CN113624407B - 基于tdlas的待测透明密闭容器气密性检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种待测透明密闭容器的气密性检测方法，1，将待测透明密闭容器放入密闭箱体中；2，打开密闭箱体的出气阀，将密闭箱体抽真空；3，关闭出气阀，打开密闭箱体的进气阀，向密闭箱体中充入设定压强的气体；4，控制温度控制器，使密闭箱体保持在设定温度；5，控制TEC控制器，使激光器工作在设定温度；6，控制电流控制器产生设定波形的电流信号，对激光器进行调谐；7，控制采集模块采集锁相放大器输出的一次谐波、二次谐波解调信号；8，求出V2f信号峰值对应位置处的V1f信号值的比值H,即H=；9，按照设定时间间隔采集信号，并记录一组比值Hi；10，做出时间t与所述比值Hi的关系图，并依据设定的算法，评估待测透明密闭容器的气密性。本发明对待测透明密闭容器气密性检测具有灵敏度、分辨率高以及稳定高的特点。
Description
技术领域
本发明涉及待测透明密闭容器气密性检测领域，尤其是涉及一种基于TDLAS的待测透明密闭容器气密性检测方法。
背景技术
目前，判断密闭容器的气密性，一般是将密闭容器通过充气或者抽气形成一定的正压或者负压，通过安装压力计，监测经一定时间后的压力是否有显著变化来判断密闭容器的气密性是否良好。
中国专利公开号CN 204964157 U，公开了一种瓶体密闭性质量检测装置。包括密闭箱体、充气嘴、压力检测装置、充气泵、控制器和报警单元。压力检测装置有两组，其中一组安装在充气嘴一侧，另一组安装在密闭箱体内部。实验时，通过充气嘴向瓶体内部充气，并保持一定的压强。通过监测压力检测装置的压力值变化，判断瓶体气密性是否良好。
中国专利公开号CN 112763163 A，公开了一种密闭容器的气密性检测方法、装置、设备及存储介质。该检测装置包含：数据采集模块，用于获取密闭容器的若干采集数据，包括压力及温度；数据修正模块，用于将各采集数据中的温度，与各采集数据中对应的压力组合，得到若干修正采集数据；气体常量获取模块用于获取各修正采集数据的气体常量；以及检测模块，用于根据基于时间序列的趋势判断方法，确定密闭容器的气密性。核心思想是通过温度对相应采集的压力值进行修正，提高检测可靠性。
上述两专利都是利用压力传感器进行压强的检测，从而进行气密性检测。存在的不足是：1、需要先将压力传感器放入封闭容器内部，再冲入气体改变压强，不适于那些不能打开瓶盖的密封容器；2、检测精度主要依赖于压力传感器，精度不高。3、只能用于较大物体的测量，对于较小的容器，不适用。
中国专利公开号CN 103743527 A，公开了一种利用红外光谱检测键合晶圆之间气密性的方法。通过与气体填充腔体连接的第一泵将气体填充腔体抽真空，从而在相互键合的第一晶圆和第二晶圆之间存在供空气流通的缝隙的情况下抽出空间中的气体，然后在相互键合的第一晶圆和第二晶圆之间存在供空气流通的缝隙的情况下注入预定气体。开启红外光发射器使之向相互键合的第一晶圆和第二晶圆发射红外光，并利用红外接收分析设备对经过相互键合的第一晶圆和第二晶圆、以及相互键合的第一晶圆和第二晶圆之间的空间的光线进行接收和频谱分析。利用频谱分析的结果判断相互键合的第一晶圆和第二晶圆之间的气密性。其存在的不足是：由于光源的稳定性，检测器以及电路的噪声等因素，导致其灵敏度、稳定性不足。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于TDLAS的待测透明密闭容器气密性检测方法。
为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：
本发明所述基于TDLAS的待测透明密闭容器气密性检测方法，包括用于待测透明密闭容器气密性检测系统；其中，所述待测透明密闭容器气密性检测系统，包括
控制采集模块，用于分别向TEC控制器和电流控制器发出控制指令；
所述TEC控制器，用于接收所述控制采集模块发送的控制指令，控制激光器工作在设定温度；
所述电流控制器，用于接收控制采集模块发送的控制指令，产生设定波形的电流信号通入所述激光器；
激光器，用于通过所述设定温度和所述电流信号进行波长调节，并将调节后的光通过光纤传导到准直器；
所述准直器，用于将所述光纤传导的光转为平行光后发射到待测透明密闭容器；
光电探测器，用于接收穿过所述待测透明密闭容器的光信号，并将所述光信号转换为电信号传输到锁相放大器；
所述锁相放大器，用于接收控制采集模块发出的高频参考信号，并将接收的所述电信号进行一次谐波解调和二次谐波解调后发送给控制采集模块。
密闭箱体，用于放置待测透明密闭容器；
加热器，用于加热所述密闭箱体；
温度控制器，用于控制所述加热器温度；
待测透明密闭容器的气密性检测方法，包括下述步骤：
步骤1，将待测透明密闭容器放入密闭箱体中；
步骤2，打开密闭箱体的出气阀，将密闭箱体抽真空；
步骤3，关闭所述出气阀，打开密闭箱体的进气阀，向密闭箱体中充入设定压强的气体；
步骤4，控制所述温度控制器，使密闭箱体保持在设定温度；
步骤5，控制TEC控制器，使激光器工作在设定温度；
步骤6，控制电流控制器产生设定波形的电流信号，对激光器进行调谐，使激光器发出的激光波长在中心点附近波动，同时控制采集模块将所述高频参考信号发送给锁相放大器；
步骤7，控制采集模块采集锁相放大器输出的一次谐波、二次谐波解调信号，并记录为V1f和V2f；
步骤8，求出所述V2f信号峰值对应位置处的所述V1f信号值的比值H,即H=；
步骤9，按照设定时间间隔采集信号，并记录一组比值Hi；i为大于零的自然数；
步骤10，做出时间t与所述比值Hi的关系图，并依据设定的算法，评估待测透明密闭容器的气密性。
其中，设定的所述算法为差值法，通过比较不同时刻所述比值Hi值的总变化量，当变化量超过设定阈值时，判定待测透明密闭容器的气密性较差；
其中，设定的所述算法为趋势法或斜率法，通过不同时刻所述比值Hi的变化趋势，判断待测透明密闭容器的气密性。
其中，所述锁相放大器由第一锁相放大器和第二锁相放大器组成；所述第一、第二锁相放大器同步接收所述电信号。
其中，所述激光器为DFB激光器，（分布式反馈激光器）所述DFB激光器的中心波长与所述待测透明密闭容器中的气体相关，即，依据待测透明密闭容器中气体的吸收光谱进行选择，选择原则为：从HITRAN (HIgh-resolution TRANsmission)分子吸收数据库中获取待测气体吸收谱线强度分布，从中选取吸收谱线强度较高的波长。
其中，所述电流控制器产生设定波形的电流信号，是由数十Hz的线性扫描信号和数十kHz的正弦信号相叠加的电流信号。
其中，所述密闭箱体中充入的气体与待测透明密闭容器中的气体，在吸收光谱中不重合，以避免密闭箱体中的气体吸收所述准直器发射的平行光。
本发明考虑了温度的影响因素，对待测透明密闭容器气密性检测具有灵敏度、分辨率高以及稳定高的特点。基于TDLAS技术，具有两方面的优势：首先，得到一个直接与检测气体浓度成正比的信号；其次，可以通过选择调制频率来抑制1/f噪声，对目标信号进行高频调制，非目标信号，由于没有经过调制，在后续的信号处理过程中将被滤去，大大降低了测量系统中外部背景信号的干扰，提高探测灵敏度。同时，不仅用于大型待测透明密闭容器的测量，也可用于半导体等较小尺寸的测量，通用性较强。
附图说明
图1是本发明所述待测透明密闭容器气密性检测系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、 “固定”等应做广义理解，例如， “固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。另外，在本发明中如涉及“第一”、 “第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、 “第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B为例”，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
如图1所示，本发明所述基于TDLAS的待测透明密闭容器气密性检测方法，包括用于待测透明密闭容器气密性检测系统；其中，所述待测透明密闭容器气密性检测系统，包括
控制采集模块，用于分别向TEC控制器和电流控制器发出控制指令；
所述TEC控制器，用于接收所述控制采集模块发送的控制指令，控制激光器工作在设定温度；
所述电流控制器，用于接收控制采集模块发送的控制指令，产生设定波形的电流信号通入所述DFB激光器；
DFB激光器，用于通过所述设定温度和所述电流信号进行波长调节，并将调节后的光通过光纤1传导到准直器2；
所述准直器2，用于将所述光纤1传导的光转为平行光后发射到待测透明密闭容器3；
光电探测器4，用于接收穿过所述待测透明密闭容器3的光信号，并将所述光信号转换为电信号传输到锁相放大器；
所述锁相放大器，用于接收控制采集模块发出的高频参考信号，并将接收的所述电信号进行一次谐波解调和二次谐波解调后发送给控制采集模块；锁相放大器由第一锁相放大器和第二锁相放大器组成；所述第一、第二锁相放大器同步接收所述电信号；
密闭箱体5，用于放置待测透明密闭容器3；
加热器6，用于加热所述密闭箱体5；
温度控制器，用于控制所述加热器6温度；
待测透明密闭容器3的气密性检测方法，包括下述步骤：
步骤1，将待测透明密闭容器3放入密闭箱体5中；
步骤2，打开密闭箱体5的出气阀5.1，将密闭箱体5抽真空；
步骤3，关闭所述出气阀5.1，打开密闭箱体5的进气阀5.2，向密闭箱体5中充入设定压强的气体；密闭箱体5中充入的气体与待测透明密闭容器3中的气体，在吸收光谱中不重合，以避免密闭箱体5中的气体吸收所述准直器2发射的平行光；
步骤4，控制所述温度控制器，使密闭箱体5保持在设定温度；
步骤5，控制TEC控制器，使DFB激光器工作在设定温度；
步骤6，控制电流控制器产生设定波形的电流信号，对DFB激光器进行调谐，使DFB激光器发出的激光波长在中心点附近波动，同时控制采集模块将所述高频参考信号发送给第一、第二锁相放大器；第一、第二锁相放大器将接收的所述光电探测器4发送的电信号进行一次谐波解调和二次谐波解调后发送给控制采集模块；DFB激光器的中心波长与所述待测透明密闭容器3中的气体相关，即，依据待测透明密闭容器3中气体的吸收光谱进行选择，选择原则为：从HITRAN (HIgh-resolution TRANsmission)分子吸收数据库中获取待测气体吸收谱线强度分布，从中选取吸收谱线强度较高的波长。
电流控制器产生设定波形的电流信号，是由数十Hz的线性扫描信号和数十kHz的正弦信号相叠加的电流信号；
步骤7，控制采集模块采集第一、第二锁相放大器输出的一次谐波、二次谐波解调信号，并记录为V1f和V2f；
步骤8，求出所述V2f信号峰值对应位置处的所述V1f信号值的比值H,即H=；
步骤9，按照设定时间间隔采集信号，并记录一组比值Hi；i为大于零的自然数；
步骤10，做出时间t与所述比值Hi的关系图，并依据设定的算法，评估待测透明密闭容器3的气密性。
设定的所述算法为差值法，通过比较不同时刻所述比值Hi值的总变化量，当变化量超过设定阈值时，判定待测透明密闭容器3的气密性较差。
设定的所述算法还可为趋势法或斜率法，通过不同时刻所述比值Hi的变化趋势，判断待测透明密闭容器3的气密性。
在步骤8中，进行的处理目的是为了消除噪声。由理论可知，气体吸收谱线的透过率可以由各谐波分量来表征，其峰峰值可以反应测量气体的浓度，使用一次谐波信号对二次谐波信号进行归一化，可以有效消除来自DFB激光器、光电探测器4和非共振透射损耗的一般模式噪声，使得归一化信号只与DFB激光器参数和气体参数（P、T、X）有关。
Claims (7)
1.一种基于TDLAS的待测透明密闭容器气密性检测方法，其特征在于：包括用于待测透明密闭容器气密性检测系统；其中，所述待测透明密闭容器气密性检测系统，包括
控制采集模块，用于分别向TEC控制器和电流控制器发出控制指令；
所述TEC控制器，用于接收所述控制采集模块发送的控制指令，控制激光器工作在设定温度；
所述电流控制器，用于接收控制采集模块发送的控制指令，产生设定波形的电流信号通入所述激光器；
激光器，用于通过所述设定温度和所述电流信号进行波长调节，并将调节后的光通过光纤传导到准直器；
所述准直器，用于将所述光纤传导的光转为平行光后发射到待测透明密闭容器；
光电探测器，用于接收穿过所述待测透明密闭容器的光信号，并将所述光信号转换为电信号传输到锁相放大器；
所述锁相放大器，用于接收控制采集模块发出的高频参考信号，并将接收的所述电信号进行一次谐波解调和二次谐波解调后发送给控制采集模块；
密闭箱体，用于放置待测透明密闭容器；
加热器，用于加热所述密闭箱体；
温度控制器，用于控制所述加热器温度；
待测透明密闭容器的气密性检测方法，包括下述步骤：
步骤1，将待测透明密闭容器放入密闭箱体中；
步骤2，打开密闭箱体的出气阀，将密闭箱体抽真空；
步骤3，关闭所述出气阀，打开密闭箱体的进气阀，向密闭箱体中充入设定压强的气体；
步骤4，控制所述温度控制器，使密闭箱体保持在设定温度；
步骤5，控制TEC控制器，使激光器工作在设定温度；
步骤6，控制电流控制器产生设定波形的电流信号，对激光器进行调谐，使激光器发出的激光波长在中心点附近波动，同时控制采集模块将所述高频参考信号发送给锁相放大器；
步骤7，控制采集模块采集锁相放大器输出的一次谐波、二次谐波解调信号，并记录为V1f和V2f；
步骤8，求出所述V2f信号峰值对应位置处的所述V1f信号值的比值H,即H=；
步骤9，按照设定时间间隔采集信号，并记录一组比值Hi；i为大于零的自然数；
步骤10，做出时间t与所述比值Hi的关系图，并依据设定的算法，评估待测透明密闭容器的气密性。
2.根据权利要求1所述基于TDLAS的待测透明密闭容器气密性检测方法，其中，设定的所述算法为差值法，通过比较不同时刻所述比值Hi值的总变化量，当变化量超过设定阈值时，判定待测透明密闭容器的气密性较差。
3.根据权利要求1所述基于TDLAS的待测透明密闭容器气密性检测方法，其中，设定的所述算法为趋势法或斜率法，通过不同时刻所述比值Hi的变化趋势，判断待测透明密闭容器的气密性。
4.根据权利要求1所述基于TDLAS的待测透明密闭容器气密性检测方法，其中，所述锁相放大器由第一锁相放大器和第二锁相放大器组成；所述第一、第二锁相放大器同步接收所述电信号。
5.根据权利要求1所述基于TDLAS的待测透明密闭容器气密性检测方法，其中，所述激光器为DFB激光器，所述DFB激光器的中心波长与所述待测透明密闭容器中的气体相关，即，依据待测透明密闭容器中气体的吸收光谱进行选择，选择原则为：从HITRAN分子吸收数据库中获取待测气体吸收谱线强度分布，从中选取吸收谱线强度较高的波长。
6.根据权利要求1所述基于TDLAS的待测透明密闭容器气密性检测方法，其中，所述电流控制器产生设定波形的电流信号，是由数十Hz的线性扫描信号和数十kHz的正弦信号相叠加的电流信号。
7.一种权利要求1所述基于TDLAS的待测透明密闭容器气密性检测方法，其中，所述密闭箱体中充入的气体与待测透明密闭容器中的气体，在吸收光谱中不重合，以避免密闭箱体中的气体吸收所述准直器发射的平行光。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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