一种基于电感耦合等离子体的真空玻璃真空度检测系统

1.本技术涉及真空玻璃检测领域，尤其是一种基于电感耦合等离子体的真空玻璃真空度检测系统。


背景技术：

2.真空玻璃具有优良的透光、隔热、隔声及保温性，因此在各个领域都得到了广泛应用。真空玻璃的真空度决定了真空玻璃的性能，因此对真空玻璃的真空度的检测是检测真空玻璃的性能是否合格的重要依据。但是真空玻璃的真空度不能用真空计之类的直接方法来检测，因此目前一般都是采用各种装置和方法来间接检测的，目前常见的一些检测装置和方法包括：
3.专利号为204154443u、专利名称为一种玻璃真空度在线检测装置的专利采用超声波信号的高频传播特性，以及超声波在不同介质中传播能量衰减的情况进行定量分析，解决了真空玻璃真空度的快速检测问题，但是这种玻璃真空度在线检测装置超声波测量转换复杂，增加了后续信号处理的负担，真空度检测方式繁琐，效率较低。
4.专利号为cn107328519a、专利名称为一种基于光学反射定律对真空玻璃真空度的专利提供的在线检测方法对光路精确性要求极高，如果光路出现偏差会对检测结果产生很严重的影响，增大了使用难度，且需要使用金反射镜和ccd相机，检测装置成本较高，并不适合广泛应用。
5.专利号为cn208968740u、专利名称为一种真空玻璃真空度检测装置的专利通过测量得到不同温度值判断真空玻璃的真空度是否附合校准，但是这种检测方式需要对真空玻璃加热10-15min，检测所需要的时间成本比较高，不适合检测大数量真空玻璃的真空度；而且这种真空度检测方式容易受到环境影响，在环境温度过高或过低都会影响传热过程，使得测量结果出现误差，影响真空度检测结果准确性。
6.专利号为cn213902735u、专利名称为一种真空度检测设备的专利需要将真空玻璃送到实验室或工厂进行检测，检测实时性较差，不利于快速检测。


技术实现要素：

7.本技术人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于电感耦合等离子体的真空玻璃真空度检测系统，本技术的技术方案如下：
8.一种基于电感耦合等离子体的真空玻璃真空度检测系统，其特征在于，真空玻璃真空度检测系统包括：真空度检测装置以及待检测真空玻璃；
9.真空度检测装置包括直流电源、匹配电路和电感线圈，电感线圈呈螺旋型结构，直流电源通过匹配电路连接电感线圈的两端；
10.真空度检测装置的电感线圈与待检测真空玻璃之间的距离不超过距离阈值；
11.直流电源通过匹配电路给电感线圈通入交流电流，使得电感线圈产生交变的感应电场，待检测真空玻璃的内部隔层在交变的感应电场的作用下产生感应耦合等离子体，并
在待检测真空玻璃的内部隔层中形成发光区域，发光区域的面积与待检测真空玻璃的真空度相关。
12.其进一步的技术方案为，待检测真空玻璃的内部隔层中形成的发光区域的面积越大，所指示的待检测真空玻璃的真空度越高。
13.其进一步的技术方案为，当待检测真空玻璃的内部隔层中形成的发光区域的面积达到电感线圈的面积的90％时，确定待检测真空玻璃的真空度为0.01pa-0.1pa；
14.当待检测真空玻璃的内部隔层中形成的发光区域的面积为电感线圈的面积的50％～90％时，确定待检测真空玻璃的真空度为0.1pa-2pa；
15.当待检测真空玻璃的内部隔层中形成的发光区域的面积为电感线圈的面积的10％～50％时，确定待检测真空玻璃的真空度为2pa-10pa；
16.当待检测真空玻璃的内部隔层中形成的发光区域的面积小于电感线圈的面积的10％时，确定待检测真空玻璃的真空度大于10pa。
17.其进一步的技术方案为，真空度检测装置的电感线圈由铜管按螺旋型结构绕制形成，铜管的直径范围为0.1mm～10mm，铜管绕制的匝数的范围为5匝～50匝，相邻的铜管之间的间距范围为0.1mm～10mm。
18.其进一步的技术方案为，真空度检测装置还包括绝缘外壳，匹配电路设置在绝缘外壳内部，电感线圈相对于绝缘外壳外露，真空度检测装置形成为便携手持设备。
19.其进一步的技术方案为，绝缘外壳的表面包含向内凹陷的沟槽，沟槽的尺寸与电感线圈的尺寸相匹配，电感线圈嵌装在绝缘外壳的表面的沟槽内。
20.其进一步的技术方案为，在电感线圈上施加的射频电压的频率范围为0.1mhz～20mhz。
21.其进一步的技术方案为，匹配电路包括第一电感、逆变网络、选频网络、变压器和π型匹配网络，直流电源连接第一电感输出直流电流，逆变网络将直流电流转换为交流电流，选频网络调节交流电流的大小和正弦度后输出给变压器的原边绕组，π型匹配网络调节变压器的副边绕组输出的交流电流的与电感线圈的负载相匹配并提供给电感线圈，变压器实现隔离。
22.其进一步的技术方案为，直流电源的正极连接第一电感l1的一端，第一电感l1的另一端连接开关管n1的一端、第一固定电容c1的一端以及第二固定电容c2的一端，第二固定电容c2的另一端连接第二电感l2的一端，第二电感l2的另一端连接变压器t的原边绕组的一端，变压器的原边绕组的另一端与第一固定电容c1的另一端、开关管n1的另一端相连并连接直流电源的负极；
23.变压器t的副边绕组的一端连接第三可变电容c3的一端以及第三电感l3的一端，第三电感l3的另一端连接第四可变电容c4的一端，第四可变电容c4的另一端连接及第三电感l3的另一端并连接变压器t的副边绕组的另一端；
24.第四可变电容c4的两端分别引出用于连接电感线圈的两端；
25.开关管n1和第一固定电容c1构成逆变网络，第二固定电容c2和第二电感l2构成选频网络，第三电感l3、第三可变电容c3和第四可变电容c4构成π型匹配网络。
26.其进一步的技术方案为，第一固定电容c1的容值范围是100pf～2000pf，第二固定电容c2的容值范围是1nf～100nf；第一电感l1的感值范围是1mh～100mh，第二电感l2的感
值范围是1nh～1000nh，第三电感l3的感值范围是1mh～100mh；第三可变电容c3的容值变化范围是1nf～2000nf，第四可变电容c4的容值变化范围是1nf～2000nf；开关管n1的耐压范围是100v～1000v，开关管n1的耐流范围是1a～50a，开关管n1的导通电阻的范围是25mω～1000mω；直流电源的电压范围是0v～100v。
27.本技术的有益技术效果是：
28.本技术公开了一种基于电感耦合等离子体的真空玻璃真空度检测系统，利用真空度检测装置由螺旋型结构的电感线圈产生交变电磁场，基于交变电磁场在低气压环境下容易产生电感耦合等离子体的特性，利用待检测真空玻璃的内部隔层中形成的发光区域的面积来指示待检测真空玻璃的真空度，为真空玻璃的真空度检测提供了一种全新的思路，相比于现有各种真空度检测装置和方法，本技术结构简单，检测效率和检测准确度较高。
29.真空度检测装置内部的匹配电路的结构简单，使得装置本身比较小巧，具有小型化的特征。且假装绝缘外壳后可以实现为便携式手持设备，可以方便的检测真空玻璃的真空度，使用相当便捷。绝缘外壳将高压回路与人体隔离开来，确保了手持使用的安全性和可靠性。
附图说明
30.图1是一个实施例中的真空度检测装置的电路结构图。
31.图2是一个实施例中的真空玻璃真空度检测系统的系统结构示意图。
具体实施方式
32.下面结合附图对本技术的具体实施方式做进一步说明。
33.本技术公开了一种基于电感耦合等离子体的真空玻璃真空度检测系统，该真空玻璃真空度检测系统包括：真空度检测装置以及待检测真空玻璃。
34.请参考图1所示的电路图，该真空度检测装置包括直流电源u
dc
、匹配电路和电感线圈1，直流电源u
dc
通过匹配电路连接电感线圈1的两端。
35.电感线圈1呈螺旋型结构，由金属管线绕制形成从外圈到内圈半径依次变小的盘香型，相邻的金属管线之间相互间隔。在一个实施例中，电感线圈1由铜管按螺旋型结构绕制形成，铜管的直径范围为0.1mm～10mm，铜管绕制的匝数的范围为5匝～50匝，相邻的铜管之间的间距范围为0.1mm～10mm。在一个实施例中，电感线圈1采用直径为5mm的铜管绕制而成，绕制的匝数为12匝，且相邻的铜管之间的间距为5mm。
36.直流电源u
dc
通过匹配电路给电感线圈1通入交流电流，使得电感线圈1产生交变磁场，交变磁场进一步产生交变的感应电场。在一个实施例中，在电感线圈1上施加的射频电压的频率范围为0.1mhz～20mhz。在另一个实施例中，在电感线圈1上施加的射频电压的频率为10mhz。
37.匹配电路包括第一电感l1、逆变网络、选频网络、变压器和π型匹配网络，直流电源u
dc
连接第一电感l1输出直流电流，保证只允许直流电流通过。逆变网络将直流电流转换为交流电流，选频网络调节交流电流的大小和正弦度后输出给变压器的原边绕组，π型匹配网络调节变压器的副边绕组输出的交流电流的与电感线圈的负载相匹配并提供给电感线圈，变压器实现隔离。
38.在一个实施例中，如图1所示，直流电源u
dc
的正极连接第一电感l1的一端，第一电感l1的另一端连接开关管n1的一端、第一固定电容c1的一端以及第二固定电容c2的一端，第二固定电容c2的另一端连接第二电感l2的一端，第二电感l2的另一端连接变压器t的原边绕组的一端，变压器的原边绕组的另一端与第一固定电容c1的另一端、开关管n1的另一端相连并连接直流电源的负极。变压器t的副边绕组的一端连接第三可变电容c3的一端以及第三电感l3的一端，第三电感l3的另一端连接第四可变电容c4的一端，第四可变电容c4的另一端连接及第三电感l3的另一端并连接变压器t的副边绕组的另一端。第四可变电容c4的两端分别引出用于连接电感线圈的两端。开关管n1和第一固定电容c1构成逆变网络，第二固定电容c2和第二电感l2构成选频网络，第三电感l3、第三可变电容c3和第四可变电容c4构成π型匹配网络。开关管n1可以通过常见的mos管、igbt器件等实现，当使用不同的器件实现时，开关管n1接在电路中的两端含义不同，本技术可以根据实际需要设置。
39.基于图1所示的匹配电路的电路结构，为了使得电路有更好的效果，在一个实施例中，设置直流电源u
dc
的电压范围是0v～100v，并对匹配电路中的器件的选型如下：
40.(1)第一固定电容c1的容值范围是100pf～2000pf，第二固定电容c2的容值范围是1nf～100nf。
41.(2)第一电感l1的感值范围是1mh～100mh，第二电感l2的感值范围是1nh～1000nh，第三电感l3的感值范围是1mh～100mh。
42.(3)第三可变电容c3的容值变化范围是1nf～2000nf，第四可变电容c4的容值变化范围是1nf～2000nf。
43.开关管n1的耐压范围是100v～1000v，开关管n1的耐流范围是1a～50a，开关管n1的导通电阻的范围是25mω～1000mω。在一个实施例中，开关管n1采用氮化镓器件，且耐压为200v、耐流为22a、导通电流为25mω。
44.(4)变压器t的变比范围为1:2到1:30。在一个实施例中，变压器t采用空心变压器且变比为1:10。
45.真空度检测装置和待检测真空玻璃2靠近设置，真空度检测装置的电感线圈1与待检测真空玻璃2之间的距离不超过距离阈值，使得待检测真空玻璃2在交变的感应电场的作用范围内。一般可以直接将电感线圈1贴附在待检测真空玻璃2表面。请参考图2所示的示意图。待检测真空玻璃2的内部隔层中虽然气压极低但仍然存在稀薄的空气，空气中的电子在真空度检测装置产生的交变的感应电场的作用下加速运动获得能量，电子挣脱原子核束缚产生电离，这些电离出来的高能电子继续与未电离的粒子碰撞，使得空气的电离进一步发展，从而使得待检测真空玻璃2的内部隔层在交变的感应电场的作用下产生感应耦合等离子体。
46.待检测真空玻璃2的内部隔层在产生感应耦合等离子体时，会伴随出现明亮的发光区域，且待检测真空玻璃2的内部隔层中形成的发光区域的面积与待检测真空玻璃2的真空度相关，因此根据发光区域的面积就能确定待检测真空玻璃2的真空度，实现真空度检测。
47.待检测真空玻璃2的内部隔层中形成的发光区域的面积越大，所指示的待检测真空玻璃2的真空度越高。当待检测真空玻璃2的真空度较优时，内部隔层中会出现面积较大的发光区域；当待检测真空玻璃2的真空度不良时，内部隔层中的发光区域的面积较小或者
不会出现发光区域。
48.由于发光区域的大小也受电感线圈的尺寸的影响，因此发光区域的面积的大小一般不是指绝对面积的大小，而是指发光区域的面积相对于电感线圈的面积的比值得到的相对面积的大小。
49.本技术使用螺旋型结构的电感线圈1，可以使得不同真空度的待检测真空玻璃2都能产生感应耦合等离子体、有放电现象，从而可以对较大变化范围内的真空度的检测。若使用普通的线圈结构，则待检测真空玻璃2的放电效果不明显，在一部分情况下甚至不会产生放电现象，不仅检测误差大，而且对很多待检测真空玻璃可能无法实现检测。
50.在一个实施例中，通过预先拟合的关系，可以基于待检测真空玻璃2的内部隔层中形成的发光区域的面积得到对应的真空度。或者更为常见的，在工业检测领域，实际并不需要待检测真空玻璃2的真空度的具体准确数值，而只需要评估待检测真空玻璃2的真空度的优良效果，因此在一个实施例中，对待检测真空玻璃2的内部隔层中形成的发光区域的面积划分四个范围，从而将待检测真空玻璃2的真空度划分为四个等级；
51.当待检测真空玻璃的内部隔层中形成的发光区域的面积达到电感线圈的面积的90％时，确定待检测真空玻璃的真空度为0.01pa-0.1pa，表示待检测真空玻璃的真空度较优。
52.当待检测真空玻璃的内部隔层中形成的发光区域的面积为电感线圈的面积的50％～90％时，确定待检测真空玻璃的真空度为0.1pa-2pa，表示待检测真空玻璃的真空度良好。
53.当待检测真空玻璃的内部隔层中形成的发光区域的面积为电感线圈的面积的10％～50％时，确定待检测真空玻璃的真空度为2pa-10pa，表示待检测真空玻璃的真空度中等。
54.当待检测真空玻璃的内部隔层中形成的发光区域的面积小于电感线圈的面积的10％时，确定待检测真空玻璃的真空度大于10pa，表示待检测真空玻璃的真空度较差。
55.实际应用时，划分条件可以自定义调节。
56.在另一个实施例中，为了方便使用，如图2所示，该真空度检测装置还包括绝缘外壳3，匹配电路设置在绝缘外壳3的内部，电感线圈1相对于绝缘外壳3外露。在一个实施例中，绝缘外壳3的表面包含向内凹陷的沟槽，沟槽的尺寸与电感线圈的尺寸相匹配，电感线圈1嵌装在绝缘外壳3的表面的沟槽内。在一个实施例中，沟槽呈圆形，且直径范围是20-30mm，比如选25mm。
57.直流电源u
dc
可以也设置在绝缘外壳3的内部，但考虑到直流电源u
dc
的尺寸一般比较大，并不方便集成，所以一般会将直流电源u
dc
设置在绝缘外壳3的外部，通过绝缘外壳3的开孔将引线连接至绝缘外壳3内部的匹配电路。
58.由此，真空度检测装置形成为便携手持设备，从而方便携带，通过手持真空度检测装置将电感线圈1靠近待检测真空玻璃2的表面，可以方便的检测待检测真空玻璃2的真空度，操作便捷度较高。绝缘外壳3将匹配电路的高压回路与人体隔绝开来，确保手持使用的安全性和可靠性，绝缘外壳3可以采用各种绝缘材料制成，诸如有机玻璃、树脂、as塑料等。
59.以上所述的仅是本技术的优选实施方式，本技术不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本技术的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变
化，均应认为包含在本技术的保护范围之内。