर निकलने के पास रखा । आसानी से, लेकिन अपेक्षाकृत भारी, Xe गैस, आमतौर पर एक फेंकने योग्य के रूप में प्रयोग किया जाता है, अभी तक ऐसे आयोडीन के रूप में अंय तत्वों कुछ मामलों में इस्तेमाल किया जा सकता है४५। एक आयन फ्लक्स एक इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र है कि anode और कैथोड के बीच सेट है, जबकि एक चुंबकीय क्षेत्र coils या स्थाई चुंबक की एक प्रणाली का एक सेट के द्वारा बनाई गई द्वारा त्वरित है एक इलेक्ट्रॉन४६चैंबर के मध्य भाग के आसपास वर्तमान बहाव सुनिश्चित करता है । इस इलेक्ट्रॉन बहाव वर्तमान एक तटस्थ गैस के कुशल ionization सुनिश्चित करता है और साथ ही, यह एक सकारात्मक आयन परिवर्तन का मुआवजा प्रदान करती है ।

एक बिजली की लैबोरेटरी जोर की दक्षता इसकी डिजाइन पर काफी निर्भर करता है, विशेष रूप से आकार और इलेक्ट्रोड और चुंबकीय क्षेत्र के मापदंडों के विन्यास, और तेजी से चैनल के लिए इस्तेमाल सामग्री, anode और में छोड़नेवाला आवेषण कैथोड. उदाहरण के लिए, के चुंबकीय क्षेत्र टोपोलॉजी जोर से इस तरह से विंयस्त किया जा सकता है कि अधिकतम चुंबकीय क्षेत्र शक्ति का स्थान है और इसलिए, ionization क्षेत्र आगे बहाव धक्का दे रहे हैं, चैनल आउटलेट के पास, इस प्रकार, बातचीत को कम करने उच्च ऊर्जा आयनों और चैनल दीवार४७के बीच । यह बारी में चैनल की दीवार के कटाव दर और दीवार सामग्री संपत्तियों पर अपनी निर्भरता कम कर देता है, दीवार सामग्री प्रतिस्थापन अधिक संभव बनाने । हॉल के जीवनकाल प्रकार के अपने घटकों के लिए इस्तेमाल सामग्री पर अत्यधिक निर्भर करता है, विशेष रूप से लोगों कि प्लाज्मा के साथ संपर्क में हैं । आगे जा रहे हैं, उपंयास सामग्री, साथ ही उपकरणों और इसके संश्लेषण और परीक्षण के लिए तकनीक४८,४९ आगे हॉल प्रकार के बल के जीवनकाल में सुधार करने की जरूरत है ।

उपंयास सामग्री PSAC/SPCS प्रयोगशालाओं में मुख्य रूप से एक शक्तिशाली, अत्यधिक अनुकूली, कुशल inductively युग्मित प्लाज्मा सुविधा (14 अंक)५०,५१का उपयोग कर संश्लेषित कर रहे हैं । उपंयास सामग्री की एक स्पेक्ट्रम भी शामिल है, लेकिन सिलिकॉन आधारित अभिनव, अत्यधिक कुशल सौर कोशिकाओं के लिए वेफर्स तक ही सीमित नहीं है, साथ ही साथ बोरान नाइट्राइड, ग्राफीन युक्त nanostructures५२,५३, metamaterials५४ ,५५ और अंय आधुनिक लघुकृत में अनुप्रयोगों के लिए नैनोसंरचित सामग्री, जहां वे महत्वपूर्ण गहनता और५६,५७के प्रमुख मापदंडों के अनुकूलन के लिए उपयोग किया जाता है । अंय उपलब्ध उपकरण चाप और समाई-५८सामग्री के लिए उंनत प्लाज्मा उपचार के लिए प्लाज्मा सिस्टम युग्मित शामिल हैं । दरअसल, जोर पैरामीटर की एक महत्वपूर्ण वृद्धि परिष्कृत परीक्षण, डिजाइन, सामग्री और सिमुलेशन अनुकूलन तकनीकों५९,६०के कार्यांवयन के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है । इसके अलावा, उपंयास सामग्री और सामग्री प्रणालियों के अनुप्रयोगों के प्रति कुशल दृष्टिकोण, जैसे, गर्मी हस्तांतरण६१,६२प्रतिरोध पहनते हैं, और अंय दक्षता और लघुकृत की सेवा जीवन से जुड़े समस्याओं को सुनिश्चित सकता है अंतरिक्ष के लिए जोर । प्लाज्मा-आधारित सामग्री सुविधाओं के संश्लेषण, परीक्षण और वर्तमान में६३डिजाइन किया जा रहा है चुनौतियों में सबसे उन्नत सामग्री के आवेदन सक्षम. दरअसल, यह पहले से ही प्रदर्शित किया गया है कि प्लाज्मा सक्षम तकनीक है जो बात और ऊर्जा पर अत्यधिक ऊर्जावान प्रवाह शामिल, सतहों के कुशल सक्रियण के लिए अनुमति६४,६५ और इसलिए, पर नियंत्रण स्व संगठन, nucleation६६,६७,६८ और अन्य परिष्कृत सतह आधारित प्रक्रियाओं सबसे उन्नत सामग्री के निर्माण के लिए अग्रणी६९,७०, ७१. ध्यान दें कि कार्बन ऐसे कार्बन nanowalls, नैनोट्यूब और खड़ी उंमुख ग्राफीन arrays के रूप में सामग्री युक्त काफी बिजली की लैबोरेटरी में आवेदन के लिए होनहार हो सकता है इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन सामग्री ७२ के रूप में, ७३ , ७४ और त्वरण चैनलों और निर्वहन मंडलों७५की दीवारों के लिए होनहार सामग्री ।

प्लाज्मा निर्मित multilayered, कोर-शैल और छिद्रित सामग्री७६ भी विद्युत लैबोरेटरी सिस्टम७७के विभिन्न भागों में आवेदन मिल सकता है. धातु एकल दीवारों कार्बन नैनोट्यूब७८ और प्लाज्मा के नियंत्रित संश्लेषण-सक्षम, यांत्रिक रूप से लिखा Si पर कार्बन नैनोट्यूब के उत्प्रेरक मुक्त विकास७९ सुविधा भी प्लाज्मा चालित प्रक्रिया८०में संभव है ।

संक्षेप में, हम परीक्षण और लघुकृत अंतरिक्ष लैबोरेटरी सिस्टम का अनुकूलन करने के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत किया है । विविध परिष्कृत डिजाइन उपकरण, बड़े निर्वात मंडलों, शक्तिशाली पम्पिंग प्लेटफार्मों और विभिन्न नैदानिक परिसरों उन लोगों के लिए करीब शर्तों के तहत सूक्ष्म लैबोरेटरी जोर से सटीक, जानकारीपूर्ण लक्षण वर्णन करने के लिए इस्तेमाल किया गया खुली जगह में मिला । कुशल कर्मियों, पर्याप्त सिमुलेशन और सैद्धांतिक समर्थन micropropulsion डिजाइन और प्रौद्योगिकी तेजी से प्रगति रखने के लिए महत्वपूर्ण महत्व के भी हैं । उपंयास सामग्री का विकास दूसरा महत्वपूर्ण कारक है कि आधुनिक बिजली लैबोरेटरी सिस्टम के प्रदर्शन विशेषताओं में सुधार लाने में महत्वपूर्ण सफलताओं को सुनिश्चित सकता है, छोटे उपग्रहों और आपूर्ति प्रणालियों के पूरे सेट के साथ CubeSats सहित, परिधीय उपकरणों, उपकरण और पेलोड ।

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Disclosures

लेखक कोई प्रतिस्पर्धी वित्तीय या अंय हितों की घोषणा ।

Acknowledgments

यह काम भाग में ओस्टिन-एसआरपी/EDB, नेशनल रिसर्च फाउंडेशन (सिंगापुर), अकादमिक अनुसंधान निधि AcRF टीयर 1 आरपी 6/16 (सिंगापुर), और जॉर्ज वाशिंगटन नैनो के लिए संस्थान (यूएसए) द्वारा समर्थित किया गया था । आई. एल. रसायन विज्ञान, भौतिकी और यांत्रिक इंजीनियरिंग, विज्ञान और इंजीनियरिंग संकाय, क्वींसलैंड प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय के स्कूल से समर्थन स्वीकार करता है ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Arduino Microcontroller Arduino Arduino Uno Rev 3
Bluetooth communication device SG Botic WIR-02471
Cryogenic Pump ULVAC CRYO-U12HLE 
Digital Oscilloscope Yokogawa DLM 2054
Dry Pump Agilent Triscroll-600
High resolution laser displacement sensor Micro-Epsilon optoNCDT ILD-1420-50
Mass Flow Controller MKS MKS M100B
Optical Emission Spectrometer Avantes AvaSpec-ULS2048XL-EVO
Servo Motor Tower Pro Servo Motor SG90
Stepper Motor Oriental Motor PKP213D05A
Turbomolecular Pump Pfeiffer ATH-500M

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References

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