王冀

摘 要：將超高靈敏度檢測(cè)儀作為研究對(duì)象，在超高靈敏度檢測(cè)儀的研制中，引入了對(duì)紅外探測(cè)器組件的應(yīng)用，研究了整個(gè)檢測(cè)儀的基本工作原理和系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，希望能夠在后續(xù)的實(shí)踐工作中得到進(jìn)一步的推廣和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：紅外探測(cè)器；超高靈敏檢測(cè)儀；電子器件；累積法

中圖分類(lèi)號(hào)：TN215 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.02.076

在當(dāng)前的技術(shù)條件支持下，通常將氦質(zhì)譜檢漏儀用于對(duì)真空電子器件的漏率檢測(cè)工作當(dāng)中。但對(duì)于氦質(zhì)譜檢漏儀而言，在整個(gè)檢測(cè)儀的正常使用過(guò)程當(dāng)中，其所對(duì)應(yīng)的最高靈敏度水平多在1.0×10-13 atm.cc/s.He單位以內(nèi)。對(duì)于真空壽命要求較高、可靠性要求較高的真空電子器件而言，該靈敏度還不足以滿足檢測(cè)要求。因此，有必要開(kāi)展對(duì)新一代超高靈敏度檢測(cè)儀的研究。

1 超高靈敏檢測(cè)儀的工作原理和組成

超高靈敏檢測(cè)儀仍屬于質(zhì)譜檢漏儀，在常規(guī)質(zhì)譜檢漏儀的基礎(chǔ)之上進(jìn)行了優(yōu)化，通過(guò)對(duì)紅外探測(cè)器組件的合理應(yīng)用，在全金屬化的構(gòu)造背景下實(shí)現(xiàn)了對(duì)真空電子器件漏率的確切檢測(cè)。整個(gè)超高靈敏檢測(cè)儀的組成包括測(cè)試閥門(mén)部件、漏空閥門(mén)部件、粗抽閥門(mén)部件、標(biāo)準(zhǔn)漏孔部件、主閥門(mén)部件、電離規(guī)部件、質(zhì)譜儀部件、吸氣劑部件、吸氣劑閥門(mén)部件、分子泵部件、熱偶規(guī)部件和油泵部件。在整個(gè)系統(tǒng)中，超高靈敏檢測(cè)儀實(shí)現(xiàn)高真空狀態(tài)的基本思路在于：在油泵部件與分子泵部件的相互配合下，排出超高靈敏檢測(cè)儀中的氣體，從而形成高真空狀態(tài)。具體而言，整個(gè)超高靈敏檢測(cè)儀的基本組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 超高靈敏檢測(cè)儀基本組成結(jié)構(gòu)示意圖

由圖1可知，對(duì)于被檢測(cè)的真空電子器件而言，在其真空度水平達(dá)到1.0×10-6～5.0×10-6單位的情況下，可自動(dòng)開(kāi)啟檢測(cè)閥門(mén)部件與主閥門(mén)部件，并關(guān)閉粗抽閥門(mén)部件。在此狀態(tài)下，借助桿質(zhì)質(zhì)譜儀對(duì)工件漏率情況進(jìn)行初步檢測(cè)。在初步檢測(cè)階段，多推薦應(yīng)用傳統(tǒng)的噴吹法模式展開(kāi)作業(yè)，所獲取的漏率大多在10-10 atm.cc/s.He單位以內(nèi)。

在部分特殊的工況作用下，僅僅應(yīng)用噴吹法進(jìn)行檢測(cè)可能出現(xiàn)失誤或漏檢的問(wèn)題，因此還需要通過(guò)應(yīng)用累積法檢漏模式，提高漏率的檢測(cè)精度。在這種漏率檢測(cè)模式下，金屬管道內(nèi)存在的氫氣、氮?dú)?、氧氣、二氧化碳均能夠借助于吸氣劑泵完全地吸附與去除，同時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部殘留的氣體則以氖氣、氦氣、氬氣為主。在累積法檢漏模式的干預(yù)下，操作人員可以記錄在器件存在的泄露問(wèn)題下。記錄氦氣分壓所表現(xiàn)出的上升情況，然后抽出氦氣。在此基礎(chǔ)上，開(kāi)啟標(biāo)準(zhǔn)漏孔閥門(mén)，在確保漏率

穩(wěn)定的情況下，關(guān)閉主閥門(mén)，以釋放系統(tǒng)內(nèi)部的氦氣，并記錄分壓變化情況。對(duì)比分析兩次記錄數(shù)據(jù)，可以獲取整個(gè)被檢測(cè)真空電子器件的漏率水平，所對(duì)應(yīng)精確度完全滿足3.0×10-13 atm.cc/s.He的標(biāo)準(zhǔn)要求。在當(dāng)前的實(shí)踐應(yīng)用中，已證實(shí)檢漏率可以達(dá)到10-15 atm.cc/s.He以上標(biāo)準(zhǔn)，且對(duì)于背景壓力水平較低的特殊工況，也能夠維持整個(gè)檢測(cè)儀檢漏率的可靠與穩(wěn)定。

2 超高靈敏度檢測(cè)儀系統(tǒng)硬軟件設(shè)計(jì)分析

整個(gè)超高靈敏度檢測(cè)儀基于累積法檢漏原理完成設(shè)計(jì)工作。這種設(shè)計(jì)思路能夠合理提升工件檢漏率，主要原理是：對(duì)于部分特殊的真空電子器件而言，其所對(duì)應(yīng)的漏率指標(biāo)較低，因此在按照常規(guī)技術(shù)方法進(jìn)行檢漏的過(guò)程當(dāng)中，無(wú)法獲取對(duì)應(yīng)的氦氣信號(hào)。而在累積法的作用之下，能夠使氦氣在一定的時(shí)間范圍內(nèi)迅速地累積，其含量可逐步提升并達(dá)到可被檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)量。同時(shí)，為了避免氦氣本底出現(xiàn)不穩(wěn)定的問(wèn)題，影響超高靈敏度檢測(cè)儀的檢測(cè)精確性，需要在整個(gè)真空系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：①整個(gè)超高靈敏度檢測(cè)儀真空系統(tǒng)需要簡(jiǎn)潔、有效，確保系統(tǒng)內(nèi)部無(wú)冗余管路。以此來(lái)降低氦氣本底，維持氦氣本底的穩(wěn)定性。②要確保超高靈敏度檢測(cè)儀真空系統(tǒng)中所對(duì)應(yīng)的質(zhì)譜儀、吸氣劑泵和標(biāo)準(zhǔn)漏孔位置設(shè)計(jì)的合理性，最大限度地降低兩者之間的相互影響，提高質(zhì)譜儀對(duì)氦信號(hào)采集的準(zhǔn)確性。③注意對(duì)吸氣劑泵抽動(dòng)速度的合理設(shè)計(jì)。嚴(yán)格控制抽動(dòng)速度，避免因抽動(dòng)速度過(guò)快或過(guò)慢而導(dǎo)致被檢測(cè)信號(hào)減弱，由此導(dǎo)致檢漏率差異顯著。④真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要最大限度地提高整個(gè)超高靈敏度檢測(cè)儀的通導(dǎo)率水平，以確保寒氣分子能夠達(dá)到質(zhì)譜儀的檢測(cè)位置，提高檢測(cè)精確性。

從軟件設(shè)計(jì)的角度上來(lái)說(shuō)，可選取質(zhì)譜儀作為INFCON公司四級(jí)桿質(zhì)質(zhì)譜儀。該質(zhì)譜儀可支持對(duì)整個(gè)真空系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量數(shù)在100.0范圍以內(nèi)氣體的精確測(cè)量。軟件系統(tǒng)自數(shù)據(jù)測(cè)試開(kāi)始，在經(jīng)過(guò)分類(lèi)輸入程序處理后，在條件滿足狀態(tài)下加入環(huán)境條件，并計(jì)算結(jié)果，最終輸出數(shù)據(jù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文研究了一種建立在累積法基礎(chǔ)之上的超高靈敏度檢測(cè)儀。該檢測(cè)儀在研制過(guò)程當(dāng)中使用了特殊的取全金屬結(jié)構(gòu)材料，處理工藝特殊，并合理應(yīng)用了紅外探測(cè)器組件，使得檢測(cè)儀能夠滿足現(xiàn)行的漏率檢測(cè)水平（3.0×10-13 atm. cc/s.He），基本漏率檢測(cè)靈敏度可以達(dá)到8.0×10-13 atm.cc/s.He以上。整個(gè)超高靈敏度檢測(cè)儀能夠在各類(lèi)真空電器元器件產(chǎn)品的研制和生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中發(fā)揮明顯的優(yōu)勢(shì)與價(jià)值。未來(lái)可以進(jìn)一步將其應(yīng)用于對(duì)航天產(chǎn)品、核物理產(chǎn)品、高能粒子加速器產(chǎn)品的漏率檢測(cè)工作當(dāng)中，希望以上研究能夠?yàn)橥腥藛T提供一定的參考。

〔編輯：王霞〕