CN115342988A - 一种准分子激光器气体泄漏实时在线检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种准分子激光器气体泄漏实时在线检测系统及方法，其中，该准分子激光器气体泄漏实时在线检测系统包括激光器工作单元、声学成像单元以及与声学成像单元通信连接的信息处理单元，通过所述声学成像单元即时采集所述激光器工作单元的气体泄漏点的声学信号并将所述声学信号处理为位置坐标信息，信息处理单元用于接收所述位置坐标信息进而确定所述激光器工作单元的漏气位置，实现了对激光器工作单元发生工作气体泄漏的实时在线检测。
Description
技术领域
本发明涉及激光技术领域，特别涉及一种准分子激光器气体泄漏实时在线检测系统及方法。
背景技术
准分子激光器的工作气体中包含F2、Cl2卤素气体，F2、Cl2卤素气体都含有剧毒，工作中人体接触以上两种剧毒气体都会产生中毒，危害人体健康和生命，因此，作业人员严禁与F2等卤素气体接触。商用准分子激光器使用的工作气体中含氟预混气的F2浓度为0.9-1.0％(9000-10000ppm)，充进腔体后，被稀释成约1000ppm，腔内F2气浓度为4000-5000mg/m3。所以，发生泄漏时，漏源处的F2气浓度不满足排放标准，操作人员不应靠近泄漏源；且一旦发生泄漏，无论是重大泄漏还是普通泄漏，工作人员都不能出现在激光器周围1m的范围内。
准分子激光器的工作气体是密封在放电腔及气体管路中的，正常情况下不会发生气体泄漏，然而用于对激光器放电腔进行密封的布儒斯特窗片，即使采用最高等级的CaF2材料，由于一直会承受高能量密度的紫外波段的激光轰击，布儒斯特窗片可能存在热应力无法有效释放而导致炸裂的情况，从而导致含F2工作气体泄漏。另外，如图1所示，准分子激光器的放电腔由上腔体101与下腔体102组成，准分子激光器放电腔的两端通过两个布儒斯特窗片103密封；上腔体101与下腔体102在二者拼接的接缝111处、布儒斯特窗片103与其夹持结构104之间、布儒斯特窗片加持结构104与激光器放电腔的上腔体101及下腔体102之间、气体管路110与激光器放电腔的下腔体102在连接部105处均采用耐氟橡胶密封圈或者铜材质密封圈进行密封，经过上述多位置处的良好密封，才能够保证放电腔内总气压高达3Bar到7Bar的含F2工作气体不会发生泄漏。然而随着使用时间的增加，无论是耐氟橡胶密封圈、聚四氟密封圈或者铜材质的密封圈，都会出现老化失去弹性的现象，无法满足高气压的密封要求，从而发生含F2工作气体泄漏。此外，准分子激光器的含F2工作气体109经过不锈钢材质的气体管路110进入准分子激光器的配气模块108，然后再经过不锈钢材质的气体管路110进入准分子激光器的放电腔内，在激光器的管路布置过程中，不可避免的会用到各种双通、三通等接头107和各种电磁阀、手动阀等阀门106，同时配气模块108内部也存在大量的接头及阀门，随着使用时间的增加，这些大量存在的接头和阀门，也会出现老化失效，无法满足高气压的密封要求，从而发生含F2工作气体泄漏。
目前，准分子激光器在遇到含F2工作气体泄漏时一般是采用F2气探测器监测及氦质谱检漏仪确定漏点的方式，进行含F2工作气体泄漏预警及泄漏位置排查。如图2所示，准分子激光器周围需要安装一个高灵敏度的F2气探测器208，当F2气的浓度达到或者超过F2气探测器的灵敏度时，F2气探测器会发出报警，提醒F2工作气体泄漏，而F2气探测器的灵敏度不足，即使采用最尖端的F2气探测器，其灵敏度也无法探测普通的含F2工作气体泄漏。此外，当发生含F2工作气体泄漏时，泄漏的气体会向四面八方扩散，环境中的F2气浓度随着扩散距离快速降低，更增加了F2气探测器的探测难度，所以需要将F2气探测器尽可能的安装的离漏点越近越好，然而准分子激光器的潜在的含F2工作气体泄漏点很多，一个F2气探测器根本不可能兼顾所有漏点，且高灵敏度的F2气探测器价格昂贵，价格区间在几万到几十万不等，不可能在激光器周围布置多个F2气探测器，这样会大大增加激光器的成本。此外，当发现气体泄漏后，就需要及时对泄漏位置进行检测，解决泄漏问题，使激光器尽快恢复工作。传统的漏点检测方案是采用氦质谱检漏仪209，氦质谱检漏仪需要将被测物体中充入高压He气，一般需要4Bar左右，而在充入高压He气需要将含F2工作气体清洗干净，大量消耗作业时间；当发生泄漏时，高压He气会从漏点处泄漏，那么漏点周围环境中会存在He气，工作人员手持氦质谱检漏仪的He气探测探头210，正好将探头210伸到漏点附近时，探头才会探测到He气存在，而准分子激光器的潜在气体泄漏点很多，工作人员需要对每一个泄漏点逐一排查，大大增加了操作人员的工作时间，并且还存在排查不彻底，漏掉气体泄漏点的风险。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中准分子激光器发生工作气体泄漏时采用的检测系统的灵敏度不足、不能实时监测泄漏以及及时查找泄漏位置的技术问题。
为解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种准分子激光器气体泄漏实时在线检测系统，其包括：激光器工作单元，其包括放电腔、提供工作气体的阀门管路以及分别连接所述放电腔和所述阀门管路的气体模块；声学成像单元，其用于采集所述激光器工作单元的气体泄漏点的声学信号并将所述声学信号处理为位置坐标信息；信息处理单元，其通信连接所述声学成像单元，以用于接收所述位置坐标信息进而确定所述激光器工作单元的漏气位置。
可选地，所述声学成像单元包括头光学摄像头和麦克风阵列，所述光学摄像头的视场以及所述麦克风阵列均覆盖所述激光器工作单元。
可选地，所述信息处理单元包括信息存储模块、信息对比模块和信息输出模块，所述信息存储模块用于储存准分子激光器的各个部件内部的气体成分信息，所述信息对比模块用于接收所述声学成像单元的坐标信号并与所述信息存储模块内的信息进行比较，进而确定准分子激光器的漏气位置以及泄漏的气体成分；所述信息输出模块接收并输出所述漏气位置以及泄漏的气体成分信息。
可选地，所述信息处理单元包括还包括信息判断模块，所述信息判断模块根据所述信息输出模块提供准分子激光器的漏气位置和泄漏的气体成分的信息，判断漏气的危险等级并生成相应的控制信号。
可选地，该准分子激光器气体泄漏实时在线检测系统还包括分别与所述激光器工作单元以及所述信息处理单元连接的控制单元，所述控制单元用于接收所述信息处理单元发出的所述控制信号并对所述激光器工作单元的相应部分进行控制。
可选地，该准分子激光器气体泄漏实时在线检测系统还包括与所述信息处理单元连接的显示单元，所述显示单元用于显示所述激光器工作单元的气体泄漏点和成分信息。
另一方面，本申请还提供了一种准分子激光器气体泄漏实时在线检测方法，其包括以下步骤：
S10、提供准分子激光器气体泄漏实时在线检测系统，其包括激光器工作单元、声学成像单元以及与声学成像单元通信连接的信息处理单元；
S20、声学成像单元采集激光器工作单元的气体泄漏点的声学信号并将所述声学信号处理为位置坐标信息；
S30、信息处理单元接收所述位置坐标信息进而确定准分子激光器的漏气位置。
可选地，所述声学成像单元包括头光学摄像头和麦克风阵列，所述光学摄像头的视场以及所述麦克风阵列均覆盖所述激光器工作单元；所述步骤S20包括：
S21、所述麦克风阵列采集所述激光器工作单元的气体泄漏点的声学信号，同时，所述光学摄像头拍摄其所覆盖的激光器工作单元；
S22、所述声学成像单元将所述麦克风阵列采集的声学信号处理为坐标信号，并对应标记于所述光学摄像头记录的图像中以形成所述位置坐标信息。
可选地，所述信息处理单元包括信息存储模块、信息对比模块和信息输出模块，所述步骤S30包括：
S31、所述信息对比模块接收所述位置坐标信息并与所述信息存储模块进行信息对比；
S32、所述信息对比模块通过分析对比信息确定所述激光器工作单元的漏气位置和泄漏的气体成分；
S33、所述信息对比模块将所述激光器工作单元的漏气位置和泄漏的气体成分的信息传送至所述信息输出模块，通过所述信息输出模块可获取所述激光器工作单元的漏气位置和泄漏的气体成分的信息。
可选地，所述准分子激光器气体泄漏实时在线检测系统还包括控制单元，所述信息处理单元还包括信息判断模块，所述步骤S30后还包括以下步骤：
S40、所述信息判断模块根据所述信息输出模块提供的所述准分子激光器的漏气位置和泄漏的气体成分的信息，判断漏气的危险等级并生成相应的控制信号；
S50、所述控制单元接收所述控制信号，对所述激光器工作单元的相应部分进行控制。
由上述技术方案可知，本发明的有益效果为：
本发明提供一种准分子激光器气体泄漏实时在线检测系统及方法，其中，该准分子激光器气体泄漏实时在线检测系统包括激光器工作单元、声学成像单元以及与声学成像单元通信连接的信息处理单元，通过声学成像单元即时采集所述激光器工作单元的气体泄漏点的声学信号并将所述声学信号处理为位置坐标信息，信息处理单元用于接收所述位置坐标信息进而确定所述激光器工作单元的漏气位置，实现了对激光器工作单元发生工作气体泄漏的实时在线检测。
附图说明
图1是准分子激光器常见气体泄漏位置示意图。
图2是现有的准分子激光器气体泄漏检测设备的结构示意图。
图3是本申请提供的一种准分子激光器气体泄漏实时在线检测系统的结构示意图。
图4是本申请提供的一种准分子激光器气体泄漏实时在线检测系统的原理示意图。
附图标记说明如下：
101、上腔体；102、下腔体；111、接缝；103、布儒斯特窗片；104、夹持结构；105、连接部；106、阀门；107、接头；108、配气模块；109、气体模块；110、气体管路；208、F2气探测器；209、氦质谱检漏仪；210、He气探测探头；301、声学成像单元；302、控制单元；303、激光器工作单元；304、信息存储模块；305、信息对比模块；306、信息输出模块；307、信息判断模块；308、显示单元。
具体实施方式
体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。
本申请提供了一种准分子激光器气体泄漏实时在线检测系统，其应用于对准分子激光器工作时发生工作气体泄漏的检测。
该准分子激光器气体泄漏实时在线检测系统包括激光器工作单元303、声学成像单元301以及信息处理单元。
请参阅图3，激光器工作单元303包括准分子激光器工作的放电腔以及与放电腔连接的气体管路110。放电腔由上腔体101和下腔体102组成，上腔体101和下腔体102拼接处采用耐氟橡胶密封圈或者铜材质密封圈进行密封；放电腔的两端通过两个布儒斯特窗片103密封，布儒斯特窗片103与其夹持结构104之间通过耐氟橡胶密封圈或者聚四氟密封圈密封；布儒斯特窗片103加持结构与激光器放电腔之间采用耐氟橡胶密封圈或者聚四氟密封圈密封；气体管路110与下腔体102连接，其连接部105采用耐氟橡胶密封圈或者聚四氟密封圈密封。由于耐氟橡胶密封圈、聚四氟密封圈或者铜材质的密封圈随着使用时间的增加，都会出现老化失去弹性的现象，无法满足高气压的密封要求，从而发生工作气体泄漏。
气体管路110为不锈钢材质，提供工作气体的气体模块109与气体管路110连接，工作气体经气体管路110进入配气模块108再进入放电腔。气体管路110上设置有双通、三通等接头107和电磁阀、手动阀等阀门106，配气模块108内部也存在大量的接头107及阀门106，上述接头107和阀门106会随着使用时间的增加出现老化失效，无法满足高气压的密封要求，从而发生工作气体泄漏。
因此，上述各密封连接处、接头107以及阀门106均为激光器工作单元303潜在的气体泄漏点。
声学成像单元301包括头光学摄像头和麦克风阵列，光学摄像头的视场以及麦克风阵列均覆盖所述激光器工作单元303。
具体地，麦克风阵列可覆盖激光器工作单元303各潜在的气体泄漏点，由气体泄漏点逸出的气体分子将导致紊流，从而导致压力和流速快速变化，这些变化会以声波形式传输，由于麦克风阵列能接收不同频率的响应，因此通过麦克风阵列可以采集到漏点的声频，使得在漏气刚发生就能即时被麦克风阵列探测到并发出报警，无需停机检测，实现了在线实时监测漏气的发生；且由于麦克风阵列响应声学信号灵敏，与激光器工作单元303之间的布置距离更灵活，即使远离气体泄漏点几米甚至几十米都可以，只要其能够覆盖激光器工作单元303即可，因此工作人员无需近距离接触气体泄漏点，有效保证了工作人员的人身安全。
光学摄像头的视场可涵盖整个激光器工作单元303的潜在气体泄漏点，声学成像单元301将其麦克风阵列采集的声学信号处理为坐标信号，对应标记于光学摄像头记录的图像中。
信息处理单元通信连接于声学成像单元301，包括信息存储模块304、信息对比模块305和信息输出模块306。具体地，信息存储模块304用于储存准分子激光器的各个部件内部的气体成分信息；信息对比模块305接收声学成像单元301的坐标信号并与信息存储模块304内的信息进行比较，进而确定准分子激光器的漏气位置以及泄漏的气体成分，然后将准分子激光器的漏气位置和泄漏的气体成分的信息传输至信息输出模块306，工作人员通过信息输出模块306的输出信息获取漏气位置和泄漏的气体成分的信息。
进一步地，信息处理单元还包括信息判断模块307，信息判断模块307根据信息输出模块306提供的准分子激光器的漏气位置和泄漏的气体成分的信息，判断漏气的危险等级并生成相应的控制信号。
该准分子激光器气体泄漏实时在线检测系统还包括控制单元302，控制单元302分别连接信息处理单元和激光器工作单元303。具体地，控制单元302接收信息判断模块307的控制信号，根据控制信号对应的漏气的危险等级对述激光器工作单元303的相应部分进行控制，包括关闭阀门106、打开排风设备、声光报警、关闭激光器等操作。在等级风险比较低的时候，由于漏气的位置不影响激光器的正常工作，可以只采取对阀门106进行关闭，将激光器排风加大运行，进行声光报警，将漏气位置信息提供给操作人员，而准分子激光器本身不会停机，此时维修人员可以在做好防护的前提下对准分子激光器的漏气故障进行维修排除，如此可以避免在出行工作气体泄漏时整个产线停机造成的经济损失。
该准分子激光器气体泄漏实时在线检测系统还包括显示单元308，显示单元308与信息输出模块306连接，以用于使准分子激光器的漏气位置可视化，并将泄漏的气体成分信息展示给工作人员。发生气体泄漏时，漏气位置通过闪动的红色标识在显示单元308上显示，以使得工作人员可以快速准确定位发生了几处泄漏以及泄漏的位置。
请参阅图3和图4，本申请还提供了一种准分子激光器气体泄漏实时在线检测方法，该方法包括以下步骤：
S10、提供准分子激光器气体泄漏实时在线检测系统；其包括激光器工作单元303、声学成像单元301以及与声学成像单元301通信连接的信息处理单元；
S20、声学成像单元301采集激光器工作单元303的气体泄漏点的声学信号并将声学信号处理为位置坐标信息；
进一步地，声学成像单元301包括头光学摄像头和麦克风阵列，光学摄像头的视场以及麦克风阵列均覆盖激光器工作单元303。麦克风阵列采集所述激光器工作单元303的气体泄漏点的声学信号，同时，光学摄像头拍摄其所覆盖的激光器工作单元303；由于每个麦克风接收声音的时间略有不同，麦克风之间的时间差异可以计算出声源的位置坐标，声学成像单元301通过将麦克风阵列采集的声学信号处理为坐标信号，并对应标记于光学摄像头记录的图像中以形成所述位置坐标信息。
S30、信息处理单元接收位置坐标信息进而确定准分子激光器的漏气位置；
进一步地，信息处理单元包括信息存储模块304、信息对比模块305和信息输出模块306；信息对比模块305接收声学成像单元301输出的位置坐标信息并与信息存储模块304进行信息对比，信息存储模块304内储存有准分子激光器的各个部件内部的气体成分信息，信息对比模块305通过分析对比信息确定激光器工作单元303的漏气位置和泄漏的气体成分，并将所述激光器工作单元303的漏气位置和泄漏的气体成分的信息传送至信息输出模块306，通过信息输出模块306可获取激光器工作单元303的漏气位置和泄漏的气体成分的信息。
进一步地，准分子激光器气体泄漏实时在线检测系统还包括控制单元302，信息处理单元还包括信息判断模块307。信息判断模块307根据信息输出模块306提供的准分子激光器的漏气位置和泄漏的气体成分的信息，判断漏气的危险等级并生成相应的控制信号；控制单元302分别连接信息处理单元和激光器工作单元303，控制单元302接收控制信号后对激光器工作单元303的相应部分进行控制。
本申请提供了一种准分子激光器气体泄漏实时在线检测系统及方法，其中，该准分子激光器气体泄漏实时在线检测系统包括激光器工作单元303、声学成像单元301以及与声学成像单元301通信连接的信息处理单元，通过声学成像单元301即时采集激光器工作单元303的气体泄漏点的声学信号并将声学信号处理为位置坐标信息，信息处理单元用于接收位置坐标信息进而确定激光器工作单元303的漏气位置，实现了对激光器工作单元303发生工作气体泄漏的实时在线检测，同时具备成本低、操作简单、远程漏点位置查找、人员安全性高的特点。
虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种准分子激光器气体泄漏实时在线检测系统，其特征在于，包括：
激光器工作单元，其包括放电腔、提供工作气体的阀门管路以及分别连接所述放电腔和所述阀门管路的气体模块；
声学成像单元，其用于即时采集所述激光器工作单元的气体泄漏点的声学信号并将所述声学信号处理为位置坐标信息；
信息处理单元，其通信连接所述声学成像单元，以用于接收所述位置坐标信息进而确定所述激光器工作单元的漏气位置。
2.根据权利要求1所述的准分子激光器气体泄漏实时在线检测系统，其特征在于，所述声学成像单元包括头光学摄像头和麦克风阵列，所述光学摄像头的视场以及所述麦克风阵列均覆盖所述激光器工作单元。
3.根据权利要求1所述的准分子激光器气体泄漏实时在线检测系统，其特征在于，所述信息处理单元包括信息存储模块、信息对比模块和信息输出模块，所述信息存储模块用于储存准分子激光器的各个部件内部的气体成分信息，所述信息对比模块用于接收所述声学成像单元的坐标信号并与所述信息存储模块内的信息进行比较，进而确定准分子激光器的漏气位置以及泄漏的气体成分；所述信息输出模块接收并输出所述漏气位置以及泄漏的气体成分信息。
4.根据权利要求3所述的准分子激光器气体泄漏实时在线检测系统，其特征在于，所述信息处理单元包括还包括信息判断模块，所述信息判断模块根据所述信息输出模块提供准分子激光器的漏气位置和泄漏的气体成分的信息，判断漏气的危险等级并生成相应的控制信号。
5.根据权利要求4所述的准分子激光器气体泄漏实时在线检测系统，其特征在于，还包括分别与所述激光器工作单元以及所述信息处理单元连接的控制单元，所述控制单元用于接收所述信息处理单元发出的所述控制信号并对所述激光器工作单元的相应部分进行控制。
6.根据权利要求1所述的准分子激光器气体泄漏实时在线检测系统，其特征在于，还包括与所述信息处理单元连接的显示单元，所述显示单元用于显示所述激光器工作单元的气体泄漏点和成分信息。
7.一种准分子激光器气体泄漏实时在线检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10、提供准分子激光器气体泄漏实时在线检测系统，其包括激光器工作单元、声学成像单元以及与声学成像单元通信连接的信息处理单元；
S20、声学成像单元采集激光器工作单元的气体泄漏点的声学信号并将所述声学信号处理为位置坐标信息；
S30、信息处理单元接收所述位置坐标信息进而确定准分子激光器的漏气位置。
8.根据权利要求7所述的准分子激光器气体泄漏实时在线检测方法，其特征在于，所述声学成像单元包括头光学摄像头和麦克风阵列，所述光学摄像头的视场以及所述麦克风阵列均覆盖所述激光器工作单元；所述步骤S20包括：
S21、所述麦克风阵列采集所述激光器工作单元的气体泄漏点的声学信号，同时，所述光学摄像头拍摄其所覆盖的激光器工作单元；
S22、所述声学成像单元将所述麦克风阵列采集的声学信号处理为坐标信号，并对应标记于所述光学摄像头记录的图像中以形成所述位置坐标信息。
9.根据权利要求7所述的准分子激光器气体泄漏实时在线检测方法，其特征在于，所述信息处理单元包括信息存储模块、信息对比模块和信息输出模块，所述步骤S30包括：
S31、所述信息对比模块接收所述位置坐标信息并与所述信息存储模块进行信息对比；
S32、所述信息对比模块通过分析对比信息确定所述激光器工作单元的漏气位置和泄漏的气体成分；
S33、所述信息对比模块将所述激光器工作单元的漏气位置和泄漏的气体成分的信息传送至所述信息输出模块，通过所述信息输出模块可获取所述激光器工作单元的漏气位置和泄漏的气体成分的信息。
10.根据权利要求9所述的准分子激光器气体泄漏实时在线检测方法，其特征在于，所述准分子激光器气体泄漏实时在线检测系统还包括控制单元，所述信息处理单元还包括信息判断模块，所述步骤S30后还包括以下步骤：
S40、所述信息判断模块根据所述信息输出模块提供的所述准分子激光器的漏气位置和泄漏的气体成分的信息，判断漏气的危险等级并生成相应的控制信号；
S50、所述控制单元接收所述控制信号，对所述激光器工作单元的相应部分进行控制。
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