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用，研究了整個檢測儀的基本工作原理和系統設計要點，希望能夠在后續的實踐工作中得到進一步的推廣和應用。

關鍵詞：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

在當前的技術條件支持下，通常將氦質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，其所對應的最高靈敏度水平多在1.0×10-13 atm.cc/s.He單位以內。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譜檢漏儀，在常規質譜檢漏儀的基礎之上進行了優化，通過對紅外探測器組件的合理應用，在全金屬化的構造背景下實現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、電離規部件、質譜儀部件、吸氣劑部件、吸氣劑閥門部件、分子泵部件、熱偶規部件和油泵部件。在整個系統中，超高靈敏檢測儀實現高真空狀態的基本思路在于：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。具體而言，整個超高靈敏檢測儀的基本組成結構如圖1所示。

圖1 超高靈敏檢測儀基本組成結構示意圖

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，并關閉粗抽閥門部件。在此狀態下，借助桿質質譜儀對工件漏率情況進行初步檢測。在初步檢測階段，多推薦應用傳統的噴吹法模式展開作業，所獲取的漏率大多在10-10 atm.cc/s.He單位以內。

在部分特殊的工況作用下，僅僅應用噴吹法進行檢測可能出現失誤或漏檢的問題，因此還需要通過應用累積法檢漏模式，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，系統內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出的上升情況，然后抽出氦氣。在此基礎上，開啟標準漏孔閥門，在確保漏率

穩定的情況下，關閉主閥門，以釋放系統內部的氦氣，并記錄分壓變化情況。對比分析兩次記錄數據，可以獲取整個被檢測真空電子器件的漏率水平，所對應精確度完全滿足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定。

2 超高靈敏度檢測儀系統硬軟件設計分析

整個超高靈敏度檢測儀基于累積法檢漏原理完成設計工作。這種設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，其所對應的漏率指標較低，因此在按照常規技術方法進行檢漏的過程當中，無法獲取對應的氦氣信號。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不穩定的問題，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的硬件設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需要簡潔、有效，確保系統內部無冗余管路。以此來降低氦氣本底，維持氦氣本底的穩定性。②要確保超高靈敏度檢測儀真空系統中所對應的質譜儀、吸氣劑泵和標準漏孔位置設計的合理性，最大限度地降低兩者之間的相互影響，提高質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計。嚴格控制抽動速度，避免因抽動速度過快或過慢而導致被檢測信號減弱，由此導致檢漏率差異顯著。④真空系統設計中需要最大限度地提高整個超高靈敏度檢測儀的通導率水平，以確保寒氣分子能夠達到質譜儀的檢測位置，提高檢測精確性。

從軟件設計的角度上來說，可選取質譜儀作為INFCON公司四級桿質質譜儀。該質譜儀可支持對整個真空系統內質量數在100.0范圍以內氣體的精確測量。軟件系統自數據測試開始，在經過分類輸入程序處理后，在條件滿足狀態下加入環境條件，并計算結果，最終輸出數據。

3 結束語

本文研究了一種建立在累積法基礎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構材料，處理工藝特殊，并合理應用了紅外探測器組件，使得檢測儀能夠滿足現行的漏率檢測水平（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品的研制和生產過程當中發揮明顯的優勢與價值。未來可以進一步將其應用于對航天產品、核物理產品、高能粒子加速器產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〕