СПОСОБ КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ОТСОЕДИНЕННЫХ ОТ ВАКУУМНОГО ПОСТА МОНОБЛОЧНЫХ ГАЗОВЫХ ЛАЗЕРОВ МЕТОДОМ ЭМИССИОННОГО СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА Российский патент 2015 года по МПК G01M3/02 G01M11/00 H01S3/36 

Изобретение относится к области лазерной техники, в частности к контролю герметичности отсоединенных от вакуумного поста малогабаритных моноблочных газовых лазеров, использующих для соединения элементов конструкции пайку легкоплавкими припоями и способ оптического контакта.

Известны различные способы контроля герметичности изделий, включающие откачку изделия вместе с анализатором пробного газа, создание вокруг контролируемого изделия 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]. Недостатком данного способа является то, что его предельная чувствительность не превышает 2Е-12 Па·м³/сек. Кроме того, этот способ применим только до момента отсоединения изделия от вакуумного поста, а разгерметизация его может произойти и позже.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ контроля герметичности отсоединенных от вакуумного поста моноблочных газовых лазеров методом эмиссионного спектрального анализа [2], включающий использование пробного газа для оценки герметичности, 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 пробного газа до и после контрольного времени хранения. В указанном способе в качестве пробного газа используют азот. Однако, как показано в [3], присутствие в спектре излучения разрядного промежутка моноблочного газового лазера полос азота может быть связано как с натеканием, так и с газоотделением с внутренних поверхностей рабочего объема моноблочного газового лазера. Разделение этих процессов возможно, так как закон изменения давления азота для этих процессов различен, но для их разделения требуется очень много времени (более 2000 ч).

Задачей предлагаемого изобретения является сокращение времени, необходимого для контроля герметичности отсоединенных от вакуумного поста моноблочных газовых лазеров, использующих для соединения элементов конструкции пайку легкоплавкими припоями и способ оптического контакта.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе контроля герметичности отсоединенных от вакуумного поста моноблочных газовых лазеров методом эмиссионного спектрального анализа, включающем 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, в качестве пробного выбирается газ, который не является рабочим газом для данного моноблочного газового лазера и не участвует в технологическом процессе, имеет в выбранной спектральной области линии, не перекрывающиеся линиями основных газов или молекулярных полос типичных примесных газов (N_2,, СО, Н₂, СО₂, О₂) и обладающие высокой интенсивностью при низких концентрациях пробного газа, причем время, в течение которого выдерживают контролируемое изделие в среде этого газа, определяют по формуле: Δt≥Р_мин·V/Q, где

Δt - время выдержки в среде пробного газа, сек;

Р_мин - минимальное давление пробного газа, которое можно зарегистрировать, Па;

V - объем газовой смеси моноблочного газового лазера, м³;

Q - минимальный поток натекания, который необходимо зарегистрировать, Па·м³/сек.

Например, можно выбрать Ar для He-Ne лазера/

На фиг. 1 показана калибровочная зависимость для случая, когда в качестве пробного газа для малогабаритного моноблочного He-Ne лазера используют Ar.

Способ реализуют следующим образом. Для выбранного пробного газа определяют аналитическую пару, по которой будет проводиться оценка парциального давления пробного газа в рабочей смеси моноблочного газового лазера:

I_{отн.пробн.газа}=I_{пробного газа}/I_{основного газа},

где I_{пробного газа} - интенсивность выбранной линии пробного газа,

I_{основного газа} - интенсивность выбранной линии рабочего газа,

I_{отн.пробн.газа} - относительная интенсивность выбранной линии пробного газа/

Для Ar в He-Ne лазере можно использовать аналитическую пару Ar₄₁₉₁ и Не₃₉₆₄. Регистрируют спектры излучения разрядного промежутка моноблочного газового лазера с известными концентрациями пробного газа при рабочих условиях горения разряда. Определяют относительные интенсивности выбранной аналитической пары для этих смесей и строят калибровочную зависимость

Ρ _{пробного газа} ^_ F (I_{отн.пробн.газа}),

где Ρ _{пробного газа} - парциальное давление пробного газа,

F - функция, которой описывается калибровочная зависимость.

Регистрируют спектр излучения тлеющего разряда исследуемого моноблочного газового лазера при тех же условиях возбуждения, при которых снимали калибровочную зависимость, определяют относительную интенсивность линии пробного газа и по калибровочной зависимости определяют парциальное давление пробного газа Р₀. Помещают исследуемый газовый лазер в оболочку, заполненную пробным газом, и выдерживают в этой оболочке не менее, чем в течение времени Δt, необходимого для определения потока натекания с требуемой точностью:

Δt≥Р_мин·V/Q, где:

Р_мин - минимальное давление пробного газа, которое можно зарегистрировать (в Па);

V - объем газовой смеси моноблочного газового лазера (в м³);

Q - минимальный поток натекания, который необходимо зарегистрировать (в Па·м³/сек).

Затем снова регистрируют спектр излучения разрядного промежутка газового лазера, определяют относительную интенсивность линии пробного газа, по калибровочной зависимости определяют давление пробного газа Ρ₁ и рассчитывают поток натекания пробного газа по формуле:

Q= Δ P · V/ Δt,

где ΔΡ=(P₁ - P₀) в Па,

Δt - время хранения моноблочного газового лазера в среде пробного газа в сек.

Из калибровочной зависимости, показанной на фиг.1, для случая, когда в качестве пробного газа для малогабаритного моноблочного He-Ne лазера используют Ar, видно, что минимальное давление пробного газа, которое мы можем зарегистрировать, равно 6Е-3 Па. Следовательно, при выдержке в среде пробного газа в течение 7 дней, можно определить поток натекания с чувствительностью 2Е-13 Па·м³/сек. По сравнению с ранее использовавшейся методикой [2], в которой в качестве пробного газа использовался азот, время, необходимое для определения такого же потока натекания уменьшается ~ в 10 раз, так как не требуется длительное время хранения, необходимое для разделения процессов газоотделения и натекания.

Использование способа позволяет проводить оценку герметичности наполненных газовой смесью моноблочных газовых лазеров после их отсоединения от вакуумного поста с чувствительностью не хуже 1Е-13 Па·м³/сек за время значительно меньшее, чем в способе [2]

Литература

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

2. Е.Сухов, Л.Маш, Э.Пролейко и др. Наукоемкие технологии №4, 2012, т.13, стр.3б.

3. Е.Сухов, Л.Маш, Э.Пролейко и В.Галеев др. Наукоемкие технологии, в печати.

4. Бочкова О.П. и Шрейдер Е.Я. Спектральный анализ газовых смесей. -М.: Физматгиз, 1963.

5. Стриганов А.Р., Свентицкий Н.С. Таблицы спектральных линий нейтральных и ионизированных атомов - М.: Наука, 1949.

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. В качестве пробного используют газ, не являющийся рабочим газом для данного лазера или типичным примесным газом и имеющий в выбранной спектральной области линии, не перекрывающиеся линиями основных газов или молекулярных полос типичных примесных газов, обладающих высокой интенсивностью при низких концентрациях пробного газа. При этом время, в течение которого выдерживают контролируемое изделие в среде этого газа, определяют по формуле:

где

Δt - время выдержки в среде пробного газа, сек;

P_мин - минимальное давление пробного газа, которое можно зарегистрировать, Па;

V - объем газовой смеси моноблочного газового лазера, м³;

Q - минимальный поток натекания, который необходимо зарегистрировать, Па·м³/сек.

Технический результат заключается в сокращении времени контроля. 2 ил.

Способ контроля герметичности отсоединенных от вакуумного поста моноблочных газовых лазеров методом эмиссионного спектрального анализа, включающий 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, отличающийся тем, что в качестве пробного используют газ, не являющийся рабочим газом для данного лазера или типичным примесным газом и имеющий в выбранной спектральной области линии, не перекрывающиеся линиями основных газов или молекулярных полос типичных примесных газов, обладающие высокой интенсивностью при низких концентрациях пробного газа, и время, в течение которого выдерживают контролируемое изделие в среде этого газа, определяют по формуле:
где
Δt - время выдержки в среде пробного газа, сек;
P_мин - минимальное давление пробного газа, которое можно зарегистрировать, Па;
V - объем газовой смеси моноблочного газового лазера, м³;
Q - минимальный поток натекания, который необходимо зарегистрировать, Па∗м³/сек.