用于紅外探測器組件檢測的超高靈敏檢測儀研究

王冀

摘 要：將超高靈敏度檢測儀作為研究對象，在超高靈敏度檢測儀的研制中，引入了對紅外探測器組件的應(yīng)用，研究了整個檢測儀的基本工作原理和系統(tǒng)設(shè)計要點，希望能夠在后續(xù)的實踐工作中得到進一步的推廣和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：紅外探測器；超高靈敏檢測儀；電子器件；累積法

中圖分類號：TN215 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.02.076

在當前的技術(shù)條件支持下，通常將氦質(zhì)譜檢漏儀用于對真空電子器件的漏率檢測工作當中。但對于氦質(zhì)譜檢漏儀而言，在整個檢測儀的正常使用過程當中，其所對應(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要求。因此，有必要開展對新一代超高靈敏度檢測儀的研究。

1 超高靈敏檢測儀的工作原理和組成

超高靈敏檢測儀仍屬于質(zhì)譜檢漏儀，在常規(guī)質(zhì)譜檢漏儀的基礎(chǔ)之上進行了優(yōu)化，通過對紅外探測器組件的合理應(yīng)用，在全金屬化的構(gòu)造背景下實現(xiàn)了對真空電子器件漏率的確切檢測。整個超高靈敏檢測儀的組成包括測試閥門部件、漏空閥門部件、粗抽閥門部件、標準漏孔部件、主閥門部件、電離規(guī)部件、質(zhì)譜儀部件、吸氣劑部件、吸氣劑閥門部件、分子泵部件、熱偶規(guī)部件和油泵部件。在整個系統(tǒng)中，超高靈敏檢測儀實現(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，排出超高靈敏檢測儀中的氣體，從而形成高真空狀態(tài)。具體而言，整個超高靈敏檢測儀的基本組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 超高靈敏檢測儀基本組成結(jié)構(gòu)示意圖

由圖1可知，對于被檢測的真空電子器件而言，在其真空度水平達到1.0×10-6～5.0×10-6單位的情況下，可自動開啟檢測閥門部件與主閥門部件，并關(guān)閉粗抽閥門部件。在此狀態(tài)下，借助桿質(zhì)質(zhì)譜儀對工件漏率情況進行初步檢測。在初步檢測階段，多推薦應(yīng)用傳統(tǒng)的噴吹法模式展開作業(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)用噴吹法進行檢測可能出現(xiàn)失誤或漏檢的問題，因此還需要通過應(yīng)用累積法檢漏模式，提高漏率的檢測精度。在這種漏率檢測模式下，金屬管道內(nèi)存在的氫氣、氮氣、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，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，開啟標準漏孔閥門，在確保漏率

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

2 超高靈敏度檢測儀系統(tǒng)硬軟件設(shè)計分析

整個超高靈敏度檢測儀基于累積法檢漏原理完成設(shè)計工作。這種設(shè)計思路能夠合理提升工件檢漏率，主要原理是：對于部分特殊的真空電子器件而言，其所對應(yīng)的漏率指標較低，因此在按照常規(guī)技術(shù)方法進行檢漏的過程當中，無法獲取對應(yīng)的氦氣信號。而在累積法的作用之下，能夠使氦氣在一定的時間范圍內(nèi)迅速地累積，其含量可逐步提升并達到可被檢測的標準量。同時，為了避免氦氣本底出現(xiàn)不穩(wěn)定的問題，影響超高靈敏度檢測儀的檢測精確性，需要在整個真空系統(tǒng)的硬件設(shè)計過程當中注意以下幾個方面的問題：①整個超高靈敏度檢測儀真空系統(tǒng)需要簡潔、有效，確保系統(tǒng)內(nèi)部無冗余管路。以此來降低氦氣本底，維持氦氣本底的穩(wěn)定性。②要確保超高靈敏度檢測儀真空系統(tǒng)中所對應(yīng)的質(zhì)譜儀、吸氣劑泵和標準漏孔位置設(shè)計的合理性，最大限度地降低兩者之間的相互影響，提高質(zhì)譜儀對氦信號采集的準確性。③注意對吸氣劑泵抽動速度的合理設(shè)計。嚴格控制抽動速度，避免因抽動速度過快或過慢而導(dǎo)致被檢測信號減弱，由此導(dǎo)致檢漏率差異顯著。④真空系統(tǒng)設(shè)計中需要最大限度地提高整個超高靈敏度檢測儀的通導(dǎo)率水平，以確保寒氣分子能夠達到質(zhì)譜儀的檢測位置，提高檢測精確性。

從軟件設(shè)計的角度上來說，可選取質(zhì)譜儀作為INFCON公司四級桿質(zhì)質(zhì)譜儀。該質(zhì)譜儀可支持對整個真空系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量數(shù)在100.0范圍以內(nèi)氣體的精確測量。軟件系統(tǒng)自數(shù)據(jù)測試開始，在經(jīng)過分類輸入程序處理后，在條件滿足狀態(tài)下加入環(huán)境條件，并計算結(jié)果，最終輸出數(shù)據(jù)。

3 結(jié)束語

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儀。該檢測儀在研制過程當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)用了紅外探測器組件，使得檢測儀能夠滿足現(xiàn)行的漏率檢測水平（3.0×10-13 atm. cc/s.He），基本漏率檢測靈敏度可以達到8.0×10-13 atm.cc/s.He以上。整個超高靈敏度檢測儀能夠在各類真空電器元器件產(chǎn)品的研制和生產(chǎn)過程當中發(fā)揮明顯的優(yōu)勢與價值。未來可以進一步將其應(yīng)用于對航天產(chǎn)品、核物理產(chǎn)品、高能粒子加速器產(chǎn)品的漏率檢測工作當中，希望以上研究能夠為同行人員提供一定的參考。

〔編輯：王霞〕