(57)【要約】漏れ検出装置が、その内部で、レーザ光（１７）の吸収がトレーサガスの存在により影響される複数の計測セル（１０）を備えている。全ての計測セル（１０）は光伝導ファイバ（２８，３４）を介してホストユニット（２５）に連結されている。ホストユニット（２５）では、変調用に設計されたレーザ（２６）と光検出器（３７）が配置されている。レーザ光線の変調は、２つの周波数変調により実行されることが好ましい。これにより、ファイバの長さが計測結果を大してゆがめることはできないことになる。
2013524225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の試験サイト（３０）で漏れの検出を実行する装置において、
トレーサガスを光学的に探知し、それぞれがトレーサガスを準安定状態に変換する励起手段（１８）と、放射源（１５）と、放射線受信部（１６）とを有する複数の計測セル（１０）と、
周波数を変換可能なレーザ（２６）と光検出器（３７）とを有し、前記放射源（１５）と前記放射線受信部（１６）とを形成する光伝導ファイバ（２０，２１）を介して前記計測セル（１０）に連結されるホストユニット（２５）と、
を備えたことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記レーザ（２６）は、２色の周波数変調（ＴＴＦＭ）により作動することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記レーザ（２６）は、周波数変調（ＦＭ）により作動することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記ホストユニット（２５）と前記計測セル（１０）との間に、同時に、または連続的に全ての前記計測セル（１０）に単一のレーザ光線を伝導するために、ビームスプリッタ（２９）が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記計測セル（１０）と前記ホストユニット（２５）との間に、前記計測セル（１０）により放射された複数のレーザ光線を同時に、または連続的に前記ホストユニット（２５）に接続された光伝導器（３４）に伝導する光セレクタ（３３）が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の試験サイトで漏れ検出を実行する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
漏れを検出するため、特に、ヘリウム、アルゴンまたは他の不活性ガスなどのトレーサガスが用いられ、これらは漏れて反対側で検出される。トレーサガスを検出するため、通常、質量分析計が使用される。質量分析計は非常に複雑で高価なため、トレーサガスを検出する他の方法が開発されている。そのような方法の１つは、トレーサガスを選択的に透過できる膜により閉じられた気密性の測定セルを用いることにある。測定セルの内部には、測定セルの外側にあるトレーサガスの分圧に対応する全圧が生じる。測定セル内の全圧を計測することにより、トレーサガスの存在および濃度を測定できる。
【０００３】
ガスの検出はまた、吸光分光法によって可能である。励起により、測定セル内に存在するトレーサガスはより高いエネルギーレベルに到達され、このレベルは準安定状態と言及される。準安定ガス原子は、特徴的な吸収スペクトルを有し、これにより、分光法によって光学的に検出できる。分光法では、準安定ガスを貫通するレーザ光を変調し、個々の放射線受信部の信号を評価することが必要とされる。分光法に含まれる装置は、非常に複雑である。従って、複数の試験サイトが存在する場合には、必要とされるそれぞれの技術的な投資は結果的に増加する。
【０００４】
複数の試験サイトで漏れの検出を実行する装置を提供することが本発明の目的であり、前記装置は、全ての測定サイトで使用され、測定サイトから遠くに位置できるホストユニットを備えている。
【発明の概要】
【０００５】
本発明に係る装置は、請求項１で規定されている。前記装置は、トレーサガスを光学的に検出する複数の測定セルを備え、測定セルは光伝導光学ファイバを介してホストユニットに接続されている。ホストユニットは、周波数を変化できるレーザおよび光検出器を備えている。ホストユニットは、選択的に個々の測定セルと連携するように構成されている。このように、ただ１つのホストユニットはレーザ光線を発生して変調し、さらに受信したレーザ光線を評価する評価ユニットを有することが求められる。これにより、技術的に設置することで、多くの測定セルを漏れの検出が必要とされる異なるサイトに分配することができる。全ての漏れ試験の評価は、ホストユニット内で実行される。
【０００６】
トレーサガスを準安定状態に変換する手段は、緩衝ガスを用いてプラズマを発生する電極を備えてもよい。前記プラズマは、トレーサガスを光学的に探知できる、より高い状態に励起する。準安定状態に励起する更なる方法は、電子源からの電子を衝突させることである。この場合、緩衝ガスは必要とされない。
【０００７】
本発明の装置では、単一の送信が、個別の測定セルとホストユニットとの間の間隔を橋渡し、測定セルとホストユニットとの間を連結する光の導体を介して実行される。ホストユニット内ではレーザ光線が変調され、測定セル内では変調スペクトルがトレーサガスの特徴的な吸収線に応じて変化される。派生信号は、光伝導ファイバを介してホストユニットに戻される。
【０００８】
レーザは、２色の変調（ＴＴＭ）で操作されるのが好ましい。ＴＴＭ分光法では、周波数間隔（中間周波数）が比較的小さく、１ＭＨｚよりも小さいことが好ましい２つの相対的に近接した変調周波数が発生する。そのような中間周波数Ωは、光ファイバ内の色分散により影響を受けない。このように、高い変調周波数および長い光伝導経路を適用するために、ＴＴＭ分光法が特に有用である。ＴＴＭ分光法は、Avetisov V.G. and Kauranen P.,Appl. Opt. 35, 4705(1996)により詳しく記載されている。更なる限定要因は、光ファイバ内での吸収である。１０８３ｎｍの波長に対して、この吸収は約１．３ｄＢ／ｋｍであるが、高い波長に対してはより低い方である。
【０００９】
最も適する状態を包含し、当業者に実施可能にする本発明の全ておよび可能な開示は、添付図面を参照する以下の説明の中でより詳しく示されている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】計測セルの概略図。
【図２】ホストユニットに接続された複数の計測セルを備えたネットワークの概略図。
【図３】重ね合わされたファイバの特徴的な色分散を備えた、周波数に対するファイバ伝送を示す表。
【図４】入力ビームを単一周波数変調し、および出力ビームを派生振幅変調した場合の光伝導ファイバの入力側および出力側における周波数スペクトルを示す表。
【図５】それぞれがファイバの特徴的な色分散線を備えた二色の周波数変調に対する単一スペクトルを示す表。
【図６】TTFM変調に関して光伝導ファイバの入力側および出力側におけるスペクトルを示す表。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、特にヘリウムであるトレーサガスの光検出用計測セル１０を示す。計測セル１０は、特にガラスである気体不浸透性の材料からなる。計測セル１０の内部１１は、試験気体入口１２により閉塞されている。前記試験気体入口１２は、もっぱら、または好ましくはトレーサガスを透過可能であるが、他の気体を透過できない膜１３を包含している。膜１３は両方向に透過性があり、結果的にセル１０の内部１１の圧力は、セルの外部のトレーサガスの分圧に等しくなる。セル１０は予め真空にされるので、トレーサガスを除いていずれの他のガスを包含することはできない。セル１０の内部では、励起手段１８がトレーサガスをより高い励起状態に変換するために配置されている。前記励起手段１８はトレーサガスを電子に衝突させるように構成された電子源であってもよく、これにより、トレーサガスをより高い励起状態に変換する。他のセルの種類では、ガス放出通路を設けてもよく、これにより、緩衝ガスが、トレーサガスをより高い励起状態に至らすようにイオン化されるであろう。準安定状態への誘導はまた、X線、多光子励起、ラマン型個体群、および、例えば超音波ビームなど、中性原子／分子との衝突によりもたらされる。
【００１２】
準安定トレーサガスを光学的に探知するため、放射源１５と、この放射源１５のレーザ光１７を受ける放射線受信部１６とを備えた測定経路１４が使用される。放射源１５により放射されたレーザ光の波長は、例えば、１０８３．０３４ｎｍに設定されるので、トレーサガスとして使用されるヘリウムは、準安定状態２３S１から始まり、２３P２のより高いエネルギーレベルに到達できる。１０８３．０２５ｎｍのレーザ波長で２３P１のエネルギーレベルに到達し、１０８２．９０８ｎｍのレーザ波長で２３P０のエネルギーレベルに到達する。準安定状態にあるトレーサガスが指定された波長のレーザ光によって衝突されるとき、この波長の放射線は吸収されるであろう。詳細は、ドイツ特許第１９８５３０４９C2号公報でまとめられている。
【００１３】
上述した種類の測定セルの代わりに、例えば、測定セルの内部からトレーサガスを除去するため、ポンプ装置に連結された測定セルなど、改良されたバージョンの同様の測定セルを使用することができる。
【００１４】
放射源１５は光伝導ファイバ２０の一部であり、放射線受信部１６は光伝導ファイバ２１の一部である。
【００１５】
図２に示すように、ホストユニット２５は、すべての測定セル１０のためにレーザ光を発生させ、測定セルから射出されるレーザ光線を評価するように設けられている。前記ホストユニット２５は、制御可能なレーザ波長を備えたレーザ２６を包含している。結合装置２８ａの助力を受けて、レーザにより発生されたレーザ光２７は、光伝導ファイバ２８に伝導され、ビームスプリッタ２９に案内される。前記ビームスプリッタ２９はレーザ光を同時に連続的に、個々の測定セル１０の光伝導ファイバ２０に分け、セルは異なる試験サイト３０に配置されているので、互いから独立して、異なる試験サイトでトレーサガスを検出できる。レーザ光１７は前記光伝導ファイバ２０から照射され、準安定トレーサガスを貫通した後、光伝導ファイバ２１内に伝導される。全ての光伝導ファイバ２１は、光セレクタ３３に接続される。光セレクタ３３は選択的に光伝導ファイバ２１を、ホストユニット２５に接続された光伝導ファイバ３４に連結する。そして、光検出器３７に、生じた光線を有効に供給する出力側連結装置３５が配置されている。光検出器３７はプロセッサ３８に接続されている。
【００１６】
レーザ２６は、周波数発生器４１の２つの周波数を用いてレーザ光を変調する変調機の機能を有する制御装置４０により制御される。
【００１７】
図３および図４は、計測セル１０を包含する光伝導ファイバ用経路５０の全体の入力側および出力側でのスペクトルの振幅Aを示す。入力側スペクトル５１は、レーザの電磁波の周波数である中心周波数Wｏと、変調周波数により規定される２つの側波帯を包含している。図３には、光伝導ファイバの非線形特性の色分散線５４が示されている。結果として生じる出力側スペクトル５２では、側波帯は異なる振幅を有する。
【００１８】
図３および図４で表示されたものは、レーザ光線の周波数変調FMが実行された場合に基づいている。変調周波数W１が１MHｚ（波長の変調において）よりも小さいと、色分散は数十キロメートルの長さに対して無視できるほど小さい。高い変調周波数（GHｚ範囲内およびそれ以上）では、分散は、準安定状態による吸収と見分けることができない測定セル内のFM／AM変換に繋がる。
【００１９】
解決策は、図５および図６で示すように、２色の変調（TTFM）により提供される。周波数W１（例えば１GHｚ）を伴う第１変調に加えて、１０MHｚ以下の非常に低い第２周波数Ωを伴う第２変調が実行される。第１周波数W1はGHｚの範囲内にあり、第２周波数ΩはMHｚの範囲内にある。図５では、入力側スペクトル５１が示されている。２つの変調周波数W1、Ωが発生し、同時に処理されることにより、（W0−W１）±１／２Ωと（W0＋W１）±１／２Ωとの側波帯が発生する。
【００２０】
図４には、振幅Aｅを伴う単一周波数で変調されたレーザ（FM）の周波数のスペクトルが、ファイバ経路５０の入力側に示され、ファイバの色変調によって生じる振幅Aａを伴う同じ周波数が出力側に示されている。図６による２色の周波数変調においては、対照的に、周波数Ωの振幅は、色分散によらず吸収にもよらず、光伝導経路の長さに沿って大きな影響を受けない。
【００２１】
本発明を特定の示された実施形態を参照しながら説明し解説したが、本発明をこれらの示された実施形態に限定することを意図していない。当業者は、以下の請求項で規定された発明の範囲を逸脱することなく、変形および改良を行うことができると認識するであろう。従って、本発明の範囲内で、添付された請求項およびその均等物の範囲内に収まる全ての変形および改良を包含することを意図している。
【符号の説明】
【００２２】
１０  計測セル
１５  放射源
１６  放射線受信部
１８  励起手段
２０  光伝導ファイバ
２１  光伝導ファイバ
２５  ホストユニット
２６  レーザ
３０  試験サイト
３３  光セレクタ
３７  光検出器
【図１】
2013524225.tif 000003
【図２】
2013524225.tif 000004
【図３】
2013524225.tif 000005
【図４】
2013524225.tif 000006
【図５】
2013524225.tif 000007
【図６】
2013524225.tif 000008
【国際調査報告】
2013524225.tif 000009
2013524225.tif 000010
2013524225.tif 000011