СПОСОБ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ МОНОБЛОЧНЫХ ГАЗОВЫХ ЛАЗЕРОВ

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 Т_р, 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:

гдеΔР_ко (Па) - изменение давления в контролируемой оболочке за время Т_р;

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

V_сист (м³) - объем газоанализатора + объем вакуумных магистралей;

V_ко (м³) - объем контролируемой оболочки;

Q (Па*м³/сек) - поток натекания,

прекращают откачку газоанализатора и подключают к нему контролируемый объем через время Т_к (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 Т_р по формуле:

где ΔР_ко (Па) - изменение давления в контролируемой оболочке за время Т_р,

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

V_сист (м³) - объем газоанализатора + объем вакуумных магистралей;

V_ко (м³) - 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, V_сист>>V_ко, Q_и=ΔP_сист×V_сист/T_p, где Q_и - минимальный поток, который позволяет определить измерительная система и который должен быть меньше Q, необходимое время накопления пробного газа Т_р 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 Т_р, 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.