專利名稱：可光學(xué)檢測探漏氣體的探漏器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可光學(xué)檢測探漏氣體的探漏器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中典型的檢漏器包括一質(zhì)譜儀或一類似氣體分析裝置，以為了檢測探漏氣體的出現(xiàn)對進(jìn)入的氣體進(jìn)行檢測。探漏氣體可以是氦以及其它惰性氣體以及氫。然而，使用質(zhì)譜儀需要生成一高真空，而高真空進(jìn)一步需要大容量的真空泵。另外，一般情況下，檢漏器具有一元件，該元件包括不透氣壁，并通過薄膜進(jìn)行密封，薄膜只有探漏氣體可以滲透，并且該薄膜形成了探漏氣體的入口。在該元件中，當(dāng)探漏氣體在元件外面薄膜處出現(xiàn)時(shí)，探漏氣體的分壓會(huì)上升。由于所述元件中除了探漏氣體沒有保留其它氣體，因此，當(dāng)探 漏氣體的分壓在所述元件中通過總壓測量方式被測量到時(shí)，意味著在周圍環(huán)境中存在探漏氣體分壓。這樣，不只可以檢測到環(huán)境中的探漏氣體的出現(xiàn)，還可以對探漏氣體進(jìn)行定量檢測?？梢钥闯?，元件內(nèi)部的壓強(qiáng)檢測需要一復(fù)雜的測量裝置以及一具有泵功能的裝置，以用于移除探漏氣體。為了達(dá)到該目的，可以使用潘寧元件或磁電管元件。DE 19853049C2文獻(xiàn)中描述了另一類型的檢漏器，其中，載氣被泵送通過被檢測的對象，然后對流出的載氣進(jìn)行檢測以判斷探漏氣體是否有出現(xiàn)。如果有，則可以確定該對象發(fā)生了泄漏。從檢測對象泵出的氣體會(huì)通過一放電元件，進(jìn)而進(jìn)入亞穩(wěn)態(tài)。其中，用于產(chǎn)生氣體放電的載氣或探漏氣體可以為氦，而氣體放電的目的是為了讓探漏氣體進(jìn)入亞穩(wěn)態(tài)。放電元件可以包括一光學(xué)測量路徑，該路徑由一激光器和光探測器形成，該光探測器可用于接收從激光器發(fā)送出的光束。探漏氣體或探漏氣體組件的被激發(fā)原子可以在放電元件中通過激光吸收光譜法進(jìn)行檢測。然而，該測量方式需要載氣，以用于激發(fā)通過檢測對象的探漏氣體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一敏感性高、響應(yīng)時(shí)間短以及結(jié)構(gòu)簡單的探漏器。本發(fā)明提出的探漏器由權(quán)利要求I定義。該探漏器包括一具有氣體入口的元件，優(yōu)選地，該氣體入口允許探漏氣體透過。最佳地，所述氣體入口只允許探漏氣體透過。這意味著薄膜阻塞了外部或大氣壓強(qiáng)，但卻允許探漏氣體以及單個(gè)其它氣體透過。作為示例地，薄膜可以包括一較薄的石英層或二氧化硅(SiO2)層。同樣地，該薄膜可允許輕氣體透過，例如，氫或氦，特別是在氣體被加熱時(shí)，并阻止較重氣體或水蒸氣以及其它氣體進(jìn)入元件的內(nèi)部，這些較重氣體會(huì)打破探漏氣體的亞穩(wěn)態(tài)。這樣，薄膜的“絕對選擇”不是必須的，只需要該薄膜能夠允許探漏氣體透過，而阻止其它氣體組件進(jìn)入即可。本發(fā)明可以使用不同的探漏檢測方式，作為示例地，探漏器可以為一嗅探探漏器，該探漏器包括一探針，該探針沿著被探測對象外部前行，以檢測泄漏的探漏氣體。另一方面，探漏器也可以包括一抽氣裝置，以用于將氣體從探測對象排出，從而在探測對象的外部產(chǎn)生一包括探漏氣體的區(qū)域。
盡管沒有必要對元件進(jìn)行排氣，然而，優(yōu)選地，在本發(fā)明實(shí)施例中，所述元件與一
真空泵裝置連接。亞穩(wěn)態(tài)的激發(fā)可以通過氣體等離子體或氣體放電中緩沖氣體的粒子碰撞來獲得。另一方法是提供一直接電子撞擊，使用來自一電子源(陰極)的電子撞擊探漏氣體，進(jìn)而將探漏氣體激發(fā)到一高能量水平。在該方法中則不需要緩沖氣體。進(jìn)一步，還可以通過以下方法進(jìn)行亞穩(wěn)態(tài)的激發(fā)，例如，通過X光、多光子激發(fā)、拉曼(Raman)類型的布局以及使用中性原子/分子撞擊的方式，例如，利用超聲束撞擊。亞穩(wěn)態(tài)氦的光學(xué)檢測可能會(huì)受到吸收光譜或熒光光譜的影響。對于吸收光譜，激光源可能需要進(jìn)行調(diào)制，以包含高激發(fā)態(tài)的吸收光譜。在本發(fā)明一具體實(shí)施例中，所述元件還包括一個(gè)泵連接，所述泵連接包括一薄膜，優(yōu)選地，所述薄膜允許探漏氣體透過，其中，泵連接將所述元件連接到一個(gè)腔，所述腔進(jìn)而連接在一真空泵裝置或沒有探漏氣體的裝置上。所述泵連接可以將氦從所述元件中移除， 以進(jìn)入周圍環(huán)境或通過泵作用進(jìn)行移除。所述泵連接的目的在于當(dāng)所述探漏氣體從薄膜前面滲出后，將所述探漏氣體從所述元件內(nèi)部排出。 在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，除了所述探漏氣體入口，所述元件被氣密地密封，在這種方式下，在所述元件的內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生所述探漏氣體的分壓，該分壓等于周圍環(huán)境中探漏氣體的分壓。


后續(xù)說明書結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明實(shí)施披露進(jìn)行了充分、詳細(xì)的描述，包括本發(fā)明的最佳實(shí)施例，使得本領(lǐng)域技術(shù)人員可實(shí)施本發(fā)明。圖I為本發(fā)明原理的示意圖；圖2示出了第一具體實(shí)施例，該實(shí)施例通過緩沖氣體中氣體等離子體獲得亞穩(wěn)態(tài)激發(fā)；圖3示出了一第二實(shí)施例，該實(shí)施例在元件處包括一附加的泵連接，以用于將元件中的探漏氣體吸出，以取得較短的響應(yīng)時(shí)間；圖4示出了一實(shí)施例,在該實(shí)施例中，元件包括一真空連接；以及圖5示出了另一實(shí)施例，在該實(shí)施例中，元件被氣密地密封，只設(shè)置有探漏氣體入口，以使得所述元件內(nèi)部產(chǎn)生分壓與所述周圍環(huán)境中的分壓相同。
具體實(shí)施例方式圖I示出了本發(fā)明總的思想。本發(fā)明提出的檢漏器的核心在于元件10，元件10具有一內(nèi)部空間11，內(nèi)部空間11由探漏氣體入口 12密封而成。探漏氣體入口 12包括一薄膜13，優(yōu)選地，薄膜13只允許探漏氣體透過，例如，氦。優(yōu)選地，薄膜13只允許氦氣透過。薄膜13是雙向可透過的。這樣，可以在元件10的內(nèi)部空間11產(chǎn)生一壓強(qiáng)，該壓強(qiáng)等于元件外部探漏氣體的分壓。元件10被排空時(shí)，可使得其內(nèi)部只保留探漏氣體，而不會(huì)存在其它氣體。元件10包括一激發(fā)裝置(未示出)，通過該激發(fā)裝置探漏氣體可以被激發(fā)至一激發(fā)的高能量狀態(tài)。
亞穩(wěn)態(tài)探漏氣體的光學(xué)檢測可以使用一測量部14來實(shí)現(xiàn)，測量部14包括一激光器15以及一光探測器16，光探測器16用于接收激光束17。由激光器15發(fā)射的激光束17的波長可根據(jù)探測氣體(例如，氦)的吸收線進(jìn)行設(shè)置。作為示例地，當(dāng)激光束的波長設(shè)置為1083. 034nm時(shí)，從亞穩(wěn)態(tài)水平為23S1開始可獲得一高能量水平23P2，當(dāng)激光頻率為1083. 025nm時(shí)，可獲得能量水平2'。當(dāng)激光束的波長設(shè)置為1082，908nm時(shí)，可獲得一高能量水平23匕。當(dāng)處于亞穩(wěn)態(tài)的探測氣體以上述波長進(jìn)行闡述時(shí)，該波長會(huì)被吸收，具體可參考文獻(xiàn) DE 19853049C2。對激光束17的輻射進(jìn)行調(diào)制，這樣，包括基本波長的區(qū)域可以被檢測到。吸收光譜法可以對吸收波長進(jìn)行檢測。該方法同樣可以應(yīng)用到后續(xù)所有的實(shí)施例。元件10也可以被稱作光譜儀元件。優(yōu)選地，該元件可由玻璃制成。激光器15以及光探測器16可以設(shè)置在元件10內(nèi)部，也可以設(shè)置在其外部。在圖2所示的實(shí)施例中，元件10設(shè)置有測量部14。元件由薄膜13密封,薄膜13選擇地允許探漏氣體(氦)透過，或至少優(yōu)選地，允許探漏氣體(氦)透過。薄膜13包括一允許氣體透過的多孔載體20以及一薄的過濾層21，該過濾層可以是SiO2或石英層，其厚度只 有幾納米。加熱裝置22可用于對過濾層進(jìn)行加熱。優(yōu)選地，加熱裝置22位于吸收部的外面。該加熱裝置設(shè)置在離過濾層21的一定距離處，這樣，探漏氣體可以透過過濾層。關(guān)于薄膜13的這種結(jié)構(gòu)具體可以參見文獻(xiàn)EP 0831964B1(=US 6，277，177B1)。元件10包括一激發(fā)裝置25，通過該激發(fā)裝置25進(jìn)入元件的氦可以被激發(fā)進(jìn)入亞穩(wěn)態(tài)。在該實(shí)例中，激發(fā)裝置包括一陰極26，陰極26為氣體放電部的一部分，而氣體放電部可以從內(nèi)部空間11中的緩沖氣體產(chǎn)生一等離子體。緩沖氣體可以為一惰性氣體。優(yōu)選地，可以為除了氦以外的惰性氣體，其中，氦可以作為探漏氣體。元件10可以a)直接暴露或間接暴露在環(huán)境空氣中(嗅探漏檢測法)，或b)連接到一檢測腔28 (整體泄漏檢測法)，該檢測腔包括一檢測對象，檢測對象充有探漏氣體，或c)連接到一被檢測的退出對象(真空檢漏法)，該退出對象噴灑有來自外部的探漏氣體。然后探漏氣體將透過薄膜13，并到達(dá)元件10的內(nèi)部空間11。在本發(fā)明實(shí)施中，可在入口前面設(shè)置一檢測漏30，該檢測漏可以允許一確定體積的探漏氣體透過。檢測漏30可用于校準(zhǔn)檢漏器，從而獲得關(guān)于探漏氣體濃度的數(shù)量信息。元件10進(jìn)一步地可設(shè)置一緩沖氣體入口 32，通過該入口可以提供一緩沖氣體，該緩沖氣體可以被激發(fā)裝置25離子化。而且，元件10可以通過一連接33連接到一真空泵裝置。該真空泵裝置可以將緩沖氣體和探漏氣體的混合氣體從元件10中排出。圖3所示的實(shí)施例與先前實(shí)施例的區(qū)別在于，元件10沒有連接到真空泵裝置。在該實(shí)施例中，元件10包括與檢測腔28連接的探漏氣體入口 12。元件10進(jìn)一步可包括測量部14以及一激發(fā)裝置25，激發(fā)裝置25由電極形成。圖3中元件10包括一泵連接35，泵連接35連接在一吸入腔36上。該泵腔36具有一緩沖氣體連接37以及一泵連接38，其中，泵連接38連接在真空泵裝置(未示出)上。泵連接35用于選擇性地只將探漏氣體從元件10引導(dǎo)至吸入泵36。同樣地，對探漏氣體入口12進(jìn)行設(shè)置。結(jié)合泵腔36，泵連接35可形成一個(gè)泵或一單向閥，以用于將探漏氣體從元件10中移除。圖4中的實(shí)施例大部分與圖2中的實(shí)施例相同，兩者的區(qū)別點(diǎn)在于省略了檢測腔28 (圖2)。在該實(shí)施例中，可以通過直接或通過嗅探導(dǎo)管吸入環(huán)境空氣進(jìn)而提供給入口 12使探漏氣體入口 12暴露在環(huán)境空氣中。當(dāng)探漏氣體云40到達(dá)探漏氣體入口 12時(shí)被吸入到元件10中，進(jìn)而被激發(fā)到亞穩(wěn)狀態(tài)，之后就可以被檢測到。元件10可以進(jìn)一步包括一緩沖氣體連接41以及一泵連接38，泵連接38可以連接到一真空泵裝置上，如圖2所示。圖4所示的實(shí)施例適合用作一個(gè)嗅探探漏器。圖5示出了檢漏器的另一實(shí)施例，該檢漏器包括一具有探漏氣體入口 12的元件10以及一如前所述的測量部14。元件10沒有泵連接。當(dāng)探漏氣體出現(xiàn)在探漏氣體入口 12前面時(shí)，在元件10內(nèi)部產(chǎn)生一壓強(qiáng)，該壓強(qiáng)等于薄膜前面探漏氣體(氦)的分壓。當(dāng)探漏氣體從薄膜前面被移除時(shí)，探漏氣體通過探漏氣體入口 12從元件10中流出返回到周圍環(huán)境中。 圖5所示的實(shí)施例還可以包括一激發(fā)裝置(未示出)，該激發(fā)裝置可用于將元件10中的氦激發(fā)到一亞穩(wěn)態(tài)，這樣，氦可以被光學(xué)檢測到。當(dāng)亞穩(wěn)態(tài)氦與元件的壁或探漏氣體入口或其它裝置接觸時(shí)，亞穩(wěn)態(tài)氦會(huì)釋放能量，進(jìn)而恢復(fù)到基態(tài)。因此，從元件10中流出的氦不會(huì)再保持在亞穩(wěn)態(tài)。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)對權(quán)利要求所限定的本發(fā)明所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求和其等價(jià)的技術(shù)方案的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種可光學(xué)檢測探漏氣體的探漏器，包括 -一具有氣體入口( 12)的元件(10)，所述入口( 12)包括一優(yōu)選允許探漏氣體透過的薄膜(13)； -一激發(fā)裝置(25 )，所述激發(fā)裝置(25 )位于所述元件(10 )中，以用于激發(fā)所述探漏氣體進(jìn)入一聞能亞穩(wěn)態(tài)，以及 -一光學(xué)測量部(14)，所述測量部(14)由一激光器(15)以及一用于接收激光束的光探測器(16)組成。
2.如權(quán)利要求I所述的探漏器，其特征在于，所述元件(10)連接在一真空泵裝置(圖2)上。
3.如權(quán)利要求I所述的探漏器，其特征在于，所述元件(10)包括一用于緩沖氣體的緩沖氣體入口(32)以及一具有氣體放電部的激發(fā)裝置(25)，所述氣體放電部用于將所述緩沖氣體轉(zhuǎn)換為等離子體，以激發(fā)所述探漏氣體進(jìn)入所述亞穩(wěn)態(tài)。
4.如權(quán)利要求I所述的探漏器，其特征在于，所述元件(10)包括一電子源，所述電子源使用電子撞擊，以激發(fā)所述探漏氣體進(jìn)入所述亞穩(wěn)態(tài)。
5.如權(quán)利要求I所述的探漏器，其特征在于，所述元件(10)進(jìn)一步包括一泵連接(35)，所述泵連接(35)具有優(yōu)選允許探漏氣體透過的薄膜，所述泵連接(35)將所述元件連接到一泵腔(36 )，所述泵腔(36 )連接在一真空泵裝置上。
6.如權(quán)利要求5所述的探漏器，其特征在于，所述泵腔(36)包括一緩沖氣體連接(37)以及一泵連接(38)。
7.如權(quán)利要求I所述的探漏器，其特征在于，所述元件(10)氣密地密封，只設(shè)置有所述探漏氣體入口( 12)，且在所述元件內(nèi)部產(chǎn)生的探漏氣體分壓與所述周圍環(huán)境中的所述探漏氣體的分壓相同。
全文摘要
一種探漏器，包括一設(shè)置有探漏氣體入口的元件，該探漏氣體入口優(yōu)選地允許一探漏氣體透過。在所述元件中，所述探漏氣體被激發(fā)進(jìn)入一高能亞穩(wěn)態(tài)。通過激光光譜法所述亞穩(wěn)態(tài)探漏氣體的吸收光譜在一光學(xué)測量部中被取樣，借此檢測探漏氣體的出現(xiàn)。
文檔編號G01M3/38GK102859341SQ201180015156
公開日2013年1月2日 申請日期2011年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者弗拉基米爾·史華茲, 丹尼爾·溫特茲哥, 鮑里斯·查洛博布洛德 申請人:英?？涤邢挢?zé)任公司