DE4306232A1 - Phase-coupled coherent electromagnetic field leakage detector - using test fluid having dielectric susceptibility which exhibits nonlinear dependence on applied coherent EM field which produces spatially varying optical density in gas - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anord­ nung zur Dichtheitsprüfung von Behältern und/oder Ge­ häusen, wonach ein derartiges Prüfobjekt mit einem Test­ fluid beaufschlagt wird, das gegenüber der Umgebung un­ ter erhöhtem Druck steht, sodaß bei Vorhandensein ei­ nes Lecks Fluid aus dem Prüfobjekt austritt und hieraus das Leck erkannt wird.

Zur Dichtheitsprüfung von Behältern, die bei bestim­ mungsgemäßem Gebrauch mit einer Flüssigkeit verfüllt sind, z. B. von Wasser- und Ölkühlern für Kraftfahrzeu­ ge, ist es bekannt, die Kühler an den Ein- und Auslauf­ stutzen mittels Gummistopfen abzudichten und an den Entlüftungsnippel eine Druckluftleitung anzuschließen, wonach der Kühler mittels einer Hubvorrichtung in das Wasser eines Prüfbeckens eingetaucht und mit Druckluft beaufschlagt wird. Etwaige Lecks werden von einem mit der Prüfung betrauten Beobachter anhand aufsteigender Blasen festgestellt, die durch das Austreten von Druck­ luft an dem jeweiligen Leck entstehen. Die Markierung der Leckstellen, deren Abdichtung durch späteres Verlö­ ten erfolgt, kann erst nach dem Herausnehmen der Kühler aus dem Prüfbecken erfolgen, wobei es unvermeidlich ist, daß Fehlmarkierungen vorgenommen werden, oder, um solche zu vermeiden, relativ große Flächenbereiche mar­ kiert - z. B. mittels eines Kreidestiftes eingekreist - werden müssen. Eine Nachbearbeitung durch Verlöten der Leckstellen kann erst erfolgen, nachdem die Kühler ge­ trocknet sind, was in der Regel durch Ausblasen mit Druckluft und Trocknung in einer Heißluft-Trockenstrec­ ke vorgenommen wird. Der durch Nachlöten oder mit Hilfe eines Dichtungsmittels reparierte Kühler muß dann er­ neut zu der Prüfstation gebracht und einem weiteren Lecktest unterworfen werden. In Anbetracht der erwähn­ ten Fehlermöglichkeiten sind oftmals mehrere Wiederho­ lungen solcher Lecktests erforderlich. Die hierbei durchzuführenden Handhabungen sind nicht nur umständ­ lich und zeitaufwendig sondern auch körperlich sehr schwer. Auch die im Anschluß an den Lecktest durchzu­ führenden Trocknungsvorgänge sind arbeits- und platz­ aufwendig und mit einem erheblichen Energieeinsatz ver­ knüpft.

Ähnlich liegen die Probleme bei der Dichtheitsprüfung von Ventil- oder Pumpen-Gehäusen, die für pneumatische oder hydraulische Aggregate und Anlagen bestimmt sind, bei denen die Gehäuse unter hohen, statischen Fluid- Druck gesetzt werden und aus einem über längere Zeit zu beobachtenden Druckabfall auf das Vorhandensein etwai­ ger Lecks geschlossen wird.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, ein Verfahren und eine Anordnung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die Dicht­ heitsprüfung mit wesentlich geringerem Zeitaufwand und hinsichtlich der Lokalisierung eines Lecks präziser durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1, dem Grundgedanken nach, sowie in Ausführungsvarianten und Ausgestaltungen desselben durch die Merkmale der Unter­ ansprüche 2 bis 16 und hinsichtlich der Anordnung durch die Merkmale des Anspruchs 17 und in Ausgestaltungen durch die weiteren Unteransprüche 18 bis 23 gelöst.

Hiernach wird - gemäß der Erfindung - zur Detektion von Leckstellen des Prüfobjektes ein Testfluid verwendet, dessen dielektrische Suszebtilität von derjenigen der das Prüfobjekt umgebenden Atmosphäre - Luft - verschie­ den ist und eine ausgeprägt nichtlineare Abhängigkeit von der Feldstärke eines elektromagnetischen Wellenfel­ des hat, so daß insoweit die Möglichkeit von Streu- und/oder Absorptionsprozessen in dem Testfluid besteht, wenn dieses einem elektromagnetischen Wellenfeld als Testfeld ausgesetzt wird, anhand derer das Fluid nach­ weisbar ist; als in diesem Sinne erregendes elektromag­ netisches Wellenfeld wird ein kohärentes Feld vorzugs­ weise hoher Feldstärke benutzt, das dem Testfluid in dem Untersuchungsvolumen, in das das Testfluid gelangt, falls Leckstellen vorhanden sind, eine räumlich defi­ niert variable Struktur seiner optischen Dichte auf­ prägt. Eine derartige Struktur, die unter Ausnutzung des gegebenenfalls ausgetretenen Testfluids als Träger durch dessen Wechselwirkung mit einem kohärenten elek­ tromagnetischen Wellenfeld, z. B. einem Laser-Lichtbün­ del, entsteht, wirkt als phasenkonjugierendes Element - als "phasenkonjugierter Spiegel" -, der, allgemein ausgedrückt, die Eigenschaft hat, aus einem auf ihn auftreffenden kohärenten Lichtstrom einen zweiten kohä­ renten Lichtstrom zu erzeugen, dessen Phase mit derje­ nigen des erstgenannten Lichtstromes konjugiert ist. "Konjugiert" bedeutet hier in einer definierten Phasen­ beziehung stehend, derart, daß die beiden Lichtströme eine "konjugierte" jedoch verschiedene Phase haben und daher voneinander separierbar sind, z. B. aufgrund ihrer verschiedenen - insbesondere entgegengesetzten - Aus­ breitungsrichtungen oder aufgrund ihrer verschiedenen Polarisation, so daß es immer möglich ist, den zu dem Primärlichtstrom phasenkonjugierten Lichtstrom von dem erstgenannten räumlich zu trennen und gesondert nachzu­ weisen und dadurch die - erfindungsgemäß ausgenutzte - Möglichkeit gewährleistet ist, das Testfluid aus einer Detektion des phasenkonjugierten Lichtstromes nachzu­ weisen.

Die Nachweis-Empfindlichkeit des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens kann dadurch erheblich gesteigert werden, daß als Testfluid ein Gas verwendet wird, das in der Umge­ bungsatmosphäre, in welcher Lecktests durchgeführt wer­ den, nicht oder allenfalls in sehr kleinen Mengen vor­ handen ist, so daß der im Untersuchungsvolumen durch das Strahlungsfeld und dessen Wechselwirkung mit dem Testfluid entstehende phasenkonjugierte Spiegel im we­ sentlichen nur durch das aus dem Prüfobjekt austretende Testfluid entsteht.

Im Zusammenhang hiermit ist es besonders günstig, wenn das Anregungs-Wellenfeld eine Frequenz bzw. Frequenz- Verteilung um eine Mittenfrequenz hat, welche innerhalb der Bandbreite einer Absorptionslinie eines Absorptions- Bandensystems des Testfluids liegt, so daß, eine hin­ reichend hohe Intensität des Anregungs-Wellenfeldes vorausgesetzt, eine intensitäts-induzierte Verschiebung der Absorptionslinie des Testfluids möglich wird und dadurch eine verstärkte Wechselwirkung des Anregungs- Wellenfeldes mit dem Testfluid erzielbar ist. Hierbei ist es am günstigsten, wenn der Frequenzabstand der Mittenfrequenzen der Absorptionslinie und des Anre­ gungs-Wellenfeldes möglichst gering ist.

Das Verfahren kann im Sinne eines stimulierten Raman­ effekts auch in der Weise durchgeführt werden, daß ein Anregungs-Wellenfeld mit einer Frequenz benutzt wird, die deutlich höher ist als charakteristische Eigenfre­ quenzen der Moleküle des Testfluids, bei denen dieses elektromagnetische Strahlung emittieren und/oder absor­ bieren kann, insbesondere höher als die für diese Mole­ küle charakteristischen Schwingungs-Eigenfrequenzen, und daß eine Detektions-Einrichtung verwendet wird, de­ ren spektrale Empfindlichkeit bei der Frequenz des An­ regungs-Wellenfeldes vernachlässigbar gering ist und erst in einem Frequenzabstand von der Frequenz des An­ regungsfeldes, der annähernd einer der Eigenfrequenzen der Moleküle des Testfluids vorzugsweise der niedrig­ sten dieser Eigenfrequenzen, entspricht einen hohen Wert erreicht. Die Detektoranordnung spricht bei dieser Art der Durchführung des Verfahrens nur auf ein elek­ tromagnetisches Wellenfeld an, das durch die Wechsel­ wirkung des Anregungsfeldes mit dem Testfluid erzeugt worden ist und hinsichtlich der Struktur seiner (spek­ tralen) Frequenzverteilung ausschließlich für das Test­ fluid charakteristisch ist.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ge­ eignete phasenkonjugierte elektromagnetische Wellenfel­ der können auch dadurch erzeugt werden, daß das Unter­ suchungsvolumen mit einem Anregungsfeld hoher Leistung bestrahlt wird, wobei ein sich in entgegengesetzter Richtung ausbreitendes phasenkonjugiertes Wellenfeld entsteht, das für die Detektion benutzbar ist oder auch durch optisches Pumpen und daraus resultierende stimu­ lierte Emission elektromagnetischer Strahlung.

In spezieller Verfahrensweise wird zur Erzeugung des für die Detektion ausgenutzten phasenkonjugierten Wel­ lenfeldes das Testfluid zwei - kohärenten - elektromag­ netischen Anregungs-Wellenfeldern gleicher Ausbreitungs­ richtung aber verschiedener Frequenzen ω₁ und ω₂ ausge­ setzt, wobei das resultierende phasenkonjugierte elektro­ magnetische Wellenfeld dieselbe Ausbreitungsrichtung hat wie die Anregungs-Wellenfelder, jedoch eine Frequenz ω_pk, die dem Betrag der Differenz |ω₁-ω₂| der Frequenzen ω₁ und ω₂ der Anregungs-Wellenfelder entspricht.

Ist hierbei die Frequenz ω₁ des einen Anregungsfeldes größer als die Frequenz ω₂ des anderen Anregungsfel­ des und gleichzeitig auch die Frequenz ω_pk=ω₁-ω₂ kleiner als die Frequenz ω₂ des niedriger-frequenten Anregungsfeldes, so ist es vorteilhaft, wenn zur Aus­ kopplung mindestens eines Teils des phasenkonjugierten Wellenfeldes aus dem dieses und die Anregungs-Wellen­ felder umfassenden Gesamt-Wellenfeld ein Kantenfilter verwendet wird, dessen Transmissionsgrad erst ab einer Frequenz ω_τ einsetzt, welche der Relation
ω₂<ω_τ<ω₁-ω₂
genügt. Ein solches Kantenfilter ist sehr einfach, z. B. als dichroitischer Spiegel realisierbar.

Genügen andererseits die Frequenzen ω₁ und ω₂ der beiden Anregungs-Wellenfelder und die Frequenz ω_pk= ω₁-ω₂ des phasenkonjugierten Wellenfeldes der Be­ ziehung:
ω₁<ω_pk<ω₂,
so ist es vorteilhaft, wenn zur Auskopplung des für die Detektion vorgesehenen Teils des phasenkonjugierten Wel­ lenfeldes aus dem Gesamtwellenfeld ein Bandfilter be­ nutzt wird, dessen maximaler Transmissionsgrad bei der Frequenz ω_pk liegt, um eine optimale Nachweis-Empfind­ lichkeit für das phasenkonjugierte Wellenfeld zu erzie­ len.

In beiden vorgenannten Fällen können zur Detektion des phasenkonjugierten Wellenfeldes auch aus der Spektrosko­ pie bekannte Spektrometer verwendet werden, die mit in weiten Grenzen einstellbarer spektraler Empfindlichkeit auf die Frequenz ω_pk des phasenkonjugierten Wellenfel­ des einstellbar sind.

Genügen die Frequenzen ω₁ und ω₂ der Anregungs-Wellen­ felder der Beziehung ω₁=2ω₂ mit der Folge, daß auch gilt: ω_pk=ω₂, so kann, einen definierten Polarisations­ zustand des phasenkonjugierten Wellenfeldes vorausgesetzt, dieses aus dem Gesamtwellenfeld auf einfache Weise mittels eines polarisationsempfindlichen Strahlenteilers ausgekoppelt werden, der nur für elektromagnetische Strahlung mit dem Polarisationszustand, den das phasen­ konjugierte Wellenfeld hat, reflektierend ist.

Wenn, gemäß einer weiteren Durchführungsart des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens, das Testfluid in dem Untersu­ chungsvolumen zwei Anregungs-Wellenfeldern hoher Inten­ sität und gleicher Ausbreitungsrichtung jedoch ver­ schiedener Frequenzen ω₁ und ω₂ und zusätzlich ei­ nen dritten elektromagnetischen Wellenfeld geringerer In­ tensität als Testfeld ausgesetzt wird, dessen Ausbrei­ tungsrichtung streifend zu derjenigen der Anregungs- Wellenfelder ist, d. h. unter einem sehr kleinen Winkel zur Ausbreitungsrichtung der Anregungs-Wellenfelder verläuft, so entsteht ein zu dem Testfeld phasenkonju­ giertes Wellenfeld, das unter einem kleinen Winkel zur Ausbreitungsrichtung der Anregungs-Wellenfelder aus dem Untersuchungsvolumen austritt und der Detektion unter­ worfen werden kann. Eine für diese Art der Verfahrens­ durchführung, die einer Vier-Wellen-Mischung in "Vor­ wärts-Richtung" entspricht, geeignete geometrisch-opti­ sche Anordnung hat jedoch - wegen des streifenden Ein­ falls des Testfeldes und des ebenfalls streifenden Aus­ tritts des mit diesem phasenkonjugierten Wellenfeldes in das bzw. aus dem Gesamt-Anregungs-Wellenfeld einen er­ heblichen Raumbedarf, der zu ungünstigen Messbedingun­ gen führen könnte.

Wesentlich günstiger ist es daher, wenn, entsprechend einer bevorzugten Durchführungsart des erfindungsge­ mäßen Verfahrens, im Sinne einer Vier-Wellen-Mischung in "Rückwärts"-Richtung das Testfluid in dem Untersu­ chungsvolumen zwei kohärenten Anregungs-Wellenfeldern gleicher Frequenz und hoher Intensität, jedoch entge­ gengesetzter Ausbreitungsrichtung ausgesetzt wird, aus denen ein stehendes Wellenfeld resultiert, sowie einem dritten Wellenfeld derselben Frequenz jedoch geringerer Intensität als Testfeld, dessen Ausbreitungsrichtung in einem beliebigen Winkel zu derjenigen der Anregungs- Wellenfelder stehen kann, vorzugsweise unter einem Win­ kel zwischen 45° und 80°, wobei ein mit dem Testfeld phasenkonjugiertes Wellenfeld entsteht, das die zu dem Testwellenfeld entgegengesetzte Ausbreitungsrichtung hat, derart, daß der Verlauf seiner Wellenfronten kom­ plementär zu demjenigen des Testfeldes ist, d. h., wenn dieses Testfeld ein divergentes Bündel mit konvex-kugel­ förmigen Wellenfronten ist, das phasenkonjugierte Feld ein konvergentes Bündel mit kugelförmig-konkaven Wellen­ fronten ist, das am Ort der Quelle des Testfeldes fo­ kussiert würde.

Bei dieser Verfahrensweise ist das Untersuchungsvolumen durch das Schnittvolumen des - stehenden - Anregungs- Wellenfeldes mit demjenigen des Testfeldes definiert und kann daher durch geeignete Wahl der Bündelquer­ schnitte auf einfache Weise begrenzt werden.

Besonders vorteilhaft bei dieser Verfahrensweise ist deren Unempfindlichkeit gegen Hintergrundstrahlung oder Strahlung aus dem Untersuchungsvolumen benachbarten Raumbereichen, da das für den Nachweis des Testfluids ausgenutzte, zum Testwellenfeld phasenkonjugierte Wellen­ feld nur im Untersuchungsvolumen erzeugt werden kann und dieses auf einfache Weise durch die Vorgabe der Strahlungsbündelquerschnitte definiert begrenzbar ist. Es ist daher ohne weiteres möglich, als Testfluid ein Gas zu verwenden, das in nicht zu hoher Konzentration auch in der Luft vorhanden ist, insbesondere Kohlendio­ xid (CO₂), das insbesondere im nahen infraroten Spek­ tralbereich durch Schwingungs- und Rotationsprozesse des CO₂-Moleküls bedingte Bandensysteme hat, welche für die Anregung nicht linearer optische Effekte geeignet sind, wobei als Strahlungsquelle sowohl für die Erzeu­ gung der Anregungs-Wellenfelder und des Test-Wellenfel­ des ein CO₂-Laser geeignet ist, der im interessierenden Spektralbereich eine hohe Strahlungsleistung zu liefern in der Lage ist und in Frequenzbereichen emittiert, die eine hinreichende Überlappung mit denjenigen Frequenz­ bereichen haben, bei denen das CO₂-Molekül absorbieren kann.

Wenn die Intensität des Anregungs-Wellenfeldes bzw. der Anregungs-Wellenfelder und/oder eines Test-Wellenfeldes veränderbar ist/sind, vorzugsweise kontinuierlich ver­ änderbar, mit der Folge, daß auch die Intensität des für die Detektion ausgenutzten phasenkonjugierten Wel­ lenfeldes eine entsprechende Änderung erfährt, wobei die Intensitätsvariation vorzugsweise zyklisch nach ei­ ner definiert vorgegebenen Zeitfunktion erfolgt, vor­ zugsweise zeitlinear innerhalb der Variationszyklen und zweckmäßigerweise nach einer Rampenfunktion, in deren Verlauf zwischen ansteigenden und abfallenden Phasen die Intensität des jeweiligen Wellenfeldes auf einem nied­ rigen bzw. einem hohen Wert für eine definierte, rela­ tiv zu den Änderungsphasen kurze Zeitspanne konstant ge­ halten wird, um Ein- oder Überschwingvorgänge abklingen zu lassen, so kann durch eine phasenempfindlich gleich­ richtende Verarbeitung des Ausgangssignals des zum Nach­ weis des optisch phasenkonjugierten Wellenfeldes vorge­ sehenen Detektors eine zusätzliche Steigerung der Nach­ weis-Empfindlichkeit erzielt werden.

Derartige Änderungsphasen bieten auch die Möglichkeit, mindestens einmal und vorzugsweise fortlaufend den Dif­ ferentialquotienten dI_pk/dI_A und/oder den Differential­ quotienten dI_pk/dI_T zu ermitteln, d. h. die ersten Ab­ leitungen der Intensität des phasenkonjugierten Wellen­ feldes nach der Anregungs-Intensität I_A bzw. der Inten­ sität I_T des Testfeldes und diese Differentialquotien­ ten mit einem Referenzwert zu vergleichen, der für den Fall gilt, daß in das Untersuchungsvolumen aus einem zu prüfenden Testobjekt entweichendes Testfluid noch nicht eingeströmt ist. Aus den Beträgen der solchermaßen er­ mittelten Differentialquotienten kann außerdem - indi­ rekt - auch auf die Größe eines gegebenenfalls aufge­ tretenen Lecks geschlossen werden.

Eine Erhöhung der Nachweis-Empfindlichkeit des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens ist in einer bevorzugten Ausge­ staltung desselben auch dadurch erzielbar, daß inner­ halb von Änderungsphasen des jeweiligen Anregungs­ und/oder Testfeldes mehrfach und vorzugsweise fortlau­ fend der Differentialquotient d²I_pk/dI _A und/oder der Differentialquotient d²I_pk/dI² _T ermittelt wird. Sind diese Differentialquotienten von Null verschieden, so ist dies ein sicheres Indiz dafür, daß sich die Konzen­ tration des Testfluids im Untersuchungsvolumen ändert, unabhängig davon, welche Menge an Test-Fluid vor Beginn eines Testzyklus im Untersuchungsvolumen enthalten war. Insbesondere diese Verfahrensweise ermöglicht es, als Testfluid ein Gas zu verwenden, das - in nicht zu hohen Konzentrationen - ohnehin in der Umgebungsatmoshäre des Meßbereiches vorhanden ist, und trotzdem zuverlässig entscheiden zu können, ob das Testobjekt ein Leck auf­ weist oder nicht.

Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete optische Anordnung zur Dichtheitsprüfung von Behältern, bei der zur Erzeugung eines für den Nachweis des Testfluids in einem Untersuchungsvolumen als Anzei­ ge für das Vorhandensein eines Lecks zwei Anregungs- Wellenfelder und ein Testwellenfeld miteinander sowie mit dem Testfluid in Wechselwirkung treten, wobei der spektrale Bereich, in dem die Anordnung betreibbar ist, vorzugsweise im nahen infraroten Bereich (1 bis 15 µm) liegt, umfaßt zumindest die folgenden Funktionskompo­ nenten:

• - eine als Laser ausgebildete Strahlungsquelle, die ein kohärentes Wellenfeld mit parallelen, ebenen Wellenfronten aussendet,
• - einen als teildurchlässiger Spiegel mit einem Refle­ xionsvermögen zwischen 95% und 98% und demgemäß einem Transmissionsvermögen zwischen 5% und 2% ausgebildeten Reflektor, der den an ihm reflektier­ ten Teil des von dem Laser ausgesandten Wellenfeldes zur Strahlungsquelle hin zurückreflektiert, so daß durch Interferenz mit dem von dem Laser ausgesandten Wellenfeld ein stehendes Wellenfeld entsteht,
• - eine Umlenkspiegel-Anordnung, mittels derer minde­ stens ein Teil des von dem teildurchlässigen, jedoch hochreflektierenden Spiegel durchgelassenen Wellen­ feldes als Testwellenfeld in einen Raumbereich um­ lenkbar ist, in dem - zwischen der Strahlungsquelle und dem teilreflektierenden Spiegel - das stehende Wellenfeld vorliegt und
• - einen weiteren teildurchlässigen Spiegel, vorzugs­ weise einen solchen, dessen Transmissionsvermögen und Reflexionsvermögen jeweils etwa 50% betragen, wobei dieser teildurchlässige Spiegel im Ausbrei­ tungspfad des Testwellenfelds sowie in dem mit diesem geometrisch zusammenfallenden Ausbreitungsbereich des aus der Wechselwirkung des Testwellenfeldes mit in den sowohl dem stehenden Wellenfeld als auch dem Testwellenfeld ausgesetzten Bereich gelangtem Test­ fluid resultierenden phasenkonjugierten Wellenfel­ des angeordnet ist, wobei mittels dieses teildurch­ lässigen Spiegels ein ca. 50%-iger Anteil des pha­ senkonjugierten Wellenfeldes zu einer Detektor-An­ ordnung hin umlenkbar ist, die den Nachweis des pha­ senkonjugierten Wellenfeldes und damit des Test­ fluids im Untersuchungsvolumen vermittelt.

Wenn bei dieser Anordnung ein Detektor-Ausgangssignal auftritt, dann ist dies zumindest ein sicheres Indiz dafür, daß ein Leck an dem Testobjekt vorliegt. Wenn, in Ausbreitungsrichtung des Testwellenfeldes gesehen, die Projektion des Schnittvolumens des Testwellenfeldes und des - stehenden - Anregungswellenfelds klein gegen die Begrenzungsfläche des Testobjekts ist, die dem Unter­ suchungsvolumen zugewandt ist, so ist eine Lokalisierung des Lecks, aus dem in einen begrenzten Raumbereich Test­ fluid austreten kann, auf einfache Weise dadurch möglich, daß mindestens einer der Umlenkspiegel, mittels derer das Testwellenfeld in den Bereich des - stehenden - Anregungs-Wellenfeldes umlenkbar ist, um eine senkrecht zur Ausbreitungsebene des Testwellenfeldes verlaufende Achse mindestens innerhalb eines begrenzten Drehwinkel­ bereiches drehbar ist und das Testobjekt parallel zu der Drehachse dieses drehbaren Spiegels hin- oder her- bzw. auf- und abverfahrbar ist. Es ist dann in einem durch die vertikale und horizontale Ausdehnung des Schnittvolumens des stehenden Anregungs-Wellenfeldes und des Testfeldes bedingten Rastermaß eine gleichsam "punktweise" Abtastung des Gesamt-Flächenbereiches mög­ lich, innerhalb dessen an einer dem Untersuchungsvolu­ men zugewandten Begrenzungsfläche des Testobjekts Lecks auftreten können.

Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn der drehbare Spiegel als ein in einer definierten Drehrichtung kon­ tinuierlich antreibbarer Polygonspiegel ausgebildet ist, dessen reflektierende Flächen in axialsymmetri­ scher Anordnung um die Drehachse des Spiegels gruppiert sind, so daß die Zeilen-Abtastung stets in derselben Richtung erfolgt und daher bei kontinuierlicher oder schrittweiser Bewegung des Testobjekts parallel zur Drehachse des Spiegels jeder Rasterbereich nur einmal erfaßt wird.

In Kombination mit dreh- oder schwenkbaren Umlenkspie­ geln zu einer zeilenweisen Verschiebung des jeweiligen Untersuchungsvolumens ist es besonders zweckmäßig, wenn der zur Umlenkung eines Teils des mit dem Testwellen­ feld phasenkonjugierten Wellenfeldes vorgesehene, wei­ tere teildurchlässige Spiegel zwischen dem drehbaren Spiegel und dem das Testwellenfeld zu dem drehbaren Spiegel hin umlenkenden Spiegel angeordnet ist. Dadurch kann der teildurchlässige Spiegel mit günstig geringen Abmessungen realisiert werden, und es wird auch vermie­ den, daß sein Transmissionsvermögen aufgrund sich än­ dernder Einfallswinkel Änderungen unterworfen ist.

In Kombination hiermit ist es besonders vorteilhaft, wenn der teildurchlässige Spiegel mit derjenigen Orien­ tierung seiner teilreflektierenden Fläche in den Strah­ lengang der Nachweis-Anordnung eingefügt ist, daß die Ausbreitungsrichtung des an dem teildurchlässigen Spie­ gel (teil)reflektierten, phasenkonjugierten Wellenfel­ des parallel oder annähernd parallel zur zentralen Ach­ se des Anregungs-Wellenfeldes verläuft. Die Gesamtanord­ nung ist dann, rechtwinklig zur zentralen Achse des Anregungs-Wellenfeldes gesehen, mit günstig geringen Abmessungen realisierbar.

Für die insoweit erläuterten Gestaltungen der optischen Nachweis-Anordnung ist charakteristisch, daß zum Nach­ weis des aus verschiedenen Untersuchungsvolumina kom­ menden phasenkonjugierten Wellenfeldes nur ein einziger photoelektrischer Detektor erforderlich ist, der daher hinsichtlich der Ausnutzung empfindlichkeits-steigernder Einrichtungen, z. B. von Kühleinrichtungen oder dergleichen, die einen erhöhten Raumbedarf bedingen, keinen prin­ zipiellen Einschränkungen unterworfen ist.

Wird hingegen das Schnittvolumen des Test- und des An­ regungs-Wellenfeldes dadurch vergrößert, daß das zur Erzeugung des aus dem Untersuchungsvolumen austretenden phasenkonjugierten Wellenfeldes ausgenutzte Testwellen­ feld ein durch Fokussierung eines primär als Parallel­ bündel erzeugten Wellenfeldes auf eine Blendenöffnung entstandenes divergentes Wellenfeld ist, so kann zum einen sehr viel schneller und zuverlässiger eine Aussa­ ge darüber gewonnen werden, ob überhaupt ein Leck vor­ handen ist, und es kann weiter, wenn die Detektoranord­ nung als Matrix-Anordnung einer Vielzahl von Detektoren ausgebildet ist, deren Anordnung nach Zeilen und Spal­ ten identifizierbar ist, aus dem Ansprechen der einzel­ nen Detektoren auch darauf geschlossen werden, wo ein Leck angeordnet ist. Dadurch wird eine wesentlich schnellere - parallele - Verarbeitung der aus einem großen Volumenbereich reflektierten phasenkonjugierten Wellenfeldkomponenten erzielt und damit auch eine be­ sonders rationelle Art der Leckerkennung. Eine diesbe­ züglich geeignete Detektoranordnung ist beispielsweise eine CCD-Kamera, die für den in Frage kommenden Spek­ tralbereich, vorzugsweise den nahen IR-Bereich mit ho­ her Empfindlichkeit realisierbar ist. Mit einer solchen Detektor-Anordnung können natürlich auch Teilvolumina betrachtet werden. Diese Art der "Betrachtung" eines Testobjekts zum Nachweis von Leckstellen ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn die Abmessungen des Testobjekts etwa den Bündelquerschnitten des Anregungs-Wellenfeldes und des Testwellenfeldes im Untersuchungsvolumen ent­ sprechen.

Von einer Anordnung zur Dichtheitsprüfung von Behäl­ tern, Ventil-Gehäusen oder dergleichen ausgehend, bei der ein Leck durch den Nachweis eines Testfluids in einem von dem Prüfobjekt entfernt angeordneten Unter­ suchungsvolumen erfaßt wird, wobei der Nachweis des Testfluids durch Detektion eines im Untersuchungsvolu­ men phasenkonjugiert reflektierten Anteils eines elek­ tromagnetischen Testfeldes erfolgt, dem das Testfluid in dem Untersuchungsvolumen gleichzeitig mit einem ko­ härenten elektromagnetischen Anregungswellenfeld ausge­ setzt wird, ist ein solches Leck, wenn es auf dessen genaue Lokalisierung nicht ankommt, dadurch sehr schnell erfaßbar und der Nachweisvorgang auch sehr gut selbst­ tätig steuerbar, daß eine das Prüfobjekt aufnehmende evakuierbare Testkammer vorgesehen ist, innerhalb derer das Prüfobjekt mit dem Testfluid beaufschlagbar ist, entweder derart, daß in die Testkammer eingeleitetes Testfluid über ein Leck des Prüfobjekts in dieses über­ strömt, oder derart, daß in das Testobjekt eingeleite­ tes Testfluid aus diesem in die Testkammer überströmt, daß weiter eine das Untersuchungsvolumen begrenzende, dem Anregungswellenfeld und dem Testfeld aussetzbare Nachweiskammer vorgesehen ist, der über eine Testfluid­ leitung der über das Leck des Testobjekts fließende Testfluid-Strom zugeleitet wird, und daß eine Vakuum­ pumpe vorgesehen ist, mittels derer in der Nachweiskam­ mer ein definierter, dem Betrage nach niedriger Druck, in der Regel ein Druck im Bereich zwischen 0,2 und 2 bar, vorzugsweise um 1 bar einstellbar ist, das heißt ein Druck, bei dem sich, wenn dieser überwiegend durch den Partialdruck des Testfluids bestimmt ist, ein im vorstehenden Sinne erläuterter phasenkonjugierter Spie­ gel sehr gut ausbilden kann.

Ist die Testfluidleitung, für die der Testfluidstrom zur Nachweiskammer gelangt, mit einer Drossel, vorzug­ sweise einer solchen mit einstellbarem Strömungswider­ stand versehen, so ist - durch Einstellung dieses Strö­ mungswiderstandes - auf einfache Weise die Zeitspanne vorgebbar, nach welcher bei einer vorgegebenen, z. B. tolerierbaren Größe eines Lecks, eine phasenkonjugierte Reflexion des Testwellenfeldes im Untersuchungsvolumen "erstmalig" eintreten kann und dadurch sehr schnell eine zuverlässige Aussage darüber gewinnbar, ob das Testobjekt bestimmten vorgegebenen Qualitätsanforderun­ gen genügt oder nicht.

Eine zum Nachweis eines Lecks erforderliche Mindest- Prüfzeitspanne ist dadurch erheblich verkürzbar, daß der von der Nachweiskammer zur Saugseite der zur Eva­ kuierung der Nachweiskammer vorgesehenen Pumpe führende Testfluid-Strömungspfad über ein Molekularsieb führt, das für die Testfluid-Moleküle undurchlässig ist, so daß diese sich relativ schnell in der Nachweiskammer anreichern können.

Insbesondere dann, wenn das Volumen der Testkammer und/ oder des Prüfobjekts, aus dem das Testfluid der Nach­ weiskammer zugeleitet wird, deutlich größer ist als deren Volumen, so kann eine Verkürzung der Zeitspanne, die abgewartet werden muß, bis sich der für den Nach­ weis erforderliche phasenkonjugierte Spiegel ausbilden kann, auch dadurch erheblich verkürtzt werden, daß eine Förderpumpe vorgesehen ist, durch deren Aktivierung mindestens zeitweise ein erhöhter Testfluid-Strom zu der Nachweiskammer erzielbar ist.

Unter der Voraussetzung, daß als Testfluid ein Gas ver­ wendet wird, dessen Moleküle deutlich schwerer sind als die übrigen Moleküle des Testgas-Luftgemisches die aus der Testkammer oder dem Testobjekt weggefördert werden müssen, ist es besonders vorteilhaft, wenn die zusätz­ liche Förderpumpe als Molekularpumpe ausgebildet ist, die mit einem gleichsam selektiven Fördervermögen für das Testfluid betreibbar ist.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Anordnung ist ein Be­ triebsart-Umschaltventil vorgesehen, in dessen einer Funktionsstellung die Testfluid-Zufuhr über das Test­ objekt erfolgt und der zum Lecknachweis ausgenutzte Testfluid-Strom durch Evakuierung der Testkammer er­ zielbar ist, und in dessen anderer Funktionsstellung die Testfluid-Zufuhr über die Testkammer und die Erzeu­ gung des zum Lecknachweis ausgenützten Testfluid-Stro­ mes durch Evakuierung des Testobjektes erfolgt. In die­ ser Gestaltung ist die Anordnung z. B. auch zur Dicht­ heitsprüfung von Flansch-Verbindungen geeignet, deren Dichtheit unter "einseitigen" Druckverhältnissen zu prüfen ist.

Zur Vermeidung störender Reflexe und Streueffekte im optischen Strahlengang der Anordnung ist es besonders vorteilhaft, wenn die reflektierenden Flächen zur Ein­ kupplung des Anregungswellenfeldes und des Testwellen­ feldes in das Untersuchugnsvolumend der Testkammer so­ wie zur Auskopplung des Untersuchungsvolumen phasenkon­ jugiert reflektierten Nachweis-Wellenfeldes vorgesehe­ ner Ein- und Austrittsfenster der Nachweiskammer gegen­ über der Ausbreitungsebene der das Anregungswellenfeld, das Testfeld und das phasenkonjugiert reflektierte Wel­ lenfeld bildendenen Lichtbündel unter einem von 190° verschiedenen Winkel verlaufen und mit dieser Ausbrei­ tungsebene einen Winkel zwischen 70 und 80°, vorzugs­ weise einen Winkel von 75° einschließen, so daß an die­ sen Fenstern reflektierte Strahlung gleichsam "nach oben" oder "nach unten" aus dem Nachweis-Strahlengang abgelenkt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter, spezieller Ausführungsbeispiele opti­ scher Anordnungen zur Dichtheitsprüfung und diesbezüg­ lich bevorzugter Verfahrensweisen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer mit Pha­ senkonjugation elektromagnetischer Wellenfelder zum Nachweis eines Testfluids arbeitenden opti­ schen Anordnung zur Dichtheitsprüfung an einem Behälter, dessen geometrische Abmessungen etwa den Bündelquerschnitten auf ein Testfluid ein­ wirkender elektromagnetischer Wellenfelder ent­ sprechen, in schematisch vereinfachter perspek­ tivischer Darstellung;

Fig. 2 einen Strahlengang einer zu der Anordnung gemäß Fig. 1 funktionsanalogen Anordnung zur Dicht­ heitsprüfung an einem Behälter, dessen räumli­ che Abmessungen deutlich größer sind als die Bündelquerschnitte der elektromagnetischen Wel­ lenfelder,

Fig. 3 und 4 schematisch vereinfachte Strahlengänge weiterer mit phasenkonjugierten Wellenfeldern arbeitender Anordnungen zur Dichtheitsprüfung,

Fig. 5a ein vereinfachtes Blockschaltbild einer mit phasenkonjugierten Wellenfeldern arbeitenden Anordnung zur Dichtheitsprüfung, die einen sehr schnellen Nachweis eines Lecks ermöglicht,

Fig. 5b eine Abwandlung der Anordnung gemäß Fig. 5a,

Fig. 5c eine weitere Abwandlung der Anordnung gemäß den Fig. 5a und 5b, die zwischen zwei Betriebs­ arten umschaltbar ist und

Fig. 6 einen Strahlengang einer im Rahmen der Anord­ nungen gemäß den Fig. 5a bis 5c geeigneten op­ tischen Anordnung zur Erzeugung eines den Nach­ weis des Testfluids vermittelnden phasenkonju­ gierten Spiegels.

Die in der Fig. 1 dargestellte, insgesamt mit 10 be­ zeichnete optische Anordnung wird am Beispiel der Dicht­ heitsprüfung eines Behälters 11 erläutert, der hinsicht­ lich seiner Dichtheit hohen Anforderungen genügen muß, deren Erfüllung vom Hersteller in der Regel zu garan­ tieren ist. Behälter dieser Art sind z. B. Vorratsbehäl­ ter für leicht flüchtige und brennbare, vielfach auch giftige Lösungsmittel der verschiedensten Art, die in chemischen Betrieben oftmals in großen Mengen gelagert werden müssen, aber auch Wasser- und Ölkühler für Kraft­ fahrzeuge oder Heizkörper für mit Warmwasser betriebene Gebäudeheizungen, d. h. Behälter in einem weiten Sinne des Wortes, in denen eine unter erhöhter Temperatur und gegenüber dem Umgebungsdruck auch höherem Druck stehen­ de Flüssigkeit zirkuliert, deren Menge über längere Zeit hinweg nicht nennenswert abnehmen darf, damit ein reibungsloser Betrieb einer einen solchen Behälter 11 umfassenden Anlage gewährleistet ist. Die Behälter 11 müssen daher schon bei ihrer Herstellung auf Dichtheit überprüft werden.

Diese Überprüfung erfolgt bei der Anordnung 10 dadurch, daß der Behälter 11 mit einem Gas als Testfluid befüllt wird, das gegenüber der umgebenden Atmosphäre unter einem erhöhten Druck von z. B. 2 bis 4 bar gehalten wird, so daß es, wenn der Behälter ein Leck hat, auch dann in einer für einen optischen Nachweis hinreichenden Menge austreten kann, wenn dieses Leck sehr klein ist. Das an einem Leck 15 aus dem Behälter 11 austretende Gas wird in einem Untersuchungsvolumen 12, das bezüglich des Behäl­ ters 11 so angeordnet ist, daß aus diesem austretendes Testgas auch mit Sicherheit in das Untersuchungsvolumen 12 gelangen kann, durch einen nicht-linearen optischen Effekt, der durch eine Wechselwirkung des Testgases mit einem elektromagnetischen Wellenfeld, insbesondere dem Strahlungsfeld einer intensiven Lichtquelle erzeugt wird, nachgewiesen.

In vorstehend angesprochenem Sinne "nichtlineare" opti­ sche Effekte, die auf einer mehr oder weniger ausgepräg­ ten Nichtlinearität der Abhängigkeit der dielektrischen Suszeptibilität eines Testfluids von der Intensität eines elektromagnetischen Wellenfeldes, dem das Test­ fluid ausgesetzt ist, beruhen, sind z. B. stimulierte Streuprozesse (Raman-, Brillouin- oder Raleigh-Streuung), oder auch Sättigungseffekte im optischen Absorptionsver­ halten, desweiteren intensitätsabhängige Frequenzver­ schiebungen von Absorptionsprozessen, Mehr-Photonen­ prozesse u. a.m.

Als Testfluide geeignete Gase, die ausgeprägt nichtli­ neare Abhängigkeiten ihrer dielektrischen Suszeptibili­ tät von der Intensität eines Bestrahlungs-Wellenfeldes zeigen, sind z. B. Kohlendioxid (CO₂), Ammoniak (NH₃), sämtliche Freone (z. B. CF₄, CH₃F) sowie Kohlenstoffdi­ sulfid (CS₂) und Schwefelhexafluorid (SF₆), um einige typische Beispiele zu erwähnen. Diese Gase zeigen ins­ besondere im nahen IR-Bereich ein ausgeprägtes Absorp­ tionsverhalten, das auf Valenz- und Deformationsschwin­ gungen der genannten Moleküle basiert, sowie auf deren Kopplung mit Rotationszuständen dieser Moleküle. Die hieraus resultierenden Schwingungs-Rotations-Absorptions­ banden erstrecken sich in der Regel über einen größeren Spektralbereich, dessen Lage im Frequenzspektrum im wesentlichen durch die Frequenz der jeweiligen Eigen­ schwingung eines solchen Moleküls bestimmt ist, und dessen Bandbreite im wesentlichen durch die Zahl der anregbaren Rotationsprozesse bestimmt ist. Entsprechen­ des gilt für eine Kopplung elektronisch-optischer Anre­ gungszustände mit Eigenschwingungen der Moleküle sowie Rotationen derselben, wobei durch die Druck- und Tempe­ raturverbreiterung im allgemeinen breite Absorptions­ banden entstehen, da die Feinstruktur wegen der Über­ lappung der einzelnen Linien gleichsam verschwindet.

Bei der Anordnung 10 wird innerhalb eines langgestreckt zylindrischen Bereiches, dessen zentrale Längsachse mit 13 bezeichnet ist, ein stehendes Wellenfeld dadurch er­ zeugt, daß ein von einem in der Fig. 1 nicht dargestellten Laser ausgehendes, im Querschnitt beispielsweise kreis­ förmiges Lichtbündel, das durch den in seine Ausbreitungs­ richtung zeigenden Pfeil 14 repräsentiert sei, an einem Spiegel 16, dessen spiegelnde Fläche senkrecht zur Aus­ breitungsrichtung 14 des von dem Laser ausgehenden Licht­ bündels steht, in sich selbst zurückreflektiert wird, wobei dieses reflektierte Lichtbündel wiederum durch den in seine Ausbreitungsrichtung zeigenden Pfeil 17 repräsentiert sei.

Das aus der Überlagerung dieser in entgegengesetzter Richtung laufender Wellenfelder 14 und 17 resultierende - stehende - Wellenfeld führt, entlang der zentralen Achse 13 gesehen, zu einer periodischen Struktur des Brechungsindex eines Mediums, das mit einem elektromag­ netischen Feld in Wechselwirkung treten kann, wobei die Periodizitätslänge dieser Struktur der halben Wellen­ länge des von dem Laser ausgesandten elektromagneti­ schen Wellenfeldes bzw. des von dem Spiegel 16 reflek­ tierten Wellenfeldes 17 entspricht.

Davon ausgehend, daß im wesentlichen nur das Testgas bei diesbezüglich geeigneter Auswahl, in Wechselwirkung mit dem stehenden Wellenfeld 14, 17 treten kann, ent­ steht somit diese periodische Struktur des Brechungsin­ dex auch nur dann, wenn solches Testgas aus dem zu un­ tersuchenden Behälter 11 austritt. Ein möglicher Prozeß, der zur Ausbildung dieser periodischen Struktur führt, ist Absorption in dem Wellenfeld enthaltener Energie durch das Testgas. Da hierbei eine Absorption, räumlich gesehen, nur in denjenigen Bereichen stattfindet, in denen die Intensität des stehenden Wellenfeldes sehr hohe Werte annehmen kann, in solchen jedoch, in denen aufgrund destruktiver Interferenz die Feldstärke des stehenden Feldes niedrig ist, Absorption praktisch nicht auftritt, mithin eine "Aufheizung" des Testmediums nur in den Bereichen mit erheblicher Variation der Feld­ stärke eintreten kann, ist unmittelbar ersichtlich, wie eine hiermit verknüpfte periodische Struktur des Bre­ chungsindex zustandekommt.

Wird der Volumenbereich, in dem durch das stehende Wel­ lenfeld, einerseits und andererseits durch denjenigen Raumbereich, in den Testgas eingetreten ist, einem wei­ teren elektromagnetischen Wellenfeld als Testfeld 18 ausgesetzt, für das beim dargestellten Ausführungsbei­ spiel vorausgesetzt ist, daß es dieselbe Wellenlänge hat, wie das von dem Laser ausgesandte Wellenfeld 14, mit diesem kohärent ist und auch von diesem abgeleitet ist, jedoch eine deutlich geringere Intensität I_T hat und seine Ausbreitungsrichtung 19 mit der zentralen Längsachse 13 des stehenden Wellenfeldes einen endlichen Winkel ϕ einschließt, der im Prinzip zwischen 90° und beliebig kleinen Werten variieren kann, wobei zweckmäßi­ gerweise jedoch sowohl der streifende Einfall als auch senkrechter Einfall vermieden werden, so entsteht wegen der periodischen Struktur des Brechungsindex in dem vom Testgas eingenommenen Bereich ein zu dem Test-Wellenfeld 18 phasenkonjugiertes Wellenfeld, dessen durch den Pfeil 21 repräsentierte Ausbreitungsrichtung zu der durch den Pfeil 19 repräsentierten Ausbreitungsrichtung des Test­ feldes 18 entgegengesetzt ist, und bei dem der Verlauf seiner Wellenfronten auch komplementär zu demjenigen der Wellenfronten des Testfeldes 18 ist, derart, daß, in Ausbreitungsrichtung 21 gesehen, das phasenkonjugierte Wellenfeld konkav gewölbte Wellenfronten hat, während, in der Ausbreitungsrichtung 19 des Testwellenfelds 18 gesehen, dessen Wellenfronten konvex gewölbt sind. Anders ausgedrückt, das phasenkonjugierte Wellenfeld wird zur Quelle des Testfeldes hin fokussiert.

Durch das Schnittvolumen des stehenden Wellenfeldes 14, 17, des Testfeldes 18 und des von dem Testfluid ein­ genommenen Bereiches, ist somit das Untersuchungsvolu­ men 12 definiert, innerhalb dessen das Testfluid aus einer Detektion des phasenkonjugierten Wellenfeldes räum­ lich selektiv nachweisbar ist.

Bevor auf weitere Einzelheiten der Anordnung 10 gemäß Fig. 1 eingegangen wird, sei zunächst anhand der Fig. 2 ein möglicher Strahlengang einer Anordnung 10 erläutert, bei der die Dimensionen des zu prüfenden Behälters 11 groß gegen die Bündelquerschnitte sind und der Behälter 11 im wesentlichen quaderförmig ist.

Die Anordnung 10 ist hier so gestaltet, daß die gemein­ same zentrale Achse 13 des von einem als Strahlungsquelle benutzten Laser 23 ausgesandten Wellenfeldes 14 und des von dem Spiegel 16 reflektierten Wellenfeldes 17 parallel zu einer der senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden Begrenzungsflächen 22 des Behälters 11 verläuft und ihr seitlicher Abstand von dieser nur geringfügig größer ist als der halbe Bündel-Durchmesser d_a. Der Spiegel 16 ist zwar hochreflektierend, mit einem Reflexionsvermögen von ca. 95 bis 98%, gleichzeitig jedoch "teildurchlässig", in dem Sinne, daß in Richtung des Pfeils 14′, d. h. in Emissionsrichtung des Lasers 23 ein Restwellenfeld sich ausbreitet, das dem nichtreflektierten Anteil des von dem Laser 23 ausgesandten Wellenfeldes entspricht. Dieses Restwellenfeld 14′, das ebenfalls noch ein Parallelbündel ist, wird an dem schräg zu seiner Ausbreitungsrichtung stehenden Umlenkspiegel 24 reflektiert und von diesem zu einem weiteren Spiegel 26 umgelenkt. Die reflektieren­ den Flächen des hochreflektierenden, gleichwohl teildurch­ lässigen Spiegels 16, des Umlenkspiegels 24 und des weiteren Spiegels 26 verlaufen senkrecht zu der durch die zentrale Achse 13 des von dem Laser 23 ausgesandten Lichtbündels und der zentralen Achse 14′′ des durch diese repräsentierten von dem Umlenkspiegel 24 zu dem weiteren Spiegel 26 hin gelenkten Wellenfeldes (Licht­ bündels) aufgespannten Ebene, was zur Folge hat, daß auch die zentrale Achse 14′′′ des durch diese repräsen­ tierten an dem weiteren Spiegel 26 reflektierten Wellen­ feldes) in derselben Ebene verläuft. Der weitere Spiegel 26 ist um eine senkrecht zur Zeichenebene verlaufende Achse 27 schwenkbar angeordnet und mittels eines nicht dargestellten Schwenkantriebes um diese Achse 27 inner­ halb eines begrenzten Schwenkwinkelbereiches α hin- und herschwenkbar angeordnet, so daß der Bereich des Schnittvolumens 12, das durch die sich räumlich durch­ dringenden Wellenfelder 14, 17 und 14′′′ entsteht, ent­ lang der zentralen Achse 13 des von dem Laser 23 ausge­ sandten Wellenfeldes gleichsam parallel zu der Begrenzungs­ fläche 22 des Behälters 11, an der Lecks auftreten können, verschiebbar ist. Hierdurch ist innerhalb eines zeilen­ förmigen Bereichs, der durch die zylindrische Form des stehenden Wellenfeldes 14, 17 bestimmt ist und einem zeilenförmigen Bereich der Begrenzungsfläche 22 des Behälters 11 zugeordnet werden kann, eine gleichsam punktweise Abtastung der Flächenbereiche der Begrenzungs­ fläche 22 erreichbar, innerhalb derer Lecks auftreten können.

Eine ergänzende "zeilenweise" Abtastung der Begrenzungs­ fläche 22 des Behälters 11 zur Lokalisierung von an dieser auftretenden Lecks ist entweder dadurch möglich, daß der Behälter 11, in der Darstellung der Fig. 2 ge­ sehen, senkrecht zur Zeichenebene auf- oder abbewegt wird oder die Anordnung 10 einer entsprechenden Absen­ kung oder Anhebung gegenüber dem Behälter 11 unterwor­ fen wird.

Konstruktion und Auslegung einer für eine insoweit er­ läuterte punkt- und zeilenweise Abtastung der Behälter- Begrenzungsfläche 22 erforderlichen Hub-Vorrichtung für den Behälter 11 oder die optische Anordnung 10 werden als im Bereich fachmännischen Könnens liegend angesehen.

Zur Auskopplung des für den Nachweis des Testfluids im Untersuchungsvolumen 12 ausgenutzten phasenkonjugierten Wellenfeldes, das sich in der zur Ausbreitungsrichtung 14′′′ des Testfeldes entgegengesetzten, durch den Pfeil 28 repräsentierten Richtung ausbreitet, auf einen Detektor 32 ist zwischen dem Umlenkspiegel 24 und dem schwenkbaren Spiegel 26 ein teildurchlässiger Spiegel 29 so angeordnet, daß die Ausbreitungsrichtung 28′ des an diesem teildurchlässigen Spiegel 29 reflektierten, zu dem Testfeld 14′′′ phasenkonjugierten Wellenfeldes parallel zu der zentralen Achse 13 des stehenden Wellen­ feldes verläuft. Das an dem teildurchlässigen Spiegel 29, dessen Durchlässigkeit vorzugsweise um 50% beträgt, reflektierte, zu dem Testfeld phasenkonjugierte Wellen­ feld wird mittels einer Linse 31 auf den fotoelektrischen Detektor 32 fokussiert, dessen Ausgangssignal in Ein­ heiten der Konzentration des Testfluids im Untersuchungs­ volumen 12 auswertbar ist.

Bei der Anordnung 10 gemäß Fig. 2 ist der schwenkbare Spiegel 26 derart angeordnet und sein Schwenkbereich α dahingehend eingeschränkt, daß eine rechtwinklige Kreu­ zung des Testwellenfeldes und des stehenden Wellenfel­ des 14,17 ausgeschlossen ist. Dadurch wird vermieden, daß z. B. an dem Behälter 11 reflektierte Teststrahlung mit gleicher Ausbreitungsrichtung wie derjenigen des phasenkonjugierten Wellenfeldes zu dem Spiegel 26 zu­ rückgeworfen und damit auch nach Reflexionen an dem teildurchlässigen Spiegel 29 als störender Untergrund zum Detektor 32 gelangen kann.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 werden Quer­ schnittsflächen der Strahlungsbündel um 1 cm² oder kleiner als günstig angesehen, um einen bestmöglichen Kompromiß zwischen Orts-Auflösungsvermögen der Leck- Detektion und Abtast-Zeit bei vorgegebener Leistung des Lasers 23 zu erzielen.

Zur Erläuterung weiterer Maßnahmen, die geeignet sind, den Einfluß störender elektromagnetischer Felder, die den Nachweis des phasenkonjugierten Wellenfeldes behin­ dern könnten, weitgehend auszuschließen, sei nunmehr wieder auf die Fig. 1 Bezug genommen, deren optische Anordnung 10 sich von derjenigen gemäß Fig. 2 insoweit unterscheidet, als hier eine "gleichzeitige" Erfassung der gesamten Fläche einer dem Untersuchungsvolumen 12 zugewandten Begrenzungsfläche 22 eines relativ kleinen Behälters möglich sein soll, und demgemäß durch die optische Anordnung 10 auch gleichzeitig eine Abbildung des Untersuchungsvolumens 12 auf einen Bildschirm 33 gewonnen wird, der in zweckmäßiger Gestaltung als ein Matrix-Array von punktförmigen Detektoren ausgebildet ist. Das Testwellenfeld 18, das ebenso wie beim Ausfüh­ rungsbeispiel gemäß Fig. 2 erläutert, aus dem Ausgangs- Wellenfeld des Lasers 23 abgezweigt worden sein kann, wird hier einer Fokussierung mittels einer Linse 34 unterworfen und als konvergentes Lichtbündel 36 auf die Öffnung 37 einer Blende 38 fokussiert, wonach es sich als divergentes Bündel 36′ zu dem Behälter 11 hin, diesen insgesamt ausleuchtend, ausbreitet. Das Testvolumen 12 ist im Falle des Auftretens eines Lecks 15 durch den von dem Testfluid erfüllten Teilbereich des im wesentlichen kegelstumpfförmigen Raum-Bereiches ge­ bildet, der dem Parallelbündel 14, 17 und dem divergenten Testwellenfeld-Bündel gemeinsam ist. Das in einem be­ grenzten Bereich dieses Schnittvolumens dieser Wellen­ felder durch die Wechselwirkung mit dem Testfluid erzeugte phasenkonjugierte Wellenfeld 21, dessen Ausbreitungsrich­ tung zu derjenigen des Testwellenfeldes 18 entgegenge­ setzt ist, passiert die Blendenöffnung 37 ungehindert, während durch die Blende 38 aus anderen Teilen des Raumes kommende Strahlung abgeschattet wird. Nach Parallelisie­ rung des phasenkonjugierten Wellenfeldes durch die Linse 34 trifft das phasenkonjugierte Wellenfeld auf einen teildurchlässigen Spiegel 39, mittels dessen es aus dem auch von dem Testfeld 18 durchsetzten Raumbereich ausge­ koppelt und als Parallelbündel zu dem Bildschirm 33 gelenkt wird. Je nachdem, in welchem Bereich das Unter­ suchungsvolumen 12 innerhalb des Überlagerungsbereiches von Anregungs- und Testwellenfeld gebildet wird, d. h. wo die Konzentration aus dem Behälter ausströmenden Testfluids am größten ist, ist auch der Ort, an dem das phasenkonjugierte Wellenfeld auf den Bildschirm 33 auf­ trifft, in definierter Weise verschieden, so daß auf einfache Weise aus der Anordnung der ansprechenden Detektorelemente des Detektor-Arrays 33 auf den Ort eines Lecks 15 an dem zu prüfenden Behälter geschlossen werden kann.

Zur Erläuterung einer weiteren möglichen Gestaltung ei­ ner optischen Anordnung zur Dichtheitsprüfung sei nun mehr auf den schematisch vereinfachten Strahlengang der Fig. 3 Bezug genommen, der eine zu den Anordnungen gemäß den Fig. 1 und 2 funktionsanaloge Anordnung 30 zeigt, bei der das für den Nachweis von Testfluid in einem Untersuchungsvolumen ausgenutzte Wellenfeld mittels zweier Wellenfelder unterschiedlicher Frequenz erzeugt wird, die sich in derselben Richtung ausbreiten und das hieraus bei Anwesenheit eines Testfluids, das einen nichtlinearen optischen Effekt zeigt, resultierende phasenkonjugierte Wellenfeld eine Frequenz hat, deren Betrag durch die Differenz der Frequenzen der beiden Anregungswellenfelder gegeben ist. Die hier sich zu einem Gesamtwellenfeld überlagernden Wellenfelder können, soweit ihre Frequenzen unterschiedlich sind, mittels eines einfachen Monochromators 42 separiert voneinander zum Nachweis gebracht werden, wobei es genügt, diesen Monochromator 39 auf die Frequenz des phasenkonjugierten Wellenfeldes einzustellen. Ist die Frequenz des phasen­ konjugierten Wellenfeldes gleich der niedrigeren Frequenz eines der Anregungs-Wellenfelder, so ist eine Unter­ scheidung des phasenkonjugierten Wellenfeldes dieser Frequenz von dem Anregungsfeld gleicher Frequenz auf­ grund der unterschiedlichen Polarisationen dieser Wel­ lenfelder möglich, dies jedenfalls dann, wenn diese Po­ larisationen definiert verschieden sind. Hierzu geeig­ nete polarisationsempfindliche Filter oder Spiegel sind als Standard-Bauelemente der Optik bekannt.

Die anhand der Fig. 3 geschilderte Art des Nachweises des phasenkonjugierten Wellenfeldes ist auch dann zweck­ mäßig, wenn zwei sich in gleicher Richtung ausbreiten­ den Anregungs-Wellenfeldern mit streifendem Einfall ein Testwellenfeld überlagert wird und das hieraus resultie­ rende phasenkonjugierte Wellenfeld ebenfalls "streifend" zu der Ausbreitungsrichtung der Anregungs-Wellenfelder verläuft, da ansonsten ungünstig ausgedehnte Anordnungen entstehen würden.

Zur Erläuterung einer besonders einfachen Anordnung zum Nachweis eines Testfluids sei nunmehr auf die Fig. 4 verwiesen, die für den Fall gilt, daß das Untersu­ chungsvolumen einem Anregungs-Wellenfeld hoher Intensi­ tät ausgesetzt wird und das hierzu phasenkonjugierte Wellenfeld sich in der entgegengesetzten Richtung aus­ breitet. Dieser nichtlineare-optische Effekt, der als stimulierte Brillouin-Streuung bekannt ist, setzt je­ doch voraus, daß das Anregungs-Wellenfeld eine Mindest- Intensität hat, d. h. es wird im praktischen Fall ein Laser mit sehr hoher Strahlungs-Leistung benötigt. Zur Auskopplung des phasenkonjugierten Wellenfeldes aus dem "linearen" Strahlengang und Umlenkung eines Teils des phasenkonjugierten Wellenfeldes auf den Detektor 32 kann ein schwach reflektierender Strahlenteiler 41 mit der aus der Fig. 4 ersichtlichen Anordnung benutzt wer­ den.

Die in den Fig. 5a, 5b und 5c dargestellten Anordnungen zur Dichtheitsprüfung sind für den Answendungfall aus­ gelegt, daß ein Nachweis eines an einem Behälter oder an einem Ventilgehäuse, allgemein an einem Hohlkörper, der dicht abschließbar sein muß, vorhandenen Lecks sehr schnell durchgeführt werden kann, z. B. im Zuge der Serien­ produktion solcher Gegenstände.

Bei den Anordnungen 50, 50′ und 50′′ gemäß den Fig. 5a bus 5c erfolgt der Nachweis eines Lecks in Analogie zu den anhand der Fig. 1 bis 4 geschilderten Verfahrenswei­ sen, durch den Nachweis eines gas- oder dampfförmigen Testfluids, das in dem Untersuchungsvolumen 12 mit Hilfe eines dort erzeugten phasenkonjugierten Spiegels nach­ weisbar ist.

Das Untersuchungsvolumen 12 ist bei den Anordnungen 50, 50′ und 50′′ durch den Innenraum einer Nachweiskammer 43 definiert, die in einer typischen Gestaltung als ein gasdichtes Edelstahlrohr ausgebildet ist, das an seinen Enden durch plattenförmige Fenster 44 und 46 dicht ab­ geschlossen ist, die für die zur Erzeugung des phasenkonju­ gierten Spiegels ausgenutzten elektromagnetischen Wellen­ felder - IR-Laser-Lichtbündel - hinreichend durchlässig sind. Der auf Dichtheit zu prüfende Körper 11 ist in einer gasdicht abschließbaren Testkammer 47 angeordnet und über eine Testfluid-Leitung 48 mit erforderlichen­ falls unter erhöhtem Druck stehendem Testfluid, z. B. CO₂ oder SF₆ befüllbar, das aus einem Testfluid-Vorrats­ behälter 49 zuführbar ist.

Die Testkammer 47 und die Nachweiskammer 43 sind mit­ tels einer Vakuumpumpe 51 evakuierbar, wobei die Saug­ seite 52 der Vakuum-Pumpe 51 an die Nachweiskammer 43 an­ geschlossen ist und diese über eine weitere Testfluid- Leitung 53 kommunizierend mit der Testkammer 47 verbun­ den ist.

Mittels eines Belüftungsventils 54, das als ein von Hand oder als ein elektrisch betätigbares Magnetventil ausgebildet sein kann, sind die Nachweiskammer 12 und die Testkammer 47 sowie die Vakuumpumpe 51 von de­ ren Saugseite her belüftbar.

Um das Prüfobjekt 11 in kurzer Zeit mit Testfluid be­ füllen zu können, ist eine mit ihrem Ansaugeingang 56 an die Testfluidleitung 48 angeschlossene Pumpe 57 vor­ gesehen, mittels derer zum einen das Prüfobjekt 11 vor seiner Befüllung mit Testfluid evakuierbar ist und zum anderen in dem Prüfbehälter nach einem Testvorgang ent­ haltenes Testfluid zurück zum Testfluid-Vorratsbehälter 49 gepumpt wird und dadurch zurückgewonnen werden kann.

Der Ausgang 58 dieser Evakuierungs- und Rückförderpum­ pe 57 ist mittels eines als 2/2-Wege-Ventil ausgebilde­ ten Betriebssteuerventils 59 gegen die Umgebungsat­ mosphäre absperrbar, alternativ dazu zu dieser hin freiggebbar. Das Betriebssteuerventil 59 ist als Mag­ netventil ausgebildet, dessen Grundstellung 0 seine Sperrstellung ist und dessen erregte Stellung I seine den Pumpenausgang 58 mit der Umgebungsatmosphäre ver­ bindende Durchflußstellung ist.

Die Befüllung des Prüfobjekts 11 mit Testfluid ist mit­ tels eines weiteren, beim dargestellten Ausführungsbei­ spiels als 2/2-Wege-Ventil ausgebildeten Magnetventils 61 steuerbar, über das der Testfluid-Ausgang 62 des Testfluid-Vorratsbehälters 49 mit der zum Prüfobjekt 11 führenden Testfluid-Leitung 58 verbindbar, alternativ dazu gegen diese absperrbar ist. Die Grundstellung 0 dieses Befüllungs-Steuerventils 61 ist seine Sperrstel­ lung, in welcher die Testfluidleitung 58 und der an diese angeschlossene Eingang 56 der Pumpe 57 gegen den Testfluid-Ausgang 62 des Testfluid-Vorratsbehälters 49 abgesperrt sind, während seine erregte Stellung I die Durchfluß-Stellung ist, in welcher der Testfluid-Aus­ gang 62 mit der zum Prüfobjekt 11 führenden Testfluid- Leitung 48 verbunden ist.

Für den Testfluid-Vorratsbehälter 49 wird - zum Zweck der Erläuterung - voraussgesetzt, daß in diesem das Testfluid unter einem Druck von einigen bar, z. B. 4 bis 6 bar steht.

Zwischen den Ausgang 58 der Evakuierungs- und Rückför­ derpumpe 57 und den Testfluid-Ausgang 62 des Testfluid- Vorratsbehälters 49 oder, wie dargestellt, einen ei­ gens vorgesehenen Rücklaufanschluß 62′ des Testfluid- Vorratsbehälters 49 ist ein Rücklaufsteuerventil ge­ schaltet, das als einfaches Rückschlagventil 63 darge­ stellt ist, das durch den im Testfluid-Vorratsbehälter 49 herrschenden Druck in seine Sperrstellung gedrängt wird, durch relativ höheren Druck am Ausgang 58 der Evakuierungs- und Rückförderpumpe 57 jedoch in seine Offen-Stellung gelangt, in der, während das Betriebs­ steuerventil 59 und das Befüllungssteuerventil 61 in ihren Sperrstellungen 0 gehalten sind, das Testfluid aus dem Prüfobjekt 11 in den Testfluid-Vorratsbehälter 49 zurückgepumpt werden kann.

Die insoweit ihrem prinzipiellen Aufbau nach erläuterte Anordnung 50 ist zur Durchführung eines Lecktests wie folgt benutzbar:
Zur Vorbereitung der Anordnung 50 auf einen Testzyklus werden bei geschlossenem Belüftungsventil 54 deren Testkammer 47 und deren Nachweiskammer 43 durch Ak­ tivierung der Vakuumpumpe 51 evakuiert. Gleichzeitig wird bei gesperrtem Befüllungs-Steuerventil 61 und ge­ öffnetem Betriebs-Steuerventil 59 das Prüfobjekt 11 evakuiert.

Sobald das Prüfobjekt 11 hinreichend evakuiert ist, in diesem z. B. ein Restdruck von nur noch 1 mbar herrscht, wird das Prüfobjekt 11 mit Testfluid befüllt. Hierzu wird das Betriebs-Steuerventil 59 in seine Sperrstellung 0 zurückgeschaltet, die bis dahin im Evakuierungsbetrieb arbeitende Pumpe 57 ausgeschaltet und das Befüllungs- Steuerventil 61 in seine Durchfluß-Stellung I umge­ schaltet, so daß das Testfluid aus dem Vorratsbehälter 49 in das Prüfobjekt 11 überströmen kann. Die Vakuum­ pumpe 51 wird weiterhin im Evakuierungsbetrieb gehal­ ten, wobei sich im stationären Zustand in der Nachweis­ kammer 43 und in der Testkammer 47 stabile Werte der dort herrschenden Drücke ergeben, die in der Größenord­ nung zwischen 0,1 mbar und einigen mbar betragen.

Durch das bei Vorhandensein eines Lecks am Prüfobjekt aus diesem in die Testkammer 47 austretende Testfluid wächst dessen zu dem in der Testkammer 47 sowie in der Nachweiskammer 43 herrschenden Restdruck beitragender Partialdruck mit zunehmender Dauer des Testvorganges stetig an, bis in der Nachweiskammer 43 eine die Nach­ weisgrenze markierende Mindest-Konzentration des Test­ fluids gegeben ist, ab welcher sich im Untersuchungs­ volumen 12 unter dem Einfluß der elektromagnetischen Anregungs-Wellenfelder und des Testwellenfeldes auf­ grund des von dem Testfluid entfalteten nichtlinearen optischen Effektes die für den Nachweis des Testfluids ausgenutzte phasenkonjugierte Spiegelung ergibt, die zu einem Ausgangssignal des für den Nachweis vorgesehenen Detektors führt und somit im Ergebnis zu dem Nachweis des Lecks.

Auf die Größe eines solchermaßen nachgewiesenen Lecks des Prüfobjekts 11 kann zum einen aus der Dauer der Zeitspanne geschlossen werden, die ab dem Befüllen des Prüfobjekts 11 mit Testfluid verstreicht, bis im Unter­ suchungsvolumen 12 der zu einer phasenkonjugierten Re­ flexion des Testfeldes führende nichtlineare optische Effekt, der konzentrationsabhängig ist, auftritt, zum anderen auch aus dem zeitlichen Anstieg des Detektor- Ausgangssignals, das in einer monotonen, in der Regel linearen Relation zur Konzentration des Testfluids im Untersuchungsvolumen 12 der Nachweiskammer 43 steht.

Um das Anwachsen der Testfluid-Konzentration im Unter­ suchungsvolumen 12 gleichsam steuern zu können, ist die von der Testkammer 47 zu der Nachweiskammer 43 führende Testfluid-Leitung mit einer Drossel 64 mit einstellba­ rem Strömungswiderstand versehen, durch dessen Einstel­ lung der im stationären Betriebszustand der Anordnung 50 in der Nachweiskammer 43 sich einstellende Druck und damit auch die zeitliche Rate des Anstieges der Konzen­ tration des Testfluids in der Nachweiskammer 43 in wei­ ten Grenzen definiert vorgebbar ist, wodurch im Ergeb­ nis die Anordnung 50 an verschiedene Leckgrößen anpaß­ bar ist, ohne daß hierzu die optische Anorndung und/ oder die Empfindlichkeit der photoelektrischen Detek­ toranordnung verändert werden müssen.

Mittels der Drossel 64 ist somit die Zeitspanne ein­ stellbar, ab welcher unter den beispielhaft geschilder­ ten Betriebsbedingungen in der Nachweiskammer 43 die Nachweisgrenze der Konzentration des Testfluids er­ reicht wird und/oder die zeitliche Änderungsrate des Detektor-Ausgangssignals der optischen Nachweisanord­ nung vorgebbar, mit der, nachdem die Nachweisgrenze erreicht ist, das Nachweissignal mit zunehmender Kon­ zentration des Testfluids in der Nachweiskammer 43 an­ wächst.

Die in Fig. 5b dargestellte Anordnung 50′ unterscheidet sich von der Anordnung 50 gemäß Fig. 5a lediglich inso­ weit, als anstelle der Drossel 54 eine Förderpumpe 66 vorgesehen ist, und daß der die Nachweiskammer 43 mit der Saugseite 52 der Vakuumpumpe 51 verbindende Strö­ mungspfad über ein Molekularsieb 67 geführt ist, das, vorausgesetzt daß die Testfluid-Moleküle deutlich grö­ ßer sind als die anderen Gasmoleküle, vorwiegend N₂ und O₂, die insbesondere in der Vorbereitungsphase eines Meßzyklus aus der Testkammer 47 und der Nachweiskammer 53 abgesaugt werden müssen, so ausgelegt ist, daß es für die Testfluid-Moleküle praktisch undurchlässig, für die "kleineren" N₂- und O₂-Moleküle jedoch weitestge­ hend durchlässig ist.

Bei der insoweit geschilderten und auch lediglich dar­ gestellten Gestaltung der Anordnung 50′ gemäß Fig. 5b ist es zweckmäßig, wenn das um das Volumen des Prüfob­ jekts 11 verminderte "freie" Volumen der Testkammer 47 deutlich, z. B. 10 bis 100 mal größer ist als das Volu­ men der Nachweiskammer 43.

Bei dieser Auslegung der Anordnung 50′ kann durch Ak­ tivierung der Förderpumpe 66 der für ein Überschreiten der Nachweisgrenze des Testfluids in der Nachweiskammer 43 erforderliche Partialdruck desselben schon erreicht werden, wenn der aus dem Testfluid-Anteil resultierende Partialdruck in der Testkammer 47 noch deutlich niedri­ ger ist und dadurch im Ergebnis der Nachweis eines Lecks am Prüfobjet erheblich beschleunigt werden.

Zu beachten hierbei jedoch ist, daß die Förderpumpe 66 in ihrem nicht aktivierten Zustand nicht sperrend sein darf sondern allenfalls die Wirkung einer Drossel ent­ falten darf.

Ein zur Realisierung der Anordnung 50′ gemäß Fig. 5b geeigneter Pumpentyp ist daher eine sogenannte Moleku­ larpumpe, die bei relativ hohen Werten des absoluten Druckes die Wirkung einer Drossel mit relativ geringem Strömungswiderstand hat und zu geringeren Werten des absoluten Druckes hin eine zunehmende Förderwirkung entfaltet und darüberhinaus so ausgelegt werden kann, daß sie diese Förderwirkung vorwiegend für das Test­ fluid entfaltet, wiederum vorausgesetzt, daß dessen Moleküle schwerer sind als diejenigen des übrigen Gas­ stromes, der über diese Förderpumpe 66 strömen muß.

Die in der Fig. 5c, auf deren Einzelheiten nunmehr ver­ wiesen sei , dargestellte Anordnung 50′′ unterscheidet sich von der in der Fig. 5a dargestellten Anordnung 50 lediglich dadurch, daß ein Betriebsart-Umschaltventil 68 vorgesehen ist, mittels dessen die Anordnung 50 von der anhand der Fig. 5a geschilderten Fuktionsweise der Anordnung 50, bei der im Testbetrieb die Testkammer 57 evakuiert wird und das Testfluid in den Innenraum des Prüfobjekts 11 geleitet wird, in eine dazu alternative Betriebsart umschaltbar ist, in welcher im Testbetrieb der Innenraum des Prüfobjekts 11 permanent evakuiert wird und dafür der Innenraum der Testkammer 47 mit ge­ gebenenfalls unter erhöhtem Druck stehendem Testfluid befüllt gehalten wird.

Das Betriebsart-Umschaltventil 68 ist beim dargestell­ ten, speziellen Ausführungsbeispiel als 4/2-Wege-Ventil ausgebildet, in dessen Grundstellung 0 die Anordnung 50′′ in der der Anordnung 50 gemäß Fig. 5a entsprechenden Betriebsart benutzbar ist und in dessen hierzu alterna­ tiver Schaltstellung I die Anordnung 50′′ in der ande­ ren Betriebsart benutzbar ist.

Dieses Betriebsart-Umschaltventil 68, das in seiner Grundstellung 0 über einen ersten Durchflußpfad 69 die mittels des Befüllungs-Steuerventil 61 absperrbare und freigebbare Testfluid-Leitung 48 mit dem Innenraum des Prüfobjekts 11 verbindet und über einen zweiten Durch­ flußpfad 71 den Innenraum der Testkammer 47 mit der zur Nachweiskammer 43 weiterführenden, zweiten Test­ fluid-Leitung 53 verbindet und in seiner hierzu alter­ nativen Schaltstellung I die an das Befüllungs-Steuer­ ventil 61 angeschlossene Testfluid-Leitung 48 über ei­ nen Durchflußpfad 72 mit dem Innenraum der Testkammer 47 verbindet und über einen weiteren Durchflußpfad 73 den Anschluß des Innenraumes des Prüfobjektes 11 an die zur Nachweiskammer 43 führende Testfluid-Leitung 53 vermittelt, ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel als von Hand umschaltbares Ventil ausgebildet, das je­ doch auch, was bei einer Anordnung des Betriebsart-Umschalt­ ventils 68 innerhalb der Testkammer 47 zweckmäßig wäre, als elektrisch umschaltbares Ventil ausgebildet sein kann.

Soweit in der Fig. 5c Bau- und Funktionselemente der Anordnung 50, mit denselben Bezugszeichen belegt sind wie Bau- und Funktionselemente der in der Fig. 5a dar­ gestellten Anordnung 50 soll dies den Hinweis auf die Bau- und Funktionsgleichheit oder -analogie dieser Elemente und auch den Verweis auf deren andhand der Fig. 5a erfolgte Beschreibung beinhalten, um Wiederho­ lungen zu vermeiden. Selbstverständlich kann die Anord­ nung 50′′ auch in der anhand der Fig. 5b erläuterten Variante realisiert sein. Weiter versteht es sich, daß eine Anordnung 50′′ auch in der Weise realisiert sein kann, daß sie lediglich in der der Schaltstellung I des Betriebsort-Umschaltventils 68 entsprechenden Betriebsart betreibbar ist, in welchem Falle bei direktem Anschluß der Testfluid-Leitungen 48 und 53 an die Test­ kammer 47 und das Prüfobjekt 11 das Betriebsort-Umschalt­ ventil 68 wieder entfallen kann.

Zur Erläuterung einer optischen Anordnung, mittels de­ rer sich bei Anordnung 50, 50′ oder 50′′ zur Dicht­ heitsprüfung, wie anhand der Fig. 5a bis 5c geschil­ dert, in der Nachweiskammer 43 unter Ausnutzung des von dem Testfluid entfalteten nichtlinearen optischen Ef­ fekts ein phasenkonjugierter Spiegel erzielen läßt, der mit hoher Empfindlichkeit den Nachweis eines Testfluids ermöglicht, sei nunmehr auf den insgesamt mit 75 be­ zeichneten Strahlengang der Fig. 6 verwiesen, der den den Fig. 1 und 2 entnehmbaren Strahlengängen inso­ weit analog ist, als auch bei der optischen Anordnung - dem Strahlengang 75 - gemäß Fig. 6 die Erzeugung eines phasenkonjugierten Spiegels nach der sogenannten 4-Wel­ len-Mischung und der Nachweis des Testfluids in der Nachweiskammer 43 und damit der Nachweis eines am Prüf­ objekt 11 vorhandenen Lecks durch Messung der Intensi­ tät des aus dem Untersuchungsvolumen 12 - phasenkonju­ giert - zurückreflektierten Anteils eines Test-Wellen­ feldes erfolgt, das mit einem - stehenden - Anregungs­ wellenfeld kohärent ist, das durch zwei koheränte elektro­ magnetische Wellenfelder entstanden ist, die - im we­ sentlichen - dieselbe Intensität und entgegengesetzte Ausbreitungsrichtung haben, wobei sowohl diese beiden in entgegengesetzter Richtung laufenden Wellenfelder als auch das Test-Wellenfeld von einem einzigen primären Wellenfeld, z. B. dem von einer intensiven IR-Lichtquel­ le ausgesandten Primärlichtstrom abgezweigt sind.

Bei der optischen Anordnung gemäß Fig. 6 ist als Strah­ lungsquelle ein CO₂-Laser 76 vorgesehen, der als Pri­ mär-Lichtstrom ein Parallelbündel aussendet, das eine sehr schmalbandige spetrale Verteilung seiner Intensi­ tät um eine Zentrums-Wellenlänge von 10,6 µm hat, das heißt sehr gut monochromatisch ist, wobei die Licht­ leistung dieses Primär-Lichtstromes in einer typischen Auslegung des CO₂-Lasers 76 einen Wert von etwa 10 W hat und der - kreisrunde - Bündelquerschnitt zwischen 25 und 30 m³ berägt.

Der in der Fig. 6 durch die zentrale Achse 77 seines Lichtbündels und den seine Ausbreitungsrichtung mar­ kierenden Richtungspfeil 78 repräsentierte Primärlicht­ strom wird mittels eines als teildurchlässiger Spiegel ausgebildeten Strahlenteilers 79 und einer insgesamt vier Umlenkspiegel 81 und 82 sowie 83 und 84 umfassenden Spiegelanordnung in zwei Teillichtströme gleicher oder mindestens annähernd gleicher Lichtleistung aufgeteilt, die von entgegengesetzten Seiten her durch die Fenster 44 und 46 in die Nachweiskammer 43 eintreten und sich in der Nachweiskammer 43 unter einem sehr kleinen Win­ kel ε, der deutlich kleiner als 1° sein kann, kreuzen.

Diese Teillichtstöme, die wiederum durch den Verlauf der zentralen Achsen 86 und 88 der sie bildenden Par­ allelbündel und deren ihre Ausbreitungsrichtungen mar­ kierenden Richtungspfeile 87 und 89 repräsentiert sind, verlaufen beim dargestellten Ausführungsbeispiel in seitlichem Abstand von dem Primärlichtbündel 77, 78 und zu diesem annähernd parallel. Die reflektierenden Flä­ chen 81′, 82′, 83′ und 84′ der Umlenkspiegel 81 bis 84 sowie die reflektierende Fläche 79′ des als Strahlen­ teiler 79 ausgenutzten teildurchlässigen Spiegels ver­ laufen senkrecht zu der durch die zentralen Achsen 77, 86 und 88 des Primärlichtstromes 77, 78 und der Teil­ lichtströme 86, 87 und 88, 89 markierten Ausbreitungs­ ebene dieser Lichtströme, der die Zeichenebene der Fig. 6 entspricht.

Der eine Teillichtstrom, der durch das Fenster 46, ge­ mäß Fig. 6 "von rechts her" in die Nachweiskammer 43 eintritt, ist durch zweimalige 90°-Umlenkung des von dem Strahlenteiler 79 durchgelassenen Anteils des Primär­ lichtstromes 77, 78 erzielt, wobei die zentrale Achse 91 des von dem Strahlenteiler 79 durchgelassenen Licht­ bündels gegenüber der zentralen Achse 77 des den Primär­ lichtstrom 77, 78 bildenden Lichtbündels geringfügig seitlich versetzt ist, die Ausbreitungsrichtung 78′ des von dem Strahlenteiler 79 durchgelassenen Teillicht­ stromes 91, 78′ jedoch parallel zur Ausbreitungsrichtung 87 des Primärlichtstromes 77, 78 verläuft.

Die die beiden 90°-Umlenkungen des von dem Strahlentei­ ler 79 durchgelassenen Anteils 91, 78′ des vom dem CO₂- Laser 76 ausgesandten Primärlichtstromes 77, 78 ver­ mittelnden Spiegel 81 und 82 sind symmetrisch bezüglich einer Längsmittelebene 92 des Strahlenganges 75 angeord­ net, die senkrecht zur Ausbreitungsebene der bisher erläuterten Lichtströme verläuft und durch ihre Spur in dieser Ausbreitungsebene repräsentiert ist.

Der zweite Teillichtstrom 88, 89, der über das Fenster 44 - "von links her" - in die Nachweiskammer 43 ein­ tritt, resultiert aus dem an dem Strahlenteiler 79 mit kleinem Reflexionswinkel δ1 reflektierten Anteil 93 des Primärlichtstromes 77, 78 und wird von dem als hochreflek­ tierend vorausgesetzten Umlenkspiegels 83 wiederum mit kleinem Reflexionswinkel δ2 zurück zum Strahlenteiler 79 reflektiert, wobei die zentrale Längsachse 94 des diesen Teillichtstrom bildenden Lichtbündels mit der zentralen Längsachse 77 des Primärlichtstromes 77, 78 einen kleinen spitzen Winkel einschließt. Der an dem Strahlenteiler 79 wiederum mit kleinem Reflexionswinkel δ3 reflektierte, durch die zentrale Achse 96 seines Lichtbündels repräsentierte Teillichtstrom 96, dessen Lichtleistung gegenüber derjenigen des Primärlichtstro­ mes 77, 78 um den Faktor R² reduziert ist, wobei R das Reflexionsvermögen des Stahlenteilers 79 bezeich­ net, wird mittels des weiteren - hochreflektierenden - Umlenkspiegels 84 unter dem ebenfalls kleinen Reflexions­ winkel δ4 als zweiter Teillichtstrom 88, 89 in die Nachweiskammer 43 gelenkt, in der sich die zentralen Achsen 86 und 88 der beiden Teillichtströme 86, 87 und 88, 89 unter dem erwähnten kleinen Winkel ε kreuzen.

Aus der Überlagerung der solchermaßen erzeugten - ko­ härenten - Teillichtströme 86, 87 und 88, 89 resultiert in der Nachweiskammer 43 ein stehendes elektromagneti­ sches Feld, das als Anregungswellenfeld ausgenutzt wird, durch das bei Vorhandensein von Testfluid in der Nach­ weiskammer 43 die für die Ausbildung eines phasenkonju­ gierten Spiegels erforderliche räumlich periodisch va­ riierende Struktur der optischen Dichte innerhalb der Nachweiskammer 43 erzielt wird.

Gleiche Lichtleistung der in entgegengesetzter Richtung in die Testkammer eintretenden Anregungswellenfelder, die sich zu einem stehenden Anregungs-Wellenfeld über­ lagern, ergibt sich in sehr guter Näherung, wenn das effektive Reflexionsvermögen des Strahlenteilers 79 62% und demgemäß sein Transmissionsvermögen 38% betragen. Der dritte Teillichtstrom, der als Testfeld in die Nach­ weiskammer 43 geleitet wird und, wenn sich Testflüssig­ keit in der Nachweiskammer 43 befindet, dort eine teil­ weise phasenkonjugierte Reflexion in Rückwärtsrichtung erfährt, so daß aus dem Nachweis des phasenkonjugiert reflektierten Lichtstromes unmittelbar auf das Vorhanden­ sein von Testfluid und dessen Konzentration und mittel­ bar auf das Vorhandensein eines Lecks an einem Prüfobjekt 11 geschlossen werden kann, wird von demjenigen vom Strahlenteiler 79 zu der die zweimalige 90°-Strahlum­ lenkung vermittelnden Umlenkspiegelanordnung 81, 82 hinlaufenden Teillichtstrom 96 abgezweigt, der aus der "zweiten" Reflexion des Primärlichtstromes 77, 78 an dem Strahlenteiler 79 resultiert und mit der Ausbreitungs­ richtung 78 des Primärlichtstromes 77, 78 einen kleinen Winkel α einschließt, der beim dargestellten Ausführungs­ beispiel einen Wert von etwa 2,5° hat. Dieser Teillicht­ strom 96, dessen Lichtleistung etwa 23% der Lichtleistung des Primärlichtstromes 77, 78 beträgt, trifft nach Um­ lenkung an dem in Ausbreitungsrichtung gesehenen ersten Umlenkspiegel 81 auf einen zweiten als teildurchlässiger Spiegel ausgebildeten Strahlenteiler 97, für den ein Reflexionsvermögen von 84% und demgemäß eine Durchlässig­ keit von nur 16% vorausgesetzt seien, so daß der von diesem Strahlenteiler 97 weiterlaufende Teillichtstrom 96′ schließlich noch eine maximale Lichtleistung von 3,7% derjenigen des Primärlichtstromes 77, 78 hat. Dieser Teillichtstrom 96′ wird nach Umlenkung an dem zweiten Umlenkspiegel 82, etwa um 90°, als Testlichtstrom in die Nachweiskammer 43 eingekoppelt, wobei die zentrale Achse 96′′ dieses Testlichtstromes die zentrale Längs­ achse der Nachweiskammer 43 zweckmäßigerweise in deren Zentrum 98 schneidet.

Das bei Vorhandensein von Testfluid in der Nachweiskam­ mer auftretende, phasenkonjugiert reflektierte Wellen­ feld, das sich entgegen der Ausbreitungsrichtung des Testwellenfeldes 96′, 96′′ ausbreitet, ist mit einem durch das Reflexionsvermögen des zweit 01140 00070 552 001000280000000200012000285910102900040 0002004306232 00004 01021en Strahlentei­ lers 97 bestimmten, überwiegenden, Anteil zu dem Detek­ tor 22′ hin auskoppelbar.

Licht, das zur Erzeugung eines Testfeldes geeignet nie­ driger Intensität mittels des zweiten Strahlenteilers 97 aus dem zur Erzeugung des Testfeldes 96′′ ausgenutzten Teillichtstrom 96′ ausgekoppelt worden ist, wird zur Vermeidung von störendem Streulicht einer Strahlenfalle 99 zugeleitet und von dieser absorbiert. Funktionsanaloge Strahlenfallen können auch in anderen Bereichen der Anordnung 75 zweckmäßig sein.

Als Maßnahme zur Vermeidung von Streulicht in dem Strahlen­ gang 75 ist auch vorgesehen, daß die Fenster 44 und 46 der Nachweiskammer 43 gegenüber der Ausbreitungsebene der Anregungs- und Testwellenfelder eine Neigung haben, die bezüglich der Normalen der Aufbereitungsebene zwischen 10° und 20° betragen kann, verzugsweise 15°.

Claims (30)

1. Verfahren zur Dichtheitsprüfung von Behältern und/ oder Gehäusen, wonach ein derartiges Prüfobjekt mit einem Testfluid beaufschlagt wird, das gegenüber der Umgebung unter erhöhtem Druck steht, so daß bei Vorhandensein eines Lecks Fluid aus dem Prüfobjekt austritt und hieraus das Leck erkannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Testfluid verwendet wird, dessen dielektrische Suszeptibilität eine ausge­ prägt nichtlineare Abhängigkeit von der Feldstärke eines elektromagnetischen Wellenfeldes hat, daß aus dem Prüfobjekt (11) ausgetretenes Testfluid in ei­ nem Untersuchungsvolumen (12) einem kohärenten elek­ tromagnetischen Wellenfeld ausgesetzt wird, das dem Testfluid in dem Untersuchungsvolumen eine räumlich definiert variierende Struktur seiner optischen Dichte aufprägt, und daß aus einem an dieser Struk­ tur phasenkonjugiert reflektierten elektromagneti­ schen Wellenfeld auf das Vorhandensein des Fluids und hieraus auf die Existenz eines Lecks am Prüfob­ jekt (11) geschlossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anregungs-Wellenfeld eine Frequenz bzw. Frequenzverteilung um eine Mittenfrequenz hat, wel­ che innerhalb der Bandbreite einer Absorptionslinie eines Absorptions-Bandensystems des Testfluids liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anregungs-Wellenfeld eine Frequenz hat, die deutlich höher ist als charakteristische Schwin­ gungs-Eigenfrequenzen der Moleküle des Testfluids, und daß zum Nachweis der von dem Testfluid ausge­ henden Strahlung eine Detektionseinrichtung verwen­ det wird, deren spektrale Empfindlichkeit bei der Frequenz des Anregungs-Wellenfeldes vernachlässig­ bar gering ist und erst in einem Frequenzabstand von der Frequenz des Anregungs-Wellenfeldes, der annähernd einer der Schwingungs-Eigenfrequenzen der Moleküle des Testfluids, vorzugsweise der niedrigsten dieser Eigenfrequenzen entspricht, einen hohen Wert erreicht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch kohärente Anregung von Molekülen des Test­ fluids eine induzierte Strahlungs-Emission dersel­ ben ausgelöst und deren Detektion zum Nachweis des Testfluids ausgenutzt wird (optisches Pumpen).

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des für die Detektion ausgenutz­ ten phasenkonjugierten Wellenfeldes das Testfluid zwei Anregungs-Wellenfeldern gleicher Ausbreitungs­ richtung aber verschiedener Frequenzen (ω₁ und ω₂) ausgesetzt wird, wobei das phasenkonjugierte Wellen­ feld dieselbe Ausbreitungsrichtung hat wie die Anre­ gungs-Wellenfelder und eine Frequenz (ω_pk), deren Betrag der Differenz der Frequenzen (ω₁ und ω₂) entspricht.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Frequenzen (ω₁ und ω₂) der Anregungs-Wellenfelder durch die Frequenz (ω_pk=ω₁-ω₂) des phasenkon­ jugierten Wellenfeldes den Beziehungen (ω₁<ω₂) und (ω_pk=ω₁-ω₂<ω₂) genügen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auskopplung mindestens ei­ nes Teils des phasenkonjugierten Wellenfeldes aus dem dieses und die Anregungs-Wellenfelder umfassen­ den Gesamtwellenfeld ein Kantenfilter verwendet wird, dessen Transmission erst ab einer Frequenz (ω_τ) einsetzt, die der Relation (ω₂<ω_τ<ω₁-ω₂) genügt.

7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Frequenzen (ω₁ und ω₂) der Anregungs-Wellenfelder und die Frequenz (ω_pk=ω₁-ω₂) des phasenkonjugier­ ten Wellenfeldes der Beziehung:
ω₁<ω₁-ω₂<ω₂
genügen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auskopplung des für die Detektion vorgesehenen Teils des pha­ senkonjugierten Wellenfeldes aus dem dieses und die Anregungs-Wellenfelder umfassenden Gesamtwellenfeld ein Bandfilter benutzt wird, dessen maximaler Trans­ missionsgrad bei der Frequenz (ω_pk=ω₁-ω₂) liegt.

8. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Frequenz (ω₁) des einen der Anregungswellenfelder dem doppelten Wert 2ω₂ der Frequenz ω₂ des anderen Anregungs- Wellenfeldes entspricht und das phasenkonjugierte Wellenfeld, dessen Frequenz ebenfalls der Frequenz (2ω₂-ω₂)=ω₂ des niedriger frequenten An­ regungs-Wellenfeldes entspricht, polarisiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des phasenkonjugierten Wellenfeldes mittels eines pola­ risationsempfindlichen Strahlenteilers aus dem Ge­ samtwellenfeld ausgekoppelt und zu der Detektoran­ ordnung gelenkt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Testfluid in dem Untersuchungsvolumen zwei Anregungs-Wellenfelder hoher Intensität und glei­ cher Ausbreitungsrichtung, jedoch verschiedener Frequenzen (ω₁ und ω₂) ausgesetzt wird und einem dritten Wellenfeld geringer Intensität als Test­ feld, dessen Ausbreitungsrichtung streifend ist, d. h. unter einem sehr kleinen Winkel zu derjenigen der Anregungs-Wellenfelder verläuft, wodurch ein zu dem Testfeld phasenkonjugiertes Wellenfeld entsteht, das unter einem kleinen Winkel zur Ausbreitungsrich­ tung der Anregungs-Wellenfelder aus dem Untersu­ chungsvolumen austritt und der Detektion unterwor­ fen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Testfluid in dem Untersuchungsvolumen (12) unter Bildung eines stehenden Wellenfeldes zwei An­ regungsfeldern (14, 17) gleicher Frequenz und hoher Intensität, jedoch entgegengesetzter Ausbreitungs­ richtung ausgesetzt wird, sowie einem dritten Wel­ lenfeld (14′′′) derselben Frequenz, jedoch geringe­ rer Intensität als Testfeld, dessen Ausbreitungs­ richtung unter einem beliebigen Winkel zu derjeni­ gen der Anregungs-Wellenfelder stehen kann, vorzugs­ weise unter einem Winkel zwischen 45° und 80° und daß ein zu dem Testwellenfeld (14′′′) phasenkonju­ giertes Wellenfeld (28) als Nachweisfeld für die Detektion ausgenutzt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß als Testfluid ein Gas wie CO₂, NH₃, C₂H₄, CF₄, CH₃F, oder auch CS₂, SF₆ ver­ wendet wird, das durch Bestrahlung mit einem elektro­ magnetischen Wellenfeld aus dem spektralen Bereich des nahen Infrarot zu mit Rotationen gekoppelten Eigenschwingungen seiner Moleküle anregbar ist.

2. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß die Intensität des Anre­ gungs-Wellenfeldes bzw. der Anregungs-Wellenfelder und/oder eines Testwellenfeldes vorzugssweise stu­ fenlos veränderbar ist/sind.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensitätsvariation zyklisch nach einer definiert vorgegebenen Zeitfunktion erfolgt, vor­ zugsweise zeitlinear innerhalb der Variationszyk­ len.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Intensitätsvariation nach einer Rampenfunktion erfolgt, in deren Verlauf zwischen ansteigenden und abfallenden Phasen die Intensität für eine kurze Zeitspanne auf einem niedrigen bzw. einem hohen Wert konstant gehalten wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß innerhalb einer Änderungs­ phase der Intensität des jeweiligen Anregungs- oder Testwellenfeldes mindestens einmal und vorzugsweise fortlaufend der Differentialquotient (dI_pk/dI_A) und/oder der Differentialquotient (dI_pk/dI_T) ermit­ telt und mit einem Referenzwert verglichen wird, der für den Fall gilt, daß in das Untersuchungsvo­ lumen aus einem zu prüfenden Testobjekt entwichenes Testfluid nicht eingeströmt ist.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß mindestens innerhalb ei­ ner Änderungsphase des jeweiligen Anregungs- oder Testwellenfeldes mehrfach und vorzugsweise fortlau­ fend der Differentialquotient d²I_pk/dI² _A und/oder der Differentialquotient d²I_pk/dI_T ² ermittelt wird.

17. Anordnung zur Dichtheitsprüfung von Behältern und Gehäusen, die mit einem vorzugsweise gas- oder dampfförmigen Testfluid beaufschlagbar sind, das gegenüber der Umgebung unter einem erhöhten Druck steht, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• a) es ist eine als Laser ausgebildete Strahlungs­ quelle (23) vorgesehen, die ein kohärentes Wel­ lenfeld mit parallelen, ebenen Wellenfronten aussendet,
• b) es ist ein als teildurchlässiger Spiegel, dessen Reflexionsvermögen zwischen 95% und 98% be­ trägt, und dessen Transmission zwischen 5% und 2% beträgt, ausgebildeter Reflektor (16) vorge­ sehen, der den an ihm reflektierten Teil des von dem Laser (23) ausgesandten Wellenfeldes zur Strahlungsquelle hin zurückreflektiert,
• c) es ist eine Umlenkspiegel-Anordnung (24, 26) vor­ gesehen, mittels derer mindestens ein Teil des von dem teildurchlässigen Spiegel (16) durchge­ lassenen Wellenfeldes (14′) als Testwellenfeld in einen Raumbereich umlenkbar ist, in dem - zwi­ schen der Strahlungsquelle (23) und dem teilre­ flektierenden Spiegel (16) - das stehende Wel­ lenfeld (14, 17) vorliegt und
• d) im Ausbreitungspfad des Testwellenfeldes und in dem mit diesem geometrisch zusammenfallenden Ausbreitungsbereich eines aus der Wechselwirkung des Testwellenfeldes (14′′′) mit in den sowohl dem stehenden Wellenfeld (14, 17) als auch dem Testwellenfeld (14′′′) ausgesetzten Bereich gelang­ tem Testfluid resultierenden, phasenkonjugierten Wellenfeldes (28) ist ein weiterer teildurch­ lässiger Spiegel (29), vorzugsweise ein Spiegel mit einem Transmissionsvermögen von 50%, ange­ ordnet, mittels dessen ein entsprechender Anteil (28′) des phasenkonjugierten Wellenfeldes (28) zu einer Detektor-Anordnung (32) hin umlenkbar ist.

18. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Umlenkspiegel (24 bzw. 26) mittels dessen das Testwellenfeld (14′′′) in den Bereich des - stehenden - Anregungs-Wellenfeldes (14, 17) umlenkbar ist, um eine senkrecht zur Aus­ breitungsebene des Testwellenfeldes (14′′, 14′′′) verlaufende Achse (27) mindestens innerhalb eines begrenzten Drehwinkelbereiches drehbar ist, und daß das Testobjekt (11) parallel zur Drehachse (27) des drehbaren Spiegels (26) hin- und her- bzw. auf- und abverfahrbar ist.

19. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Spiegel als ein Polygonspiegel ausgebildet ist, dessen reflektierende Flächen in axialsymmetrischer Anordnung um die Drehachse (27) des Spiegels gruppiert sind.

20. Anordnung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, da­ durch gekennzeichnet, daß der zur Umlenkung eines Teils des mit dem Testwellenfeld phasenkonjugierten Wellenfeldes (28, 28′) vorgesehene, weitere teil­ durchlässige Spiegel (29) zwischen dem drehbaren Spiegel (26) und dem das Testwellenfeld zu dem drehbaren Spiegel hin umlenkenden Spiegel (24) an­ geordnet ist.

21. Anordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der teildurchlässige Spiegel (29) mit derjeni­ gen Orientierung seiner teilreflektierenden Fläche in den Strahlengang der Anordnung (10) eingefügt ist, daß die Ausbreitungsrichtung des an dem teil­ durchlässigen Spiegel (29) teilweise reflektierten phasenkonjugierten Wellenfeldes (28′) parallel oder annähernd parallel zur zentralen Achse (13) des An­ regungs-Wellenfeldes (14, 17) verläuft.

22. Anordnung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, da­ durch gekennzeichnet, daß das zur Erzeugung des aus dem Untersuchungsvolumen (12) austretenden phasen­ konjugierten Wellenfeldes ausgenutzte Testwellen­ feld ein durch Fokussierung eines als Parallelbün­ del erzeugten Wellenfeldes auf eine Blendenöff­ nung (37) entstandenes divergentes Wellenfeld ist.

23. Anordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Nachweis des phasenkonjugierten Wellen­ feldes vorgesehene Detektor-Einrichtung als geord­ nete Matrix-Anordnung einer Vielzahl von Detektoren ausgebildet ist.

24. Anordnung zur Dichtheitsprüfung von Behältern und Gehäusen, die nach dem Prinzip arbeitet, ein am Prüfobjekt vorhandenes Leck durch den Nachweis eines über das Leck in ein Untersuchungsvolumen einströmenden, gas- oder dampfförmigen Testfluids zu erfassen, wobei dessen Nachweis durch Detektion eines aus dem Untersuchungsvolumen phasenkonju­ giert reflektierten Anteils eines elektromagneti­ schen Testfeldes erfolgt, dem das Testfluid in dem Untersuchungsvolumen gleichzeitig mit einem kohä­ renten elektromagnetischen Anregungswellenfeld aussetzbar ist, durch deren Wechselwirkung mit dem Testfluid ein phasenkonjugierter Spiegel entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) eine das Prüfobjekt (11) aufnehmende, evakuier­ bare Testkammer (47) vorgesehen ist, innerhalb derer das Prüfobjekt (11) mit dem Testfluid beaufschlagbar ist, entweder derart, daß in die Testkammer (47) eingeleitetes Testfluid über ein Leck des Testobjekts (11) in dieses überströmt, oder derart, daß in das Testobjekt (11) eingeleitetes Testfluid aus diesem in die Testkammer (47) überströmt, daß
• b) eine das Untersuchungsvolumen (12) begrenzen­ de, dem Anregungswellenfeld und dem Testwel­ lenfeld aussetzbare Nachweiskammer (43) vorge­ sehen ist, der über eine Testfluid-Leitung (53) der über das Leck des Testobjekts (11) fließende Testfluid-Strom zugeleitet ist, und daß
• c) eine Vakuumpumpe (51) vorgesehen ist, mittels derer in der Nachweiskammer (43) ein definier­ ter, dem Betrage nach niedriger Druck ein­ stellbar ist.

25. Anordnung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeich­ net, daß die den Testfluid-Strom zur Nachweiskam­ mer (43) führende Fluid-Leitung (53) mit einer Drossel (64), vorzugsweise einer Drossel mit ein­ stellbarem Strömungswiderstand versehen ist.

26. Anordnung nach Anspruch 24 oder Anspruch 25, da­ durch gekennzeichnet, daß der von der Nachweiskam­ mer (53) zur Saugseite (52) der zur Evakuierung der Nachweiskammer (43) vorgesehenen Pumpe (51) führende Testfluid-Strömungspfad über ein Moleku­ larsieb (67) führt, das für die Testfluid-Moleküle undurchlässig oder zumindest annähernd undurchläs­ sig ist.

27. Anordnung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeich­ net, daß das Volumen der Testkammer (47) und/oder des Prüfobjekts (11), aus dem das Testfluid der Nachweiskammer (43) zugeleitet ist, deutlich grö­ ßer ist als deren Volumen, und daß eine Förderpum­ pe (66) vorgesehen ist, durch deren Aktivierung mindestens zeitweise ein erhöhter Testfluid-Strom zu der Nachweiskammer (43) erzielbar ist.

28. Anordnung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeich­ net, daß als Testfluid ein Gas verwendet ist, des­ sen Molekulargewicht größer ist als dasjenige der Luft-Sauerstoffmoleküle, und daß die Förderpumpe (66) als Molekularpumpe ausgebildet ist.

29. Anordnung nach einem der Ansprüche 24 bis 27, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Betriebsart-Umschalt­ ventil (68) vorgesehen ist, in dessen einer Funk­ tionsstellung die Testfluid-Zufuhr über das Test­ objekt (11) erfolgt und der zum Lecknachweis aus­ genutzte Testfluid-Strom durch Evakuierung der Testkammer (47) erzielbar ist, und in dessen an­ derer Funktionsstellung die Testfluid-Zufuhr über die Testkammer (47) und die Erzeugung des zum Leck­ nachweis ausgenutzten Testfluid-Stromes durch Eva­ kuierung des Testobjekts (11) erfolgt.

30. Anordnung nach einem der Ansprüche 24 bis 29, da­ durch gekennzeichnet, daß die reflektierenden Flä­ chen zur Einkopplung des Anregungswellenfeldes und des Testwellenfeldes in das Untersuchungsvolumen (12) der Testkammer (43) sowie zur Auskopplung des im Untersuchungsvolumen (12) phasenkonjugiert re­ flektierten Nachweis-Wellenfeldes vorgesehener Ein- und Auskoppelfenster (44, 46) der Nachweis­ kammer (43) gegenüber der Ausbreitungsebene der das Anregungswellenfeld, das Testfeld und das phasenkonjugiert reflektierte Wellenfeld bildenden Lichtströme unter einem von 90° verschiedenen Win­ kel verlaufen und mit dieser Ausbreitungsebene einen Winkel zwischen 70° und 80°, vorzugsweise einen Winkel von 75° einschließen.