專利名稱：可光學檢測探漏氣體的探漏器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種可光學檢測探漏氣體的探漏器。
背景技術：
現有技術中典型的檢漏器包括一質譜儀或一類似氣體分析裝置，以為了檢測探漏氣體的出現對進入的氣體進行檢測。探漏氣體可以是氦以及其它惰性氣體以及氫。然而，使用質譜儀需要生成一高真空，而高真空進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，當探漏氣體在元件外面薄膜處出現時，探漏氣體的分壓會上升。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，意味著在周圍環境中存在探漏氣體分壓。這樣，不只可以檢測到環境中的探漏氣體的出現，還可以對探漏氣體進行定量檢測。可以看出，元件內部的壓強檢測需要一復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。為了達到該目的，可以使用潘寧元件或磁電管元件。DE 19853049C2文獻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行檢測以判斷探漏氣體是否有出現。如果有，則可以確定該對象發生了泄漏。從檢測對象泵出的氣體會通過一放電元件，進而進入亞穩態。其中，用于產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入亞穩態。放電元件可以包括一光學測量路徑，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送出的光束。探漏氣體或探漏氣體組件的被激發原子可以在放電元件中通過激光吸收光譜法進行檢測。然而，該測量方式需要載氣，以用于激發通過檢測對象的探漏氣體。
發明內容
本發明的目的在于提供一敏感性高、響應時間短以及結構簡單的探漏器。本發明提出的探漏器由權利要求I定義。該探漏器包括一具有氣體入口的元件，優選地，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，但卻允許探漏氣體以及單個其它氣體透過。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，并阻止較重氣體或水蒸氣以及其它氣體進入元件的內部，這些較重氣體會打破探漏氣體的亞穩態。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入即可。本發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生一包括探漏氣體的區域。
盡管沒有必要對元件進行排氣，然而，優選地，在本發明實施例中，所述元件與一
真空泵裝置連接。亞穩態的激發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，進而將探漏氣體激發到一高能量水平。在該方法中則不需要緩沖氣體。進一步，還可以通過以下方法進行亞穩態的激發，例如，通過X光、多光子激發、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。亞穩態氦的光學檢測可能會受到吸收光譜或熒光光譜的影響。對于吸收光譜，激光源可能需要進行調制，以包含高激發態的吸收光譜。在本發明一具體實施例中，所述元件還包括一個泵連接，所述泵連接包括一薄膜，優選地，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腔，所述腔進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， 以進入周圍環境或通過泵作用進行移除。所述泵連接的目的在于當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部排出。 在本發明的另一實施例中，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，在所述元件的內部會產生所述探漏氣體的分壓，該分壓等于周圍環境中探漏氣體的分壓。
后續說明書結合說明書附圖對本發明實施披露進行了充分、詳細的描述，包括本發明的最佳實施例，使得本領域技術人員可實施本發明。圖I為本發明原理的示意圖；圖2示出了第一具體實施例，該實施例通過緩沖氣體中氣體等離子體獲得亞穩態激發；圖3示出了一第二實施例，該實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，以取得較短的響應時間；圖4示出了一實施例,在該實施例中，元件包括一真空連接；以及圖5示出了另一實施例，在該實施例中，元件被氣密地密封，只設置有探漏氣體入口，以使得所述元件內部產生分壓與所述周圍環境中的分壓相同。
具體實施例方式圖I示出了本發明總的思想。本發明提出的檢漏器的核心在于元件10，元件10具有一內部空間11，內部空間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，優選地，薄膜13只允許探漏氣體透過，例如，氦。優選地，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的內部空間11產生一壓強，該壓強等于元件外部探漏氣體的分壓。元件10被排空時，可使得其內部只保留探漏氣體，而不會存在其它氣體。元件10包括一激發裝置(未示出)，通過該激發裝置探漏氣體可以被激發至一激發的高能量狀態。
亞穩態探漏氣體的光學檢測可以使用一測量部14來實現，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發射的激光束17的波長可根據探測氣體(例如，氦)的吸收線進行設置。作為示例地，當激光束的波長設置為1083. 034nm時，從亞穩態水平為23S1開始可獲得一高能量水平23P2，當激光頻率為1083. 025nm時，可獲得能量水平2'。當激光束的波長設置為1082，908nm時，可獲得一高能量水平23匕。當處于亞穩態的探測氣體以上述波長進行闡述時，該波長會被吸收，具體可參考文獻 DE 19853049C2。對激光束17的輻射進行調制，這樣，包括基本波長的區域可以被檢測到。吸收光譜法可以對吸收波長進行檢測。該方法同樣可以應用到后續所有的實施例。元件10也可以被稱作光譜儀元件。優選地，該元件可由玻璃制成。激光器15以及光探測器16可以設置在元件10內部，也可以設置在其外部。在圖2所示的實施例中，元件10設置有測量部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可用于對過濾層進行加熱。優選地，加熱裝置22位于吸收部的外面。該加熱裝置設置在離過濾層21的一定距離處，這樣，探漏氣體可以透過過濾層。關于薄膜13的這種結構具體可以參見文獻EP 0831964B1(=US 6，277，177B1)。元件10包括一激發裝置25，通過該激發裝置25進入元件的氦可以被激發進入亞穩態。在該實例中，激發裝置包括一陰極26，陰極26為氣體放電部的一部分，而氣體放電部可以從內部空間11中的緩沖氣體產生一等離子體。緩沖氣體可以為一惰性氣體。優選地，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，并到達元件10的內部空間11。在本發明實施中，可在入口前面設置一檢測漏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可用于校準檢漏器，從而獲得關于探漏氣體濃度的數量信息。元件10進一步地可設置一緩沖氣體入口 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所示的實施例與先前實施例的區別在于，元件10沒有連接到真空泵裝置。在該實施例中，元件10包括與檢測腔28連接的探漏氣體入口 12。元件10進一步可包括測量部14以及一激發裝置25，激發裝置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引導至吸入泵36。同樣地，對探漏氣體入口12進行設置。結合泵腔36，泵連接35可形成一個泵或一單向閥，以用于將探漏氣體從元件10中移除。圖4中的實施例大部分與圖2中的實施例相同，兩者的區別點在于省略了檢測腔28 (圖2)。在該實施例中，可以通過直接或通過嗅探導管吸入環境空氣進而提供給入口 12使探漏氣體入口 12暴露在環境空氣中。當探漏氣體云40到達探漏氣體入口 12時被吸入到元件10中，進而被激發到亞穩狀態，之后就可以被檢測到。元件10可以進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所示的實施例適合用作一個嗅探探漏器。圖5示出了檢漏器的另一實施例，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。當探漏氣體出現在探漏氣體入口 12前面時，在元件10內部產生一壓強，該壓強等于薄膜前面探漏氣體(氦)的分壓。當探漏氣體從薄膜前面被移除時，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境中。 圖5所示的實施例還可以包括一激發裝置(未示出)，該激發裝置可用于將元件10中的氦激發到一亞穩態，這樣，氦可以被光學檢測到。當亞穩態氦與元件的壁或探漏氣體入口或其它裝置接觸時，亞穩態氦會釋放能量，進而恢復到基態。因此，從元件10中流出的氦不會再保持在亞穩態。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，對于本領域技術人員來說，凡在本發明的精神和原則之內對權利要求所限定的本發明所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明權利要求和其等價的技術方案的保護范圍之內。
權利要求
1.一種可光學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)包括一優選允許探漏氣體透過的薄膜(13)； -一激發裝置(25 )，所述激發裝置(25 )位于所述元件(10 )中，以用于激發所述探漏氣體進入一聞能亞穩態，以及 -一光學測量部(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裝置(25)，所述氣體放電部用于將所述緩沖氣體轉換為等離子體，以激發所述探漏氣體進入所述亞穩態。
4.如權利要求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，以激發所述探漏氣體進入所述亞穩態。
5.如權利要求I所述的探漏器，其特征在于，所述元件(10)進一步包括一泵連接(35)，所述泵連接(35)具有優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，只設置有所述探漏氣體入口( 12)，且在所述元件內部產生的探漏氣體分壓與所述周圍環境中的所述探漏氣體的分壓相同。
全文摘要
一種探漏器，包括一設置有探漏氣體入口的元件，該探漏氣體入口優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進入一高能亞穩態。通過激光光譜法所述亞穩態探漏氣體的吸收光譜在一光學測量部中被取樣，借此檢測探漏氣體的出現。
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 優先權日2010年4月9日
發明者弗拉基米爾·史華茲, 丹尼爾·溫特茲哥, 鮑里斯·查洛博布洛德 申請人:英福康有限責任公司