Способ масс-спектрометрического контроля герметичности моноблочных газовых лазеров



 


Владельцы патента RU 2555185:

Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" (ОАО "НИИ "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха") (RU)

Изобретение относится к области контроля герметичности изделий. Способ масс-спектрометрического контроля герметичности моноблочных газовых лазеров включает создание замкнутых объемов с обеих сторон контролируемой оболочки лазера, откачку внутреннего объема вместе с анализатором пробного газа до высокого вакуума, накопление в контролируемой оболочке, соединенной с анализатором, пробного газа путем прекращения откачки пробного газа при откачке остальных газов и регистрацию изменения фоновой величины пика пробного газа за контрольное время Tк, выбираемое при выходе на линейный участок нарастания величины пика пробного газа, которое определяется до тех пор, пока зависимость интенсивности фонового потока пробного газа от времени при соседних измерениях не будет совпадать по крутизне и интенсивности с точностью до 10%, но не менее 3 раз. Осуществляют возобновление откачки контролируемого объема вместе с газоанализатором, подачу пробного газа во внешний замкнутый объем, выжидают время не меньше установления стационарного потока пробного газа через дефекты поверхностей, соединяемых вакуумно-плотно способом оптического контакта, накопление пробного газа в контролируемом объеме, регистрацию изменения суммарного пика давления пробного газа за контрольное время Tк путем прекращения откачки из газоанализатора пробного газа при откачке остальных газов. Оценку герметичности изделия производят по разности суммарной и фоновой величин пика пробного газа в момент времени Tк. Накопление пробного газа во внутреннем объеме контролируемой оболочки проводят с откачивающимся газоанализатором, отключенным от контролируемого объема. Регистрацию накопленного пробного газа проводят через время Tp, определяющееся конструкцией лазера, пробным газом и являющееся большим, чем время установления стационарного потока пробного газа через дефекты поверхностей, минимум в четыре раза. Технический результат заключается в повышении процента определения течей, а также в повышении точности определения их местоположения.

 

Способ масс-спектрометрического контроля герметичности моноблочных газовых лазеров.

Изобретение относится к области контроля герметичности изделий, в частности к контролю герметичности при изготовлении малогабаритных моноблочных газовых лазеров, использующих для соединения элементов конструкции способ оптического контакта.

Известен способ контроля герметичности изделий, включающий откачку изделия вместе с анализатором пробного газа, создание вокруг контролируемого объема среды пробного газа и оценку герметичности изделия по разности амплитуд пика, соответствующего массе пробного газа, в отсутствие и при наличии вокруг изделия среды пробного газа [1].

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ масс-спектрометрического контроля герметичности изделий, в котором создают замкнутые объемы с обеих сторон контролируемой оболочки лазера, откачивают внутренний объем вместе с анализатором пробного газа до высокого вакуума, накапливают в контролируемой оболочке пробный газ, регистрируют изменение фоновой величины пика пробного газа за контрольное время, выбираемое на участке линейного нарастания величины пика пробного газа, повторяют процесс до тех пор, пока зависимость интенсивности фонового потока пробного газа от времени при соседних измерениях не будет совпадать по крутизне и интенсивности с точностью до 10%, но не менее 3 раз, возобновляют откачку внутреннего объема вместе с анализатором, подают пробный газ во внешний замкнутый объем, накапливают в контролируемой оболочке пробный газ при откачке остальных газов, с подключенным анализатором к контролируемой оболочке, прекращают откачку и регистрируют суммарную величину пика пробного газа через время задержки после заполнения пробным газом внешнего замкнутого объема, определяемое конструкцией лазера и пробным газом, которое не может быть меньше времени установления стационарного потока пробного газа через дефекты поверхностей, при этом лазер считают герметичным, если измеренная зависимость потока пробного газа от времени отличается по крутизне и интенсивности от зависимости фонового потока пробного газа от времени не более чем на 10%. [2]

Недостатком данного способа является невозможность проверки на герметичность контролируемой оболочки с требуемой точностью при наличии в вакуумной системе фонового сигнала, который достигает критического значения для газоанализатора за время, меньшее времени, за которое можно определить поток натекания с требуемой точностью.

Задачей настоящего изобретения является повышение точности и чувствительности при проверке на герметичность кольцевого лазерного гироскопа.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе масс-спектрометрического контроля герметичности моноблочных газовых лазеров с обеих сторон контролируемой оболочки моноблочного газового лазера создают замкнутые объемы, откачивают внутренний объем вместе с анализатором пробного газа до высокого вакуума, накапливают в контролируемой оболочке, соединенной с анализатором, пробный газ, прекратив откачку из нее пробного газа, но продолжая откачку остальных газов, и регистрируют изменение фоновой величины пика пробного газа за контрольное время, выбираемое при выходе на линейный участок нарастания величины пика пробного газа, повторяют процесс до тех пор, пока зависимость интенсивности фонового потока пробного газа от времени при соседних измерениях не будет совпадать по крутизне и интенсивности с точностью до 10%, но не менее 3 раз, возобновляют откачку внутреннего объема вместе с анализатором, подают пробный газ во внешний замкнутый объем, выжидают время не меньшее времени, необходимого для установления стационарного потока пробного газа через дефекты поверхностей, соединяемых вакуумно-плотно способом оптического контакта, перекрывают откачку контролируемой оболочки, накапливают пробный газ в контролируемом объеме в течение времени Тр, определяющегося конструкцией лазера, пробным газом и большего времени установления стационарного потока пробного газа через дефекты поверхностей, соединяемых вакуумно-плотно способом оптического контакта, минимум в четыре раза, и может быть рассчитано по формуле:

гдеΔРко (Па) - изменение давления в контролируемой оболочке за время Тр;

ΔРсист (Па) - минимальное изменение давления, которое позволяет регистрировать газоанализатор;

Vсист3) - объем газоанализатора + объем вакуумных магистралей;

Vко3) - объем контролируемой оболочки;

Q (Па*м3/сек) - поток натекания,

прекращают откачку газоанализатора и подключают к нему контролируемый объем через время Тк (время выхода фонового сигнала на линейный режим) и регистрируют изменение суммарного пика пробного газа, оценивают герметичность изделия по разности суммарной и фоновой величины пика пробного газа в момент выхода на линейный участок нарастания величины пика пробного газа, при этом герметичным будет считаться моноблочный газовый лазер, в котором измеренная зависимость потока пробного газа от времени отличается по крутизне и интенсивности от зависимости фонового потока пробного газа от времени не более чем на 10%.

Предлагаемый способ масс-спектрометрического контроля герметичности моноблочных газовых лазеров реализован следующим образом. Контролируемый лазер подсоединяют к оборудованному масс-спектрометром (газоанализатор) вакуумному посту и закрывают снаружи вакуумно-плотно колпаком печи для отжига изделий. Лазер, масс-спектрометр и устройство избирательного поглощения газов откачивают до давления не выше 6.3·10-5 Па, а колпак печи до давления 6.5·10-1 Па. Перекрывают откачку лазера, масс-спектрометра и устройства избирательного поглощения газов, не прекращая откачки колпака, и фиксируют в течение 5 минут интенсивность пика массы, соответствующей пробному газу. Откачивают лазер, масс-спектрометр и устройство избирательного поглощения газов до давления не выше 6.5·10-5 Па, вновь перекрывают их откачку и фиксируют в течение 5 минут интенсивность пика массы, соответствующей пробному газу. Измерение фонового потока пробного газа повторяют до тех пор, пока зависимость интенсивности фонового потока пробного газа от времени при соседних измерениях не будет совпадать по крутизне и интенсивности с точностью до 10% (что определяется точностью используемой аппаратуры), но не менее 3 раз. Снова откачивают лазер, масс-спектрометр и устройство избирательного поглощения газов до давления не выше 6.5×10-5 Па. Перекрывают откачку лазера и устройства избирательного поглощения газов при откачивающемся масс-спектрометре. Перекрывают откачку колпака печи для отжига изделий, и наполняют его пробным газом. Через 20 минут после заполнения колпака печи пробным газом фиксируют изменение интенсивности пика массы, соответствующей пробному газу, перекрыв откачку масс-спектрометра и присоединив его к лазеру и устройству избирательного поглощения газов. Лазер считают герметичным, если измеренная зависимость потока пробного газа от времени отличается по крутизне и интенсивности от зависимости интенсивности фонового потока пробного газа от времени не более чем на 10% Откачивают лазер, масс-спектрометр и устройство избирательного поглощения газов до давления не выше 6.5·10-5 Па, а колпак печи до давления 6.5·10-1 Па, поднимают температуру колпака до температуры отжига лазера, проводят отжиг лазера, перекрывают откачку лазера, масс-спектрометра и устройства избирательного поглощения газов, не прекращая откачки колпака, и фиксируют в течение 5 минут интенсивность пика массы, соответствующей пробному газу. Окачивают лазер, масс-спектрометр и устройство избирательного поглощения газов до давления не выше 6.5·10-5 Па, вновь перекрывают их откачку и фиксируют в течение 5 минут интенсивность пика массы, соответствующей пробному газу. Измерение фонового потока пробного газа повторяют до тех пор, пока зависимость интенсивности фонового потока пробного газа от времени при соседних измерениях не будет совпадать по крутизне и интенсивности с точностью до 10%, но не менее 3 раз. Снова откачивают лазер, масс-спектрометр и устройство избирательного поглощения газов до давления не выше 6.5·10-5 Па. Рассчитывают время Тр по формуле:

где ΔРко (Па) - изменение давления в контролируемой оболочке за время Тр,

ΔРсист (Па) - минимальное изменение давления, которое позволяет регистрировать газоанализатор;

Vсист3) - объем газоанализатора + объем вакуумных магистралей;

Vко3) - объем контролируемой оболочки;

Q (Па*м3/сек) - поток натекания.

Так как в нашем изделии поток натекания Q по конструкторской документации равен 2.66×10-14 Па*м3/сек, Vсист>>Vко, Qи=ΔPсист×Vсист/Tp, где Qи - минимальный поток, который позволяет определить измерительная система и который должен быть меньше Q, необходимое время накопления пробного газа Тр для нашего изделия должно быть не менее 20 минут.

Перекрывают откачку лазера и устройства избирательного поглощения газов при откачивающемся масс-спектрометре. Перекрывают откачку колпака печи для отжига изделий и наполняют его пробным газом. Через время Тр, равное в нашем случае 20 минут, после заполнения колпака печи пробным газом фиксируют изменение интенсивности пика массы, соответствующей пробному газу, перекрыв откачку масс-спектрометра и присоединив его к лазеру и устройству избирательного поглощения газов. Лазер считают герметичным, если измеренная зависимость потока пробного газа от времени отличается по крутизне и интенсивности от зависимости интенсивности фонового потока пробного газа от времени не более чем на 10%.

Применение предложенного способа масс-спектрометрического контроля герметичности моноблочных газовых лазеров позволило повысить чувствительность определения потока натекания в приборе не менее чем в 5 раз с 1×10-11 до 5×10-12. Предполагается, что в условиях промышленного производства в результате использования данного изобретения будет повышен процент определения течей на ранних этапах производства, а также точность определения их местоположения.

Литература

1. В.В. Кузьмин и др. Вакуумметрическая аппаратура техники высокого вакуума и течеискания, гл. 10, Энергоатомиздат, 1984 г.

2. Авторское свидетельство РФ №2153657, кл. G01M 3/02, 2000 г. (прототип).

3. В.Д. Борман и др. ЖЗТФ, т. 94, 1988, стр. 271.

Способ масс-спектрометрического контроля герметичности моноблочных газовых лазеров, включающий создание замкнутых объемов с обеих сторон контролируемой оболочки лазера, откачку внутреннего объема вместе с газоанализатором пробного газа до высокого вакуума, накопление в контролируемой оболочке, соединенной с газоанализатором, пробного газа путем прекращения откачки пробного газа при откачке остальных газов и регистрацию изменения фоновой величины пика пробного газа за контрольное время Тк, выбираемое при выходе на линейный участок нарастания величины пика пробного газа, которое определяется до тех пор, пока зависимость интенсивности фонового потока пробного газа от времени при соседних измерениях не будет совпадать по крутизне и интенсивности с точностью до 10%, но не менее 3 раз, возобновление откачки контролируемого объема вместе с газоанализатором, подачу пробного газа во внешний замкнутый объем, выжидание времени, не меньшего установления стационарного потока пробного газа через дефекты поверхностей, соединяемых вакуумно-плотно способом оптического контакта, накопление пробного газа в контролируемом объеме, регистрацию изменения суммарного пика давления пробного газа за контрольное время Тк путем прекращения откачки из газоанализатора пробного газа при откачке остальных газов, оценку герметичности изделия производят по разности суммарной и фоновой величины пика пробного газа в момент времени Тк, отличающийся тем, что накопление пробного газа во внутреннем объеме контролируемой оболочки проводят с откачивающимся газоанализатором, отключенным от контролируемого объема, и регистрацию накопленного пробного газа проводят через время Тр, определяющееся конструкцией лазера, пробным газом и большее времени установления стационарного потока пробного газа через дефекты поверхностей, соединяемых вакуумно-плотно способом оптического контакта, минимум в четыре раза, и рассчитано по формуле:
Тр ≥ ΔРко×Vсист/Q (сек),
где ΔРко, (Па) - изменение давления в контролируемой оболочки за время Тр;
ΔРко=ΔPсист×(Vсист+Vко)/Vко;
ΔРсист (Па) - минимальное изменение давления, которое позволяет регистрировать газоанализатор;
Vсист (м³) - объем газоанализатора + объем вакуумных магистралей;
Vко (м³) - объем контролируемой оболочки;
Q (Па* м³/сек) - поток натекания.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к лазерной технике. Способ контроля герметичности отсоединенных от вакуумного поста моноблочных газовых лазеров включает использование для оценки герметичности пробного газа, выбор аналитических пар спектральных линий пробного и рабочего газов, для оценки концентрации пробного газа, построение калибровочной зависимости относительной интенсивности выбранной аналитической пары от концентрации пробного газа, регистрацию спектра излучения тлеющего разряда контролируемого лазера, определение по калибровочной зависимости концентрации пробного газа, создание замкнутого объема вокруг контролируемой оболочки лазера, заполнение указанного замкнутого объема пробным газом, накопление в контролируемом лазере пробного газа, регистрацию линий пробного газа в спектре излучения тлеющего разряда после хранения в среде пробного газа, определение по калибровочной зависимости концентрации пробного газа и оценку герметичности изделия по разности измеренных концентраций пробных газов до и после контрольного времени хранения.

Изобретение относится к устройствам для восстановления давления газа в лазере в процессе его работы. Система восстановления давления газа в лазере состоит из устройства регулирования подачи газа и трубопроводов.

Изобретение относится к квантовой электронике, в частности к области лазерной техники, и предназначено для использования при создании высокоэффективных и компактных газовых лазеров высокой мощности для индустриального применения, например для высокоточной сварки и резки металлов.

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано в сверхзвуковых газовых лазерах смесевого типа, в частности газодинамическом и химическом лазерах.

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано в им пул ьсно-перио дичее ких С02-лазерах. .

Изобретение относится к области квантовой электроники, в частности к конструкциям газоразрядных проточных лазеров. .
Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при создании активных элементов лазеров (АЭЛ) на парах щелочно-земельных металлов как импульсного, так и непрерывного действия.

Предложена клапанная конструкция для обеспечения нулевой утечки через фланцевую задвижку (MV). Фланцевая задвижка выполнена с возможностью полного перекрытия трубопровода согласно заданным требованиям.

Изобретение относится к области контроля герметичности и может быть использовано для контроля герметичности крупногабаритных объектов. Сущность: устройство контроля герметичности, располагаемое в полости контролируемого объекта (1), содержит два баллона (6, 7), дифманометр (12), соединительные линии (13, 14) и вентили (9-11, 15, 16, 18).

Изобретение относится к лазерной технике. Способ контроля герметичности отсоединенных от вакуумного поста моноблочных газовых лазеров включает использование для оценки герметичности пробного газа, выбор аналитических пар спектральных линий пробного и рабочего газов, для оценки концентрации пробного газа, построение калибровочной зависимости относительной интенсивности выбранной аналитической пары от концентрации пробного газа, регистрацию спектра излучения тлеющего разряда контролируемого лазера, определение по калибровочной зависимости концентрации пробного газа, создание замкнутого объема вокруг контролируемой оболочки лазера, заполнение указанного замкнутого объема пробным газом, накопление в контролируемом лазере пробного газа, регистрацию линий пробного газа в спектре излучения тлеющего разряда после хранения в среде пробного газа, определение по калибровочной зависимости концентрации пробного газа и оценку герметичности изделия по разности измеренных концентраций пробных газов до и после контрольного времени хранения.

Изобретение относится к технике контроля герметичности микроэлектромеханических и микроэлектронных устройств, для функционирования которых требуется герметичный корпус с внутренней полостью.

Изобретение относится к области исследований устройств на герметичность. Сущность: перед испытаниями определяют реакцию течеискателя (3) на фоновое содержание контрольного вещества в испытательной камере (1) с контролируемым изделием (2).

Изобретение относится к области исследований устройств на герметичность и может быть использовано для испытания, например, ракетно-космической техники. Сущность: изделие помещают в испытательную вакуумную камеру.

Изобретение относится к наполнению сосудов высокого давления газами в сжатом состоянии с измерением степени утечки газа. Система контроля герметичности включает пневмоблок, содержащий баллон высокого давления, сообщенный с зарядным краном и с магистралью подачи рабочего газа потребителю, снабженной устройством герметизации, источник гелия избыточного давления и источник рабочего газа высокого давления с магистралями подачи гелия и рабочего газа соответственно, выполненными с возможностью сообщения с зарядным краном пневмоблока, накопительную емкость для течи из пневмоблока, выполненную из тонкостенного эластичного материала с возможностью размещения в ней пневмоблока, снабженную окном для его прохода и устройством герметизации окна, масс-спектрометрический гелиевый течеискатель, снабженный линией отбора пробы со щупом с иглой Льюера и вакуумным насосом, сообщенным с линией отбора пробы через вентиль.

Изобретение относится к наполнению сосудов высокого давления газами в сжатом состоянии с измерением степени утечки газа и может найти применение в различных отраслях народного хозяйства, производящих и эксплуатирующих изделия и объекты с заряженными баллонами высокого давления.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам и устройствам проверки качества герметизации транспортного средства при подготовке его к преодолению водной преграды по дну.

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано во многих отраслях промышленности, связанных с использованием газообразных материалов, таких как газ или пар.

Изобретение относится к лазерной технике. Способ контроля герметичности отсоединенных от вакуумного поста моноблочных газовых лазеров включает использование для оценки герметичности пробного газа, выбор аналитических пар спектральных линий пробного и рабочего газов, для оценки концентрации пробного газа, построение калибровочной зависимости относительной интенсивности выбранной аналитической пары от концентрации пробного газа, регистрацию спектра излучения тлеющего разряда контролируемого лазера, определение по калибровочной зависимости концентрации пробного газа, создание замкнутого объема вокруг контролируемой оболочки лазера, заполнение указанного замкнутого объема пробным газом, накопление в контролируемом лазере пробного газа, регистрацию линий пробного газа в спектре излучения тлеющего разряда после хранения в среде пробного газа, определение по калибровочной зависимости концентрации пробного газа и оценку герметичности изделия по разности измеренных концентраций пробных газов до и после контрольного времени хранения.
Наверх