CN102859341B - 可光学检测探漏气体的探漏器 - Google Patents

Abstract

一种探漏器，包括一设置有探漏气体入口的元件，该探漏气体入口优选地允许一探漏气体透过。在所述元件中，所述探漏气体被激发进入一高能亚稳态。通过激光光谱法所述亚稳态探漏气体的吸收光谱在一光学测量部中被取样，借此检测探漏气体的出现。

Description

可光学检测探漏气体的探漏器

技术领域

本发明涉及一种可光学检测探漏气体的探漏器。

背景技术

现有技术中典型的检漏器包括一质谱仪或一类似气体分析装置，以为了检测探漏气体的出现对进入的气体进行检测。探漏气体可以是氦以及其它惰性气体以及氢。然而，使用质谱仪需要生成一高真空，而高真空进一步需要大容量的真空泵。另外，一般情况下，检漏器具有一元件，该元件包括不透气壁，并通过薄膜进行密封，薄膜只有探漏气体可以渗透，并且该薄膜形成了探漏气体的入口。在该元件中，当探漏气体在元件外面薄膜处出现时，探漏气体的分压会上升。由于所述元件中除了探漏气体没有保留其它气体，因此，当探漏气体的分压在所述元件中通过总压测量方式被测量到时，意味着在周围环境中存在探漏气体分压。这样，不只可以检测到环境中的探漏气体的出现，还可以对探漏气体进行定量检测。可以看出，元件内部的压强检测需要一复杂的测量装置以及一具有泵功能的装置，以用于移除探漏气体。为了达到该目的，可以使用潘宁元件或磁电管元件。

DE19853049C2文献中描述了另一类型的检漏器，其中，载气被泵送通过被检测的对象，然后对流出的载气进行检测以判断探漏气体是否有出现。如果有，则可以确定该对象发生了泄漏。从检测对象泵出的气体会通过一放电元件，进而进入亚稳态。其中，用于产生气体放电的载气或探漏气体可以为氦，而气体放电的目的是为了让探漏气体进入亚稳态。放电元件可以包括一光学测量路径，该路径由一激光器和光探测器形成，该光探测器可用于接收从激光器发送出的光束。探漏气体或探漏气体组件的被激发原子可以在放电元件中通过激光吸收光谱法进行检测。然而，该测量方式需要载气，以用于激发通过检测对象的探漏气体。

发明内容

本发明的目的在于提供一敏感性高、响应时间短以及结构简单的探漏器。

本发明提出的探漏器由权利要求1定义。该探漏器包括一具有气体入口的元件，优选地，该气体入口允许探漏气体透过。最佳地，所述气体入口只允许探漏气体透过。这意味着薄膜阻塞了外部或大气压强，但却允许探漏气体以及单个其它气体透过。作为示例地，薄膜可以包括一较薄的石英层或二氧化硅（SiO₂）层。同样地，该薄膜可允许轻气体透过，例如，氢或氦，特别是在气体被加热时，并阻止较重气体或水蒸气以及其它气体进入元件的内部，这些较重气体会打破探漏气体的亚稳态。这样，薄膜的“绝对选择”不是必须的，只需要该薄膜能够允许探漏气体透过，而阻止其它气体组件进入即可。

本发明可以使用不同的探漏检测方式，作为示例地，探漏器可以为一嗅探探漏器，该探漏器包括一探针，该探针沿着被探测对象外部前行，以检测泄漏的探漏气体。另一方面，探漏器也可以包括一抽气装置，以用于将气体从探测对象排出，从而在探测对象的外部产生一包括探漏气体的区域。

尽管没有必要对元件进行排气，然而，优选地，在本发明实施例中，所述元件与一真空泵装置连接。

亚稳态的激发可以通过气体等离子体或气体放电中缓冲气体的粒子碰撞来获得。另一方法是提供一直接电子撞击，使用来自一电子源（阴极）的电子撞击探漏气体，进而将探漏气体激发到一高能量水平。在该方法中则不需要缓冲气体。进一步，还可以通过以下方法进行亚稳态的激发，例如，通过X光、多光子激发、拉曼（Raman）类型的布局以及使用中性原子/分子撞击的方式，例如，利用超声束撞击。

亚稳态氦的光学检测可能会受到吸收光谱或荧光光谱的影响。对于吸收光谱，激光源可能需要进行调制，以包含高激发态的吸收光谱。

在本发明一具体实施例中，所述元件还包括一个泵连接，所述泵连接包括一薄膜，优选地，所述薄膜允许探漏气体透过，其中，泵连接将所述元件连接到一个腔，所述腔进而连接在一真空泵装置或没有探漏气体的装置上。所述泵连接可以将氦从所述元件中移除，以进入周围环境或通过泵作用进行移除。所述泵连接的目的在于当所述探漏气体从薄膜前面渗出后，将所述探漏气体从所述元件内部排出。

在本发明的另一实施例中，除了所述探漏气体入口，所述元件被气密地密封，在这种方式下，在所述元件的内部会产生所述探漏气体的分压，该分压等于周围环境中探漏气体的分压。

附图说明

后续说明书结合说明书附图对本发明实施披露进行了充分、详细的描述，包括本发明的最佳实施例，使得本领域技术人员可实施本发明。

图1为本发明原理的示意图；

图2示出了第一具体实施例，该实施例通过缓冲气体中气体等离子体获得亚稳态激发；

图3示出了一第二实施例，该实施例在元件处包括一附加的泵连接，以用于将元件中的探漏气体吸出，以取得较短的响应时间；

图4示出了一实施例，在该实施例中，元件包括一真空连接；以及

图5示出了另一实施例，在该实施例中，元件被气密地密封，只设置有探漏气体入口，以使得所述元件内部产生分压与所述周围环境中的分压相同。

具体实施方式

图1示出了本发明总的思想。本发明提出的检漏器的核心在于元件10，元件10具有一内部空间11，内部空间11由探漏气体入口12密封而成。探漏气体入口12包括一薄膜13，优选地，薄膜13只允许探漏气体透过，例如，氦。优选地，薄膜13只允许氦气透过。薄膜13是双向可透过的。这样，可以在元件10的内部空间11产生一压强，该压强等于元件外部探漏气体的分压。元件10被排空时，可使得其内部只保留探漏气体，而不会存在其它气体。

元件10包括一激发装置（未示出），通过该激发装置探漏气体可以被激发至一激发的高能量状态。

亚稳态探漏气体的光学检测可以使用一测量部14来实现，测量部14包括一激光器15以及一光探测器16，光探测器16用于接收激光束17。由激光器15发射的激光束17的波长可根据探测气体（例如，氦）的吸收线进行设置。作为示例地，当激光束的波长设置为1083.034nm时，从亚稳态水平为23S1开始可获得一高能量水平23P2，当激光频率为1083.025nm时，可获得能量水平2³P₁。当激光束的波长设置为1082,908nm时，可获得一高能量水平2³P₀。当处于亚稳态的探测气体以上述波长进行阐述时，该波长会被吸收，具体可参考文献DE19853049C2。

对激光束17的辐射进行调制，这样，包括基本波长的区域可以被检测到。吸收光谱法可以对吸收波长进行检测。该方法同样可以应用到后续所有的实施例。元件10也可以被称作光谱仪元件。优选地，该元件可由玻璃制成。激光器15以及光探测器16可以设置在元件10内部，也可以设置在其外部。

在图2所示的实施例中，元件10设置有测量部14。元件由薄膜13密封，薄膜13选择地允许探漏气体（氦）透过，或至少优选地，允许探漏气体（氦）透过。薄膜13包括一允许气体透过的多孔载体20以及一薄的过滤层21，该过滤层可以是SiO₂或石英层，其厚度只有几纳米。加热装置22可用于对过滤层进行加热。优选地，加热装置22位于吸收部的外面。该加热装置设置在离过滤层21的一定距离处，这样，探漏气体可以透过过滤层。关于薄膜13的这种结构具体可以参见文献EP0831964B1(=US6,277,177B1)。

元件10包括一激发装置25，通过该激发装置25进入元件的氦可以被激发进入亚稳态。在该实例中，激发装置包括一阴极26，阴极26为气体放电部的一部分，而气体放电部可以从内部空间11中的缓冲气体产生一等离子体。缓冲气体可以为一惰性气体。优选地，可以为除了氦以外的惰性气体，其中，氦可以作为探漏气体。

元件10可以

a）直接暴露或间接暴露在环境空气中（嗅探漏检测法），或

b）连接到一检测腔28（整体泄漏检测法），该检测腔包括一检测对象，检测对象充有探漏气体，或

c）连接到一被检测的退出对象（真空检漏法），该退出对象喷洒有来自外部的探漏气体。

然后探漏气体将透过薄膜13，并到达元件10的内部空间11。在本发明实施中，可在入口前面设置一检测漏30，该检测漏可以允许一确定体积的探漏气体透过。检测漏30可用于校准检漏器，从而获得关于探漏气体浓度的数量信息。

元件10进一步地可设置一缓冲气体入口32，通过该入口可以提供一缓冲气体，该缓冲气体可以被激发装置25离子化。而且，元件10可以通过一连接33连接到一真空泵装置。该真空泵装置可以将缓冲气体和探漏气体的混合气体从元件10中排出。

图3所示的实施例与先前实施例的区别在于，元件10没有连接到真空泵装置。在该实施例中，元件10包括与检测腔28连接的探漏气体入口12。元件10进一步可包括测量部14以及一激发装置25，激发装置25由电极形成。

图3中元件10包括一泵连接35，泵连接35连接在一吸入腔36上。该泵腔36具有一缓冲气体连接37以及一泵连接38，其中，泵连接38连接在真空泵装置（未示出）上。泵连接35用于选择性地只将探漏气体从元件10引导至吸入泵36。同样地，对探漏气体入口12进行设置。结合泵腔36，泵连接35可形成一个泵或一单向阀，以用于将探漏气体从元件10中移除。

图4中的实施例大部分与图2中的实施例相同，两者的区别点在于省略了检测腔28（图2）。在该实施例中，可以通过直接或通过嗅探导管吸入环境空气进而提供给入口12使探漏气体入口12暴露在环境空气中。当探漏气体云40到达探漏气体入口12时被吸入到元件10中，进而被激发到亚稳状态，之后就可以被检测到。元件10可以进一步包括一缓冲气体连接41以及一泵连接38，泵连接38可以连接到一真空泵装置上，如图2所示。图4所示的实施例适合用作一个嗅探探漏器。

图5示出了检漏器的另一实施例，该检漏器包括一具有探漏气体入口12的元件10以及一如前所述的测量部14。元件10没有泵连接。当探漏气体出现在探漏气体入口12前面时，在元件10内部产生一压强，该压强等于薄膜前面探漏气体（氦）的分压。当探漏气体从薄膜前面被移除时，探漏气体通过探漏气体入口12从元件10中流出返回到周围环境中。

图5所示的实施例还可以包括一激发装置（未示出），该激发装置可用于将元件10中的氦激发到一亚稳态，这样，氦可以被光学检测到。当亚稳态氦与元件的壁或探漏气体入口或其它装置接触时，亚稳态氦会释放能量，进而恢复到基态。因此，从元件10中流出的氦不会再保持在亚稳态。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内对权利要求所限定的本发明所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求和其等价的技术方案的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种可光学检测探漏气体的探漏器，包括：

一具有气体入口(12)的元件(10)，所述气体入口(12)包括一允许探漏气体透过的第一薄膜(13)；

一激发装置(25)，所述激发装置(25)位于所述元件(10)中，以用于激发所述探漏气体进入一高能亚稳态，以及

一光学测量部(14)，所述测量部(14)由一激光器(15)以及一用于接收激光束的光探测器(16)组成，其特征在于，

所述元件(10)包括一电子源，所述电子源使用电子撞击，以激发所述探漏气体进入所述亚稳态，

所述元件(10)还包括一泵连接(35)，所述泵连接(35)具有允许探漏气体透过的第二薄膜，所述泵连接(35)将所述元件连接到一泵腔(36)，所述泵腔(36)连接在一真空泵装置上。

2.如权利要求1所述的探漏器，其特征在于，所述元件(10)连接在一真空泵装置上。

3.如权利要求1所述的探漏器，其特征在于，所述泵腔(36)包括一缓冲气体连接(37)以及第二泵连接(38)。