ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ КАМЕРА К УСТРОЙСТВУ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОДОРОДА В МЕТАЛЛАХ Российский патент 2004 года по МПК G01N21/00 

Изобретение относится к анализу материалов путем выделения из них газа с помощью нагрева, в частности для определения содержания водорода в металлах.

Известно устройство для определения водорода в металлах, основанное на методе нелинейной лазерной спектроскопии когерентного антистоксового рассеяния света (КАРС). Оно содержит рабочую камеру с тремя оптическими окнами, испарительный лазер, установленный напротив одного из окон камеры, форвакуумный насос, а система определения количества водорода выполнена в виде лазерного источника бигармонической накачки и системы определения интенсивности антистоксовой компоненты рассеянного света, установленных напротив двух других окон, расположенных напротив друг друга на противоположных стенках камеры [1] . После помещения испытуемого образца металла в рабочую камеру и создания в ней вакуума импульсным лазером воздействуют на локальный участок образца. При этом в рабочей камере выделяется водород, количество которого определяется методом КАРС.

Недостатком измерительной камеры этого устройства является наличие трех полостей, соединенных внутренними трубопроводами, что снижает эффективность создания вакуума, невозможность перемещения образца в вакуумированной камере и отсутствие достаточной освещенности исследуемой поверхности образца.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является измерительная камера устройства, основанного на методе КАРС, выполненная в виде двух полостей - рабочей и измерительной, сообщающихся с помощью вентиля [2]. Причем внутренние стенки рабочей полости выполнены из фторопласта, а на внешних - имеются окна, что дает возможность осуществлять подсветку внутренней полости при фокусировке излучения испарительного лазера на поверхности образца.

Недостатком камеры устройства является конструкция с двумя полостями, соединенными трубопроводом, что замедляет процесс получения вакуума, а также слабая освещенность внутри камеры из-за невозможности сделать окна большой площади без снижения прочности внешних стенок камеры. Другим существенным недостатком камеры является невозможность воздействия испарительным лазером на различные участки исследуемого образца без весьма нежелательного смещения корпуса камеры относительно пучка указанного лазера.

Задача изобретения - улучшение конструкции рабочей камеры и устранение вышеперечисленных недостатков.

Поставленная задача решается тем, что в измерительной камере к устройству для определения водорода в металлах, содержащей корпус с тремя оптическими окнами, два из которых расположены напротив друг друга на противоположных стенках камеры вдоль оптической оси измерительного лазера и отверстие для создания вакуума внутри камеры, полость камеры выполнена однообъемной и имеет съемный стакан для образца, расположенный в нижней части камеры на одной оптической оси с испарительным лазером под третьим оптическим окном.

Стакан для образца изготовлен из светопрозрачного материала.

Стакан снабжен устройством для перемещения образца.

Устройство для перемещения образца выполнено в виде чашки для образца из магнитного материала, помещенной на дне стакана, и постоянного магнита, находящегося с внешней стороны дна стакана.

На чертеже показана конструкция камеры в составе устройства для определения водорода в металлах.

В камере к устройству для определения водорода в металлах рабочая и измерительная полости выполнены в общем объеме, без внутренних трубопроводов, затрудняющих создание вакуума внутри камеры, и образованы корпусом камеры 1 и стаканом 2. Камера имеет три оптических окна. Два оптических окна 3 и 4 расположены напротив друг друга на противоположных боковых стенках камеры, третье окно 5 - в верхней ее части на оптической оси испарительного лазера 6. Напротив окон 3 и 4 установлены соответственно лазерный источник 7 бигармонической накачки и система 8 определения интенсивности антистоксовой компоненты рассеяния света. Оптическое окно 3 со стороны лазерного источника бигармонической накачки выполнено в виде фокусирующей линзы, а окно 4 - в виде коллимирующей линзы. Фокусные расстояния линз одинаковы, а расстояние между ними равно удвоенному фокусному расстоянию. Внутренние размеры корпуса 1 выполняются минимально возможными с учетом диаметров лучей испарительного лазера и источника бигармонической накачки.

В нижней части камеры, под третьим окном, на оптической оси испарительного лазера находится съемный стакан 2, выполненный из светопропускающего материала, например, фторопласта или стекла. Соединение стакана с корпусом камеры - герметичное. Непосредственно через стенки стакана осуществляется подсветка внутренней полости камеры источником света 9, находящимся вне герметичной полости. На дне стакана находится чашка 10 для образца 11, изготовленная из магнитного материала. Размер чашки позволяет ей свободно перемещаться по дну стакана. С внешней стороны, вне герметичной полости, непосредственно у дна стакана расположен магнит 12. С его помощью осуществляется перемещение исследуемого образца, помещенного в чашку, внутри вакуумированной полости.

Измерительная камера в составе устройства для определения водорода в металлах работает следующим образом. Исследуемый образец 11 помещается в чашку 10 и вместе с ней устанавливается на дне стакана 2. Стакан закрепляется на корпусе камеры 1, камера герметизируется и с помощью вакуумного насоса через выходное отверстие 13 создается вакуум в объеме камеры. Оптическая система испарительного лазера 6 настраивается с помощью объектива 14 таким образом, чтобы излучение лазера фокусировалось на поверхности образца. При этом используется оптическая система наблюдения, имеющаяся в самом лазере, и источник света 9, расположенный у стенки стакана для освещения внутренней полости камеры, а также магнит 12 для перемещения чашки 10 вместе с образцом для выбора участка поверхности образца, на который будет произведено воздействие испарительным лазером. После испарения части металла с выходом водорода в полость камеры производится измерение концентрации водорода в газовой среде методом КАРС, описанным в [2].

Технический результат предлагаемого решения - повышение чувствительности всего устройства путем уменьшения объема вакуумированной полости и эффективности создания вакуума в результате устранения внутренних трубопроводов малого диаметра. Достигается достаточная освещенность внутренней полости камеры и появляется возможность изменять положение образца внутри камеры после создания вакуума.

Источники информации
1. Патент РФ 2027165, кл. 6 G 01 N 21/61, Бюл. 2, 20.01.95.

2. Патент РФ 2148815, кл. 7 G 01 N 21/61, Бюл. 13, 10.05.2000 (прототип).

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность изобретения заключается в том, что камера к устройству для определения водорода в металлах выполнена в виде закрытой полости без внутренних трубопроводов. Камера имеет три оптических окна. В нижней части камеры находится отъемный стакан, выполненный из светопропускающего материала. Соединение стакана с корпусом камеры герметичное. Через стенки стакана осуществляется подсветка внутренней полости камеры источником света, находящимся вне герметичной полости. На дне стакана находится система перемещения образца, выполненная в виде чашки для образца, изготовленной из магнитного материала и магнита. Технический результат - повышение чувствительности устройства и эффективности создания вакуума в камере. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Измерительная камера к устройству для определения водорода в металлах, содержащая корпус с тремя оптическими окнами, два из которых расположены напротив друг друга на противоположных стенках камеры вдоль оптической оси измерительного лазера, и отверстие для создания вакуума внутри камеры, отличающаяся тем, что полость камеры однообъемная, имеющая съемный стакан для образца, расположенный в нижней части камеры, на одной оптической оси с испарительным лазером, под третьим оптическим окном.2. Измерительная камера по п.1, отличающаяся тем, что стакан для образца изготовлен из светопрозрачного материала.3. Измерительная камера по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что стакан снабжен устройством для перемещения образца.4. Измерительная камера по пп.1-3, отличающаяся тем, что устройство для перемещения образца выполнено в виде чашки для образца из магнитного материала, помещенной на дне стакана, и постоянного магнита, находящегося с внешней стороны дна стакана.