专利名称：激光成像检漏系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种检漏方法和装置，特别是涉及采用激光成像的方法对大型仪器设备进行检漏的一种激光成像检漏系统和方法现有使用的检漏方法大致可分为四类压力检测法、真空检测法、气体检测法和超声波检测法，如参考文献[1]张旦华，肖盛怡译“传感器应用”，[日]自动化技术编辑部，中国计量出版社，1992年。其中气体检测法优于其它三类方法。在气体检测法中，常用的有卤素检测法、导热率检测法和氦检测器等。这四类检漏方法的检漏灵敏度有所不同，有的灵敏度较低，有的较高，气体检测法的灵敏度均可达到年泄漏率小于1克，其中氦检漏器灵敏度更高。上述的气体检漏方法中应用最广的是卤素检测法，卤素检测法所使用的卤素气体传感器结构如
图1所示。卤素检测法是以加热的铂为正极7，在其附近配置负极8，电位计9，加热器10，加热器电源11，若形成电位，就有微弱的电流流动。但若存在卤素气体，则正离子增加，且电流增大。卤素气体传感器就是利用该现象进行测量的。传感器的灵敏度由气体浓度决定。因气体不断地向空气中扩散，随着时间的延长，灵敏度就会下降，故检漏灵敏度根据使用方法的不同而相差很大。上述四类检漏方法共同的缺点是(1)．检漏时检测人员的劳动强度大，费工时，严重影响整个工作的进度。(2)．它们都不能进行定位检漏，尤其是在多节点检漏过程中，上述四类检漏方法很难给出泄漏的确切位置。
本发明目的在于克服上述已有技术的缺点和不足，为了节约时间，减轻检漏时检测人员的劳动强度，提高工作效率，使劳动强度大和费工时的检漏工作成为方便的、劳动强度小、经济性好的高技术检测工作；其次，为了精确地检测出泄漏的确切位置，提高测量准确度；并且进一步为了实现大面积的一次检漏，从而提供一种采用激光成像的检漏系统和方法。
本发明的目的是这样实现的本发明提供的激光成像检漏系统包括激光器、成像仪、监视器和被测介质的气瓶；其中被检测物安置在激光器的输出光前方，成像仪的镜头对准被检测物放置，成像仪和监视器导线电连接；该气瓶上的气嘴与被检测物之间通过管道连接；当要检测某一设备是否漏气时，需对被检测物充有一定压力的气体，激光照射在被检测物某一部份时，当被测介质从被检测物中泄漏出来，由于泄漏气体吸收激光能量，因此泄漏气体与周围的环境有一个温差，通过成像仪在监视器上可清楚地观察到泄漏气体流动的图像，从而达到检漏的目的。
本发明的激光成像检漏系统还包括一扫描仪，扫描仪的扫描头位于激光器和被测物之间，激光器输出光直接照射在扫描头的反射镜上，激光束与扫描头的反射镜面成45°±5°角，在扫描头反射镜反射输出光的前方光路上安置一凸透镜，凸透镜输出光经扫描成H宽度直接照射在被检测物上。并且，为了增大激光照射的面积，还可以在从激光器输出光到扫描头的反射镜之间的光路上安置一组凹、凸透镜；扫描头既可放置在可调节角度的支架上，也可拿在手中。垂直方向的激光束扩散角度一般设计为±15°，水平方向的激光最大扩散角可达到±15°～±24°。这样，被测物离扫描装置越远，激光在被测物上的照射面积就越大。通过扫描光路的合理设计和扫描头反射镜角度的调节，使激光检漏设备产生的激光束扩大到矩形大面积的激光照射面，达到激光照射在被测物的大面积内泄露点一次检出的效果，从而大大地提高检漏工作效率。
其中，激光器可用的种类包括半导体激光器、二氧化碳激光器、氦氖激光器和YAG激光器等，作为被测介质的气体的种类包括氨、氟利昂、一氧化二氮、六氟化硫、氟碳氮、甲醇、乙烯和过氯乙烯等，成像仪的种类包括各种摄像机、热像仪等，监视器也可用一般显视器和电视机代替。
本发明的激光检漏方法是利用光学成像原理，使用本发明的激光检漏装置，首先打开充填某种气体作为被测介质的气瓶的开关，将某种气体充填在被检测物内作为被测介质，然后打开激光器，同时打开成像仪、监视器的开关，激光照射在被检测物某一部份时，当被测介质从被检测物中泄漏出来，由于泄漏气体吸收激光能量，因此泄漏气体与周围的环境有一个温差，通过成像仪在监视器上可清楚地观察到泄漏气体流动的图像，达到多节点精确定位检漏的目的。如图3所示，冒黑烟的就是被测介质泄漏的流动图像。当在该装置中安有一扫描头时，经扫描头的反射镜反射输出光到前方光路上的凸透镜，凸透镜输出光被扫描成H宽度直接照射在被检测物上；扫描仪可把激光照射面积扩大到具有一定宽度和高度的巨型面积，从而扩大了检测视场的面积，因此提高了工作效率。
本发明的激光检漏系统和方法适合用于检漏航空航天工业，如火箭、发动机、航天飞机等系统的检漏工作；用于轻工业，如空调、冰箱等检漏工作；以及其它需密封的设备，如各种压力容器和管道等的检漏工作；特种气体泄漏的检漏工作；虽然被检测物具体对象不同，但检漏方法和步骤相同，因此本发明的激光检漏设备和检漏过程十分简单方便。
本发明的优点(1)可同时检测多节点的泄漏，通过监视器能直观地看出多点泄漏的位置和泄漏强度；(2)激光检漏设备使用方便，检测人员劳动强度小，可大大缩短检漏时间，加快工作进度；(3)灵敏度高，对年泄漏率小于1克的泄漏点，能在监视器上清楚地观察到。
(4)本发明由于在激光成像检漏设备中使用了带有调节机构的扫描头，经扫描装置后的激光照射面积大于原激光束照射面积的10倍以上，它应用在激光成像检漏系统中，从而实现了矩形大面积内泄露点一次检出的效果，即省工又省时，从而大大地提高了检漏工作的效率。
下面结合附图和实施例对本发明进行详细地说明图1是已有检漏装置中的一种卤素传感器结构示意图。
图2是本发明激光成像检漏系统的结构示意图。
图3是使用本发明的方法检漏时被测介质泄漏时的实际检测效果图像，其中，图中发黑的位置就是被检测气体泄漏时的流动图像，可在监视器上清楚地观察到。
图4是本发明激光成像检漏系统中带扫描装置的结构示意图。
实施例1制作一台用于检漏水力发电机定子的激光成像检漏系统。
本激光成像检漏系统包括半导体激光器1、通常市售的成像仪4，监视器5，充有被测介质氟利昂的气瓶3；其中被检测物水力发电机定子2置于激光器1的输出光的光路上安置，成像仪4安置的位置以成像仪4的镜头对着被检测物水力发电机定子2，成像仪4和监视器5(各种品牌和各种型号的普通电视机即可)电连接；充有被测介质氟利昂的气瓶3上的气嘴与被检测物水力发电机定子2之间通过管道连接组成。
实施例2本发明激光成像检漏方法依下列步骤进行使用实施例1制作的激光成像检漏系统，首先将充有被测介质氟利昂的气瓶3上的气嘴开关打开，把被检测物水力发电机定子2中充填被测的检漏介质氟利昂；打开激光器1，激光照射在被检测物水力发电机定子2时，当有被测介质氟利昂泄漏时，泄漏的氟利昂气体与周围的环境有一个温差，通过成像仪4在监视器5中就能清楚地看到象烟囱冒烟似的流动图像，并且可以准确地确定泄漏的具体位置，达到检漏的目的。这一检漏过程十分简单方便，且非常直观。
实施例3按图4制作一台最简单的用于激光成像检漏设备的扫描装置，该装置是把图4所示的光路中的两块光学透镜去掉，一市售的扫描仪，该扫描仪的扫描头10具有可调节扫描头反射镜6角度的机构，一块光学凸透镜7，将它安置在激光器1和被检测物2之间；扫描头10放置在水平工作台上，其水平方向的最大角度可调节到±15°～±24°。激光器1输出光束直接照射在扫描头10的反射镜6上，激光束与扫描头10的反射镜6成45°入射角，激光束经反射后入射一凸透镜7，而实现水平扫描宽度的光再入射到被检测物2上。其中H为经过扫描头10后激光在垂直方向扩散的高度，其水平方向的激光照射宽度，根据需要可通过调整扫描装置中的扫描头来实现。
实施例4按图4制作一台本发明带扫描装置的用于检漏工作的激光成像检漏系统，该系统在实施例1的基础上还包括一台市售的扫描仪，该扫描仪的扫描头10具有可调节扫描头反射镜6角度的机构；扫描仪的扫描头10放置在水平工作台上，扫描头10依靠调节机构调节扫描头10反射镜6角度，垂直方向的激光束扩散高度一般设计为±15°，其水平方向的最大角度可调节到±15°～±24°，这样，被测物2离扫描仪越远，激光在被测物2上的照射面积就越大；一台普通半导体激光器1、三块光学透镜8、9、7，按图4的光路将它们安置在激光器1和被检测物2之间，激光器1输出光到达一凹透镜8后，经过扩束入射一凸透镜9，经凸透镜9聚焦输出的光入射到扫描头10的反射镜6上，光经反射再入射到另一凸透镜7，凸透镜7输出的光实现水平扫描宽度照射在被检测物2。如图4中的H为经过扫描头10后激光在垂直方向扩散的高度，其水平方向的激光照射宽度，根据需要可通过调整扫描装置中的扫描头来实现。
权利要求
1.一种激光成像检漏系统，其特征在于包括激光器(1)、充有被测介质的气瓶(3)、成像仪(4)和监视器(5)，其中被检测物(2)置于激光器(1)的输出光的前方，成像仪(4)安置在以成像仪(4)的镜头对着被检测物(2)的位置上，成像仪(4)和监视器(5)通过导线电连接；充有被测介质的气瓶(3)与被检测物(2)之间通过管道连通。
2.按权利要求1所述的一种激光成像检漏系统，其特征在于还包括一扫描仪，扫描仪的扫描头(10)位于激光器(1)和被测物(2)之间，激光器(1)输出光直接照射在扫描头(10)的反射镜(6)上，激光束与扫描头(10)的反射镜(6)面成45°±5°角，在扫描头反射镜(6)反射输出光的前方光路上安置一凸透镜(7)，凸透镜(7)输出光经扫描成H高度垂直照射在被检测物(2)上。
3.按权利要求1所述的一种激光成像检漏系统，其特征在于所述的位于激光器(1)和被测物(2)之间的扫描头(10)放置在可调节角度的支架上。
4.按权利要求1所述的一种激光成像检漏系统，其特征在于所述的激光器(1)输出光直接照射在扫描头(10)的反射镜(6)上的光路中，还包括安置一组凹、凸透镜。
5.按权利要求1所述的一种激光成像检漏系统，其特征在于所说的激光器(1)包括半导体激光器、二氧化碳激光器、氦氖激光器和YAG激光器。
6.按权利要求1所述的一种激光成像检漏系统，其特征在于所说的被测介质的气体的种类包括氨、氟里昂、一氧化二氮、六氟化硫、氟碳氮、甲醇、乙烯和过氯乙烯。
7.一种使用权利要求1、2所述的激光成像检漏系统进行检漏的方法，其特征在于首先打开充有被测介质的气瓶(3)的开关，将气瓶中的气体充填在被检测物(2)内作为被测介质，然后打开激光器，同时打开成像仪(4)、监视器(5)的开关，激光照射在被检测物(2)的某部分时，然后通过成像仪(4)成像，监视器(5)上观测泄漏气体与周围的环境有一个温差后呈现出泄漏气体流动的图像；或者在带有扫描头时，激光器输出光直接照射在扫描头的反射镜上。激光束与扫描头的反射镜面成45°±5°角，在扫描头反射镜反射输出光的前方光路上安置一凸透镜，凸透镜输出光经扫描成H高度直接照射在被检测物上。
全文摘要
本发明涉及激光成像的检漏方法和装置。它包括激光器、充有被测介质的气瓶、成像仪和监视器,其中被检测物置于激光器的输出光前方,成像仪的镜头对着被检测物放置,成像仪和监视器电连接;充有被测介质的气瓶与被检测物之间通过管道连接。检漏方法用本发明的装置,先将被测介质充在被检测物内,然后打开激光器,在激光照射下,当被测介质泄漏时,使泄漏气体与周围的环境有一个温差,通过成像仪在监视器上观察到泄漏气体流动的图像。
文档编号G01M3/00GK1291717SQ0012095
公开日2001年4月18日 申请日期2000年8月2日 优先权日1999年8月2日
发明者许可法, 顾国彪, 何龙德, 赵桂林, 董志成, 田新东 申请人:中国科学院力学研究所