CN210128790U - 一种基于荧光法的热传导真空计 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于荧光法的热传导真空计，其用于测量真空腔室内的气压以及真空度，包括真空计外壳(1)、在真空计外壳内设置的荧光材料(2)、光学探头(3)，所述光学探头(3)间隔所述荧光材料(2)设置，其中，在工作状态下，所述荧光材料(2)被激发发出荧光，所述光学探头(3)接收所述荧光并通过光纤(4)传递至变送器(5)，所述变送器(5)计算出真空度。本实用新型所采用的光学探头和荧光材料的几何尺寸可以非常小，对应的热容也很小，测量响应度高，利于小型化和集成化。本实用新型结构简单、使用方便、测量准确，具有极高的商业价值。

Description

一种基于荧光法的热传导真空计

技术领域

本实用新型属于真空测量领域和光纤传感技术领域，涉及一种真空计，特别涉及一种基于荧光法的热传导真空计。

背景技术

现有技术中热传导真空计是根据在低气压下，气体分子热传导与气体压力成正比的原理制成的，代表性的热传导真空计包括电阻真空计(Pirani)和热电偶真空计。热传导真空计是在一玻璃管壳中由边杆支撑一根电热丝，热丝通以电流加热，使其温度高于周围气体和管壳的温度，发出的热量通过周围气体分子的热传导，或细线本身的固体热传导，或热辐射放出。当低温的气体分子碰撞到高温热丝时，会从热丝夺取热量，其大小正比于气体压力。热传导量Q与压力p的关系可写为Q＝K1+K2p，其中K1和K2为常数。当达到热平衡时，热丝的温度决定于气体热传导，因而也就决定于气体压力。如果预先进行了校准则可用热丝的温度或电阻值或其相关量来指示气体的压力或真空度。

热传导真空计的热丝既作为加热源又作为测温源，受到热丝本身的固体热传导和热辐射放热的影响较大，而且易受外界电磁干扰和温度的影响，因此精度不高。热丝的老化现象比较严重，必须定期校准。对于在恶劣的狭小空间(如有毒、易燃、易爆、高温高压、强电磁干扰等场合)无法适用。

而目前现有技术中，并没有一种能够有效的解决真空计中热丝老化问题，即通过其他的方式替代其热丝，从而解决上述问题的技术方案，没有一种基于荧光法的热传导真空计。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种基于荧光法的热传导真空计，其用于测量真空腔室内的气压以及真空度，包括真空计外壳、在真空计外壳内设置的荧光材料、光学探头，所述光学探头间隔所述荧光材料设置，

在工作状态下，所述荧光材料被激发发出荧光，所述光学探头接收所述荧光并通过光纤传递至变送器，所述变送器计算出真空度。

优选地，所述变送器包括光电模块以及数据处理模块，所述光电模块用于将接收的荧光转换为电信号，并将其传输给所述数据处理模块，所述数据处理模块用于将接收的电信号转换为温度信号，并基于温度信号计算出真空度。

优选地，所述光电模块发出光束经过光纤照射在荧光材料上，对所述荧光材料进行加热和激发。

优选地，所述荧光材料被设置在一基板上，所述基板所在平面与所述光学探头呈垂直设置。

优选地，所述基板内置有一加热装置，所述加热装置用于给所述荧光材料加热。

优选地，所述基板为气凝胶或多孔陶瓷。

优选地，所述光学探头包括一光学透镜，其用于加快加热过程。

优选地，还包括一上位机，所述上位机用于接收来自变送器的真空度信息。

本实用新型为了测量真空腔室内的气压或真空度，通过设置在真空计外壳内设置的荧光材料、光学探头，所述光学探头间隔所述荧光材料设置，在工作状态下，所述荧光材料被激发发出荧光，所述光学探头接收所述荧光并通过光纤传递至变送器，从而测量真空腔室内的气压或真空度，本实用新型装置的工作原理是利用了荧光的余辉寿命仅与温度单调相关，通过检测荧光的余辉寿命就可以得到荧光材料所在位置的温度，然后通过温度的变化曲线求得荧光材料所在环境的气体热传导率，利用热传导量和气压成正比的关系求得真空度，与现有的热传导真空计相比，本实用新型将加热元件和测温元件分离，相互之间没有热传导，可以更精确地测量气体热传导对应的真空度。探头部分是全光学系统，无电流，无电磁噪声，热稳定性高，不会有热丝的老化现象，也不会受到外界电磁噪声的干扰，耐高压、抗腐蚀，能在强电磁干扰和恶劣的化学环境下工作。所采用的光学探头和荧光材料的几何尺寸可以非常小，对应的热容也很小，测量响应度高，利于小型化和集成化。本实用新型结构简单、使用方便、测量准确，具有极高的商业价值。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出根据本实用新型的具体实施方式的，一种基于荧光法的热传导真空计的结构示意图；以及

图2示出根据本实用新型的第一实施例的，另一种基于荧光法的热传导真空计的结构示意图。

具体实施方式

为了更好的使本实用新型的技术方案清晰的表示出来，下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1示出根据本实用新型的具体实施方式的，一种基于荧光法的热传导真空计的结构示意图，而作为本实用新型的一个优选地实施例，图2示出了另一种基于荧光法的热传导真空计的结构示意图，本实用新型将结合图1以及图2来对本实用新型的具体实施方案做进一步地描述。

本实用新型的目的是提供一种基于荧光法的热传导真空计，其用于测量真空腔室内的气压以及真空度，其主要原理是利用了荧光的余辉寿命与温度单调相关，通过检测荧光的余辉寿命就可以得到荧光材料所在位置的温度，然后通过温度的变化曲线求得荧光材料所在环境的气体热传导率，利用热传导量和气压成正比的关系求得真空度，而在本实用新型中，只需要对荧光的余辉寿命进行检测即可，进一步地，所述基于荧光法的热传导真空计包括真空计外壳、在真空计外壳内设置的荧光材料、光学探头，本领域技术人员理解，所述真空计外壳用于保护所述荧光材料以及所述光学探头，同时所述真空计外壳提供一种实现真空的环境，所述真空计外壳可以为玻璃、耐高温PVC、陶瓷等材质，所述荧光材料优选地被设置在所述真空计外壳内，所述荧光材料用于发出荧光，所述光学探头用于激发所述荧光材料以及接收所述来自所述荧光材料的荧光。

进一步地，所述光学探头间隔所述荧光材料设置，所述光学探头可以与所述荧光材料呈垂直设置，也可以呈一定角度设置，所述光学探头主要用于接收来自荧光材料发出的荧光光波的波长，并基于一定介质将所述荧光光波进行计算。

本领域技术人员理解，在工作状态下，所述荧光材料被激发发出荧光，所述光学探头接收所述荧光并通过光纤传递至变送器，所述变送器计算出真空度，在这样的实施例中，本实用新型通过一定方式使所述荧光材料发出荧光，并基于与所述荧光材料间隔设置的光学探头接收所述荧光，所述光学探头连接至少一根光纤，所述光纤连接一变送器，所述荧光被传输至所述变送器中。

进一步地，所述变送器包括光电模块以及数据处理模块，所述光电模块用于将接收的荧光转换为电信号，并将其传输给所述数据处理模块，所述数据处理模块用于将接收的电信号转换为温度信号，并基于温度信号计算出真空度，在这样的实施例中，通过检测荧光的余辉寿命就可以得到荧光材料所在位置的温度，然后通过温度的变化曲线求得荧光材料所在环境的气体热传导率，利用热传导量和气压成正比的关系求得真空度。

进一步地，所述光电模块发出光束经过光纤照射在荧光材料上，对所述荧光材料进行加热和激发，作为本实用新型的一个优选地实施例，所述光电模块可以发出光束，而所述荧光材料被所述光束照射后，被加热和激发，从而发出荧光。

进一步地，所述荧光材料被设置在一基板上，所述基板所在平面与所述光学探头呈垂直设置，作为本实用新型的另一个优选地实施例，所述光电模块并不用于发出加热光束，而在所述荧光材料的两端设置有一基板，所述基板通电，并作为一种加热介质对荧光材料进行加热，具体地，所述基板内置有一加热装置，所述加热装置用于给所述荧光材料加热，所述基板为气凝胶，而在其他的实施例中，所述基板还可以为多孔陶瓷或是其他网格状结构基板，所述荧光材料摆放在一低热导率、多孔基板上，所述基板将有利于降低荧光材料和基板间的固体热传导，增大与气体分子的接触面积。

进一步地，所述光学探头包括一光学透镜，其用于加快加热过程，本领域技术人员理解，所述光学探头内含一光学透镜用以将加热荧光材料的光能量更好地汇聚在荧光材料上，可更快速地完成加热过程，也可以提高荧光材料发射出的荧光耦合入光纤的效率，提高光电模块检测信号的信噪比。

进一步地，还包括一上位机，所述上位机用于接收来自变送器的真空度信息。本领域技术人员理解，所述上位机用于根据接收到的光波信息对所述真空度进行计算，与上位机的连接可使用有线电缆的方式或无线通信的方式，其中，有线电缆的通信方式可选用RS232、RS485、USB等，无线通信的方式可选用蓝牙、WiFi等。

进一步地，与现有的热传导真空计相比，本实用新型将加热元件和测温元件分离，相互之间没有热传导，可以更精确地测量气体热传导对应的真空度。探头部分是全光学系统，无电流，无电磁噪声，热稳定性高，不会有热丝的老化现象，也不会受到外界电磁噪声的干扰，耐高压、抗腐蚀，能在强电磁干扰和恶劣的化学环境下工作。所采用的光学探头和荧光材料的几何尺寸可以非常小，对应的热容也很小，测量响应度高，利于小型化和集成化，测量真空度首先对荧光材料进行加热，一种方式是光电模块内置的光源发出高能量的光束通过光纤和光学探头照射到荧光材料上，对其进行加热。光源可选用激光或红外光。另一种加热方法是基板内置有加热器，通过它对荧光材料加热，然后光电模块发出脉冲式短波长紫光，激发荧光材料发出长波长红色荧光，荧光通过光学探头，光纤被光电模块接收并转化为电信号传输给数据处理模块，数据处理模块将接收的电信号转换为温度信号，并得到温度随时间变化曲线，计算得到气体热传导速率，进而推算出所处环境的真空度，并将真空度信息传输给上位机。

本领域技术人员理解，图1以及图2分别示出了两种荧光材料与光学探头在真空计外壳中不同位置的结构示意图，进一步地，所述荧光材料与所述光学探头的位置并不仅仅局限于上述两种实现方式，还可以有其他设置方式，例如，所述基板与所述光学探头呈一定角度的倾斜设置，此时，所述基板上的荧光材料与所述光学探头也会发生变化，但这并不影响本实用新型的具体实施方式，在此不予赘述。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。

Claims (8)

1.一种基于荧光法的热传导真空计，其用于测量真空腔室内的气压以及真空度，其特征在于，包括真空计外壳(1)、在真空计外壳内设置的荧光材料(2)、光学探头(3)，所述光学探头(3)间隔所述荧光材料(2)设置，其中，

在工作状态下，所述荧光材料(2)被激发发出荧光，所述光学探头(3)接收所述荧光并通过光纤(4)传递至变送器(5)，所述变送器(5)计算出真空度。

2.根据权利要求1所述的热传导真空计，其特征在于，所述变送器(5)包括光电模块(51)以及数据处理模块(52)，所述光电模块(51)用于将接收的荧光转换为电信号，并将其传输给所述数据处理模块(52)，所述数据处理模块(52)用于将接收的电信号转换为温度信号，并基于温度信号计算出真空度。

3.根据权利要求2所述的热传导真空计，其特征在于，所述光电模块(51)发出光束经过光纤照射在荧光材料(2)上，对所述荧光材料(2)进行加热和激发。

4.根据权利要求1所述的热传导真空计，其特征在于，所述荧光材料(2)被设置在一基板(6)上，所述基板(6)所在平面与所述光学探头(3)呈垂直设置。

5.根据权利要求4所述的热传导真空计，其特征在于，所述基板(6) 内置有一加热装置，所述加热装置用于给所述荧光材料(2)加热。

6.根据权利要求4所述的热传导真空计，其特征在于，所述基板(6)为气凝胶或多孔陶瓷。

7.根据权利要求1所述的热传导真空计，其特征在于，所述光学探头(3)包括一光学透镜，其用于加快加热过程。

8.根据权利要求1所述的热传导真空计，还包括一上位机(7)，所述上位机(7)用于接收来自变送器(5)的真空度信息。

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