專利名稱：用于在多個(gè)測(cè)試場(chǎng)地執(zhí)行泄漏檢測(cè)的測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在多個(gè)測(cè)試場(chǎng)地執(zhí)行泄漏檢測(cè)的裝置。
背景技術(shù)：
為了進(jìn)行泄漏檢測(cè)，可使用探漏氣體進(jìn)行探測(cè)，具體地，如氦、氬或其它惰性氣體，探漏氣體穿過一可能存在的泄漏點(diǎn)在其相對(duì)面可以被檢測(cè)到。為了檢測(cè)探漏氣體，一般情況下，可使用質(zhì)譜儀進(jìn)行檢測(cè)，然而由于質(zhì)譜儀比較復(fù)雜、昂貴，目前也提出了其它的方法以用于檢測(cè)探漏氣體。其中，有一種方法是使用氣密的測(cè)量元件，該測(cè)量元件被薄膜密封，該薄膜可以被探漏氣體滲透。對(duì)應(yīng)于測(cè)量元件外部探漏氣體分壓在測(cè)量元件的內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一總壓力。通過對(duì)測(cè)量元件內(nèi)部的總壓力進(jìn)行測(cè)量，可以確定探漏氣體是否出 現(xiàn)，以及確定其濃度。探漏氣體的檢測(cè)也可以采用吸收光譜法。通過激發(fā)，測(cè)量元件中的探漏氣體可以被提升到一較高能量水平，此時(shí)，可以被稱作亞穩(wěn)態(tài)。亞穩(wěn)氣體原子具有吸收光譜的特性，這樣，通過光譜可以光學(xué)檢測(cè)到亞穩(wěn)氣體原子。在光譜法中，需要對(duì)穿過亞穩(wěn)態(tài)的激光束進(jìn)行調(diào)整，以對(duì)各個(gè)輻射接收機(jī)的信號(hào)進(jìn)行評(píng)估。該方法使用的裝置非常復(fù)雜。因此，當(dāng)存在多個(gè)測(cè)試場(chǎng)地時(shí),各個(gè)技術(shù)投資需求將成倍數(shù)增加。本發(fā)明的目的在于提供一種裝置，以用于在多個(gè)測(cè)試場(chǎng)地執(zhí)行泄漏檢測(cè)，該裝置包括一主機(jī)單元，該主機(jī)單元可用于所有的測(cè)試場(chǎng)地，適合于對(duì)測(cè)試場(chǎng)地進(jìn)行遠(yuǎn)程測(cè)試。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的裝置由權(quán)利要求I定義。所述裝置包括多個(gè)測(cè)量元件，以用于光學(xué)檢測(cè)探漏氣體，其中，測(cè)量元件通過導(dǎo)光光纖連接到一主機(jī)單元上。該主機(jī)單元包括一頻率可變的激光器以及一光電探測(cè)器。該主機(jī)單元用于選擇性地與每個(gè)測(cè)量元件合作。這樣，只需一個(gè)主機(jī)單元，在該主機(jī)單元中，一激光束被生成以及調(diào)整，在主機(jī)單元中進(jìn)一步包括一評(píng)估單元，以用于對(duì)接收到的激光輻射進(jìn)行評(píng)估。這樣，在裝置安裝時(shí)，可以將大量的測(cè)量元件分配到不同的、需要泄漏檢測(cè)的測(cè)試場(chǎng)地，而所有泄漏測(cè)試的評(píng)估則在主機(jī)單元中進(jìn)行。用于將探漏氣體轉(zhuǎn)換到亞穩(wěn)態(tài)的裝置可以包括電極，該電極可生成一使用緩沖氣體的等離子弧，該等離子弧可以激發(fā)探漏氣體進(jìn)入到一較高能量狀態(tài)，在該狀態(tài)下探漏氣體可以被光學(xué)檢測(cè)到。另一激發(fā)進(jìn)入到亞穩(wěn)態(tài)的方法是使用電子源發(fā)出的電子進(jìn)行轟擊。在這種情況下，不需要使用緩沖氣體。在本發(fā)明提出的裝置中，可以使用光導(dǎo)管進(jìn)行信號(hào)傳輸，通過光導(dǎo)管縮短了單個(gè)測(cè)量元件和主機(jī)單元之間的距離，在測(cè)量元件和主機(jī)單元之間建立了連接。在主機(jī)單元中，可以對(duì)激光束進(jìn)行調(diào)制，在測(cè)量元件中，調(diào)制光譜可隨著探漏氣體的特征吸收線發(fā)生改變。產(chǎn)生的信號(hào)將通過導(dǎo)光光纖返回到主機(jī)單元。優(yōu)選地，激光器可使用雙音頻調(diào)制(TTM)進(jìn)行操作。在TTM光譜法中，兩個(gè)緊密相關(guān)、鄰近的調(diào)制頻率被生成，兩者的頻率間隔(中頻)非常小，優(yōu)選地，該中頻少于1MHz。該中頻Ω不會(huì)受到光纖中色散的影響。這樣，對(duì)于需要高調(diào)制頻率且較長(zhǎng)光傳輸路徑的應(yīng)用來說，TTM光譜法將非常有用。TTM光譜法更具體的描述可以參考Avetisov V. G.以及Kauranen P.等人在1996年發(fā)表的Appl. Opt. 35文章4705頁的描述。另一限定性因素是在光纖中對(duì)光的吸收。對(duì)于1083納米(nm)的波長(zhǎng)，吸收大約為I. 3dB/km，而對(duì)于更大的波長(zhǎng)，吸收則會(huì)降低。


后續(xù)說明書結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施披露進(jìn)行了充分、詳細(xì)的描述，包括本發(fā)明的最佳實(shí)施例，使得本領(lǐng)域技術(shù)人員可實(shí)施本發(fā)明。圖I示出了一測(cè)量元件的示意圖；圖2示出了一網(wǎng)絡(luò)示意圖，該網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)連接在主機(jī)單元上的測(cè)量元件； 圖3示出了光纖傳輸一頻率示意圖，并在圖中疊加了特征色散線；圖4示出了在輸入光束的單頻調(diào)制和產(chǎn)生的輸出光束的波幅調(diào)制情形下，導(dǎo)光光纖輸入和輸出端的頻譜；圖5示出了用于雙音頻調(diào)制的信號(hào)頻率，以及各自的特征光纖色散線；以及圖6不出了導(dǎo)光光纖輸入和輸出端的光譜，以用于TTFM調(diào)制。
具體實(shí)施例方式圖I示出了用于光學(xué)檢測(cè)探漏氣體的測(cè)量元件10。具體地，探漏氣體為氦。測(cè)量元件10由氣體不能滲透的材料制成，具體地，可由玻璃制成。測(cè)量元件10的內(nèi)部11由測(cè)試氣體入口 12密封。所述測(cè)試氣體入口 12包括一薄膜13，只有探漏氣體、或優(yōu)選地只有探漏氣體能夠滲透該薄膜，而其它氣體則不能。薄膜13是雙向可滲透的，從而使得元件10內(nèi)部11的壓力與元件外部探漏氣體的分壓相同?？梢灶A(yù)先對(duì)元件10進(jìn)行評(píng)估，這樣，在元件10中除了探漏氣體不能包括任何其它氣體。在元件10中，設(shè)置一激發(fā)裝置18，以用于將探漏氣體轉(zhuǎn)換到高激發(fā)狀態(tài)。所述激發(fā)裝置18可以為一電子源，以方便使用電子轟擊探漏氣體，從而將探漏氣體轉(zhuǎn)換到高激發(fā)狀態(tài)。在另一類型的元件中，可以提供一氣體放電路徑，其中，緩沖氣體將會(huì)被離子化，以用于將探漏氣體轉(zhuǎn)換到高激發(fā)狀態(tài)。亞穩(wěn)態(tài)的誘發(fā)也可以通過X光、多光子激發(fā)、拉曼類型布局以及通過中性原子/分子進(jìn)行撞擊，例如，通過超聲波束。為了對(duì)亞穩(wěn)態(tài)探漏氣體進(jìn)行光學(xué)檢測(cè)，可以使用一測(cè)量路徑14，該測(cè)量路徑包括一輻射源15以及一輻射接收器16，該輻射接收器16可用于接收所述輻射源的激光束17。由輻射源15發(fā)射的該激光束的波長(zhǎng)可以設(shè)置為(例如)1083. 034nm，這樣，當(dāng)氦用作探漏氣體時(shí)，從亞穩(wěn)態(tài)開始，可以達(dá)到的23P2的高能量水平。當(dāng)激光波長(zhǎng)為1083. 025nm時(shí)，則可以達(dá)到2 的能量水平。而當(dāng)激光波長(zhǎng)為1082. 908nm時(shí)，則可以達(dá)到2 的能量水平。當(dāng)探漏氣體位于其亞穩(wěn)態(tài)時(shí)，如果受到特定波長(zhǎng)的激光束的撞擊，則該波長(zhǎng)的輻射將會(huì)被吸收。具體可以參見DE 19853049C2。作為上述類型的測(cè)量元件的替代，可以使用改進(jìn)的類似測(cè)量元件，例如，使用連接到一泵設(shè)備上的測(cè)量元件，其中，泵設(shè)備可用于從測(cè)量元件的內(nèi)部移除探漏氣體。福射源15可以為導(dǎo)光光纖20的一部分,福射接收器可以為導(dǎo)光光纖21的一部分。如圖2所示，提供了一主機(jī)單元25，以用于在其中生成激光束，生成的激光束可用于所有測(cè)量元件10，該主機(jī)單元還可以用于對(duì)從測(cè)量元件退出的激光輻射進(jìn)行評(píng)估。所述主機(jī)單元25包括一激光器26，該激光器具有可控的激光波長(zhǎng)。在耦合裝置28a的協(xié)助下，由激光器生成的激光束27被稱合到導(dǎo)光光纖28,并被引導(dǎo)到一分束器29。該分束器29可以將激光束同步或順序地分配到單個(gè)測(cè)量元件10的導(dǎo)光光纖20，其中，測(cè)量元件10被設(shè)置在不同的測(cè)試場(chǎng)地30，使得測(cè)量元件可以在不同測(cè)試場(chǎng)地獨(dú)立地檢測(cè)探漏氣體。激光束17可以從所述導(dǎo)光光纖20耦合出來，穿過亞穩(wěn)態(tài)探漏氣體后，激光束將耦合到所述導(dǎo)光光纖21。所有的所述導(dǎo)光光纖21都連接在一光束選擇器33上，該選擇器33選擇性地將導(dǎo)光光纖21稱合到光導(dǎo)管34,而光導(dǎo)管34連接在主機(jī)單兀25上。在這里,一輸出稱合裝置35被提供，以用于可操作性地向一光電探測(cè)器37提供出射光束，其中，光電探測(cè)器37連接在一處理器38上。所述激光器26由控制器40控制，控制器40還具有調(diào)制器功能，以用于使用頻率生成器41的兩個(gè)頻率對(duì)激光束進(jìn)行調(diào)制。·圖3和圖4示出了包括測(cè)量元件10在內(nèi)的整個(gè)導(dǎo)光光纖路徑50的輸入和輸出端上光譜的振幅A的示意圖。輸入光譜51包括一中心頻率以及兩個(gè)邊頻帶,該中心頻率Qtl為激光器的輻射頻率，兩個(gè)邊頻帶由調(diào)整頻率定義。在圖3中還示出了導(dǎo)光光纖的非線性特征色散線54。在生成的輸出光譜52中，兩個(gè)邊頻帶具有不同的振幅。圖3和圖4是在對(duì)激光輻射執(zhí)行頻率調(diào)制FM后作出的。當(dāng)調(diào)制頻率ω i少于IMHz時(shí)(在波長(zhǎng)調(diào)制中)，對(duì)于幾十千米的長(zhǎng)度色散非常地小，是可忽略的。而對(duì)于高調(diào)制頻率(在GHz范圍內(nèi)或之上)，色散將會(huì)導(dǎo)致一 FM/AM發(fā)生變換，這難以與測(cè)量元件中的探漏氣體的吸收區(qū)分開來。圖5和圖6示出了通過雙音頻調(diào)制(TTFM)提供的一種方案。除了使用頻率Q1(例如，IGHz)進(jìn)行第一調(diào)制之外，還使用一更低的第二頻率Ω〈10ΜΗζ進(jìn)行第二調(diào)制。第一頻率O1處于GHz范圍內(nèi)，第一頻率Ω處于MHz范圍內(nèi)。在圖5中示出了輸入光譜51。第二調(diào)制頻率CO1和Ω被同步地生成、處理，進(jìn)而生成邊頻(COci-CO1Hlz^Q和(￠^+0^)+1/2 0。在圖4中，在光纖路徑50的輸入側(cè)示出了具有振幅Ae、單頻調(diào)制的激光(FM)頻率的光譜，而在輸出側(cè)示出了具有振幅Aa、相同的頻率的示意圖，其中振幅Aa受到了光纖色散的影響。作為比較地，在圖6中，在雙音頻調(diào)制中，頻率Ω的振幅在沿著光傳導(dǎo)路徑長(zhǎng)度不會(huì)明顯地受到影響，即不會(huì)受到色散的影響，也不會(huì)受到吸收的影響。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)對(duì)權(quán)利要求所限定的本發(fā)明所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求和其等價(jià)的技術(shù)方案的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于在多個(gè)測(cè)試場(chǎng)地(30)執(zhí)行泄漏檢測(cè)的裝置，所述裝置包括多個(gè)測(cè)量元件(10)，以用于光學(xué)檢測(cè)探漏氣體，每個(gè)所述測(cè)量元件(10)包括一激發(fā)裝置(18)、輻射源(15)以及一輻射接收器(16)，所述激發(fā)裝置(18)用于將探漏氣體轉(zhuǎn)換到亞穩(wěn)態(tài)，所述裝置還包括一主機(jī)單元(25)，所述主機(jī)單元(25)包括頻率可變的激光器(26)以及一光電探測(cè)器(37)，所述主機(jī)單元(25)通過導(dǎo)光光纖(20，21)連接到所述測(cè)量元件(10)，所述導(dǎo)光光纖(20，21)形成所述輻射源(15)以及所述輻射接收器(16)。
2.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，通過雙音頻調(diào)制(TTFM)對(duì)所述激光器(26)進(jìn)行操作。
3.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，通過頻率調(diào)制(FM)對(duì)所述激光器(26)進(jìn)行操作。
4.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，在所述主機(jī)單元(25)和所述測(cè)量元件(10)之間提供了一分束器(29)，以用于將單個(gè)激光束同步或順序地提供給所有單個(gè)測(cè)量元件10。
5.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，在所述測(cè)量元件(10)和所述主機(jī)單元(25)之間提供了一光束選擇器(33)，通過所述光束選擇器(33)，由所述測(cè)量單元(10)發(fā)射的多個(gè)激光束被同步或持續(xù)地提供給光導(dǎo)管(34)，進(jìn)而被引導(dǎo)到所述主機(jī)單元(25)。
全文摘要
一種泄漏檢測(cè)裝置，所述裝置包括多個(gè)測(cè)量元件(10)，在測(cè)量元件內(nèi)部激光束(17)的吸收會(huì)受到探漏氣體的影響。所有的所述測(cè)量元件(10)通過導(dǎo)光光纖(28，34)連接到一主機(jī)單元(25)，在所述主機(jī)單元(25)中，設(shè)置一用于調(diào)制的激光器以及一光電探測(cè)器(37)，優(yōu)選地，激光輻射的調(diào)制由雙音頻調(diào)制實(shí)現(xiàn)，這樣，光纖長(zhǎng)度不會(huì)明顯地影響測(cè)量的結(jié)果。
文檔編號(hào)G01M3/20GK102884408SQ201180015160
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2011年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者弗拉基米爾·史華茲, 鮑里斯·查洛博布洛德 申請(qǐng)人:英?？涤邢挢?zé)任公司