用于確定透明容器內(nèi)的氣體組分的方法和裝置的制造方法
【專利說明】
[0001]發(fā)明的
技術領域
[0002]本發(fā)明涉及用于確定目標氣體組分，特別是具有一個或幾個單獨空腔的玻璃單元內(nèi)，例如隔熱玻璃單元IGU或任意其它類似的透明容器內(nèi)的目標氣體組分的方法和裝置。
[0003]發(fā)明背景
[0004]在玻璃制造工藝中，玻璃片(被稱為浮法玻璃)可以與不同種類的元件如涂覆層或回火層結合，以形成具有特定性能的、用于不同目的的玻璃板。例如，隔熱玻璃單元IGU通常構造成這樣的配置，該配置具有兩個或多個玻璃片，所述玻璃片之間是封閉間隔，其中所述封閉間隔填充有低熱導率的氣體，如氬氣、氙氣、氪氣、氮氣或這些的混合物。在工業(yè)中需要檢查玻璃單元的品質(zhì)并確保沒有泄漏，以使得填充氣體不被泄漏掉。
[0005]根據(jù)現(xiàn)有技術獲悉了用于確定該間隔中所含氣體混合物的品質(zhì)和可能的泄漏的不同種類的解決方案。通常地，這些方案是基于測量間隔中所含氣體混合物的氣體組分的濃度，例如測量填充氣體的吸收峰，并從而測量填充氣體的濃度。然而，填充氣體的濃度測量具有一些缺點，即針對不同類型的填充氣體必須使用不同的激光源，這顯然是昂貴和耗時的測量方式。另一個缺點在于通常的氣體單元內(nèi)的氣體體積非常小，于是待測氣體的量小，所以由所述氣體組分對測量光束所產(chǎn)生的吸收峰(峰的振幅)也非常弱。此外并且因此，待測氣體組分的吸收峰的位置可能由于環(huán)境噪聲而非常難以從測量信號中找到，該環(huán)境噪聲容易覆蓋待確定的吸收峰并進而使得該分析非常困難和費力。
[0006]發(fā)曰月概沐
[0007]本發(fā)明的目的是減輕并消除與已知的現(xiàn)有技術相關的問題。尤其地，本發(fā)明的目的是提供一種用于進行非侵入式地確定玻璃單元的品質(zhì)或玻璃單元的間隔或其它透明容器或間隔中所含氣體組分的泄漏的方法。本發(fā)明的另外的目的是提供一種用于如果玻璃單元包括多個間隔時，同時分別地確定每個間隔中的氣體組分的任何泄漏的方法。
[0008]本發(fā)明的目的可以通過獨立權利要求的特征來實現(xiàn)。
[0009]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權利要求1的裝置，該裝置用于非侵入式地確定間隔內(nèi)目標氣體組分的存在并從而確定所述間隔的任何泄漏。此外，本發(fā)明涉及權利要求11的相應的方法。
[0010]根據(jù)一個實施方案，用于非侵入式地確定間隔內(nèi)目標氣體組分的存在的裝置包括檢測單元和校準單元。檢測單元包括用于向該間隔發(fā)射激光束的激光束發(fā)射機構。此外，檢測單元包括用于檢測從該間隔的表面反射的所述被發(fā)射激光束的反射的檢測機構。其中氣體組分待確定的所檢測的間隔通常為隔熱玻璃單元IGU的間隔，其中該間隔由該單元的玻璃片封閉。無論如何，該間隔也可能是任意其它的間隔或透明容器。
[0011]校準單元包括至少一個透明室，該透明室至少具有與該間隔內(nèi)待確定且待分析的氣體組分相同的氣體組分。如果測量的是填充氣體，該氣體組分可以例如與填充氣體相同。然而要注意的是，在很多情形下確定非填充氣體的另一種氣體的泄漏要容易得多。尤其要注意的是，如果玻璃單元有任何泄漏，填充氣體會漏掉，但同時周圍空氣的氣體組分會擴散或流入玻璃單元的間隔。因此，待測量的并也包含在校準室中的氣體組分可能是例如02或CO2，并不一定是填充氣體的氣體組分，如氬氣、氙氣、氪氣、氮氣或這些的混合物。如果該測量顯示出玻璃單元內(nèi)存在例如氧氣，則可以確定泄漏。根據(jù)一個實施方案，校準室可以用含有例如21%的O2的標準空氣來填充。再次要注意的是，可以使用具有不同的氣體組分的多個不同的室。
[0012]激光束發(fā)射機構和檢測機構被設置成以有利的固定角度發(fā)射并接收光束，以使激光光斑的聚焦位于所述激光發(fā)射機構與檢測機構之間并位于連接所述激光發(fā)射機構和檢測機構的直(虛擬)線以外。另外，在測量和校準過程期間，聚焦光斑被配置成位于相對于所述檢測單元的相同位置。
[0013]出于校準的目的，檢測單元和校準單元被配置成彼此相關地移動。在校準階段，激光束被設置成行進穿過校準室，以便聚焦光斑擊中校準單元的反射器。該反射器可以例如是單獨的反射器，并包括單獨的玻璃片。根據(jù)一個實施方案，它也可以是該裝置的覆蓋玻璃片(窗口，通常鍍膜玻璃或石英玻璃)。此外，同時將檢測機構基本上聚焦到所述聚焦光斑并配置成使所述反射光束成像而用于分析。檢測機構的聚焦(僅使聚焦光斑成像)使不希望的光干涉最小化，否則其容易干擾測量。檢測機構有利地提供了對應于反射光束的強度的電信號。
[0014]在校準過程中，改變激光源的輸入電流(WMS技術)以便掃描待確定的氣體組分的峰的位置。當開始校準過程時，增大電流以改變所發(fā)射的激光束的波長。同時可以通過正弦信號來調(diào)整電流以增強待確定的信號并使其更加可靠。將電流增大到某個限度以確定由待測氣體組分的吸收產(chǎn)生的峰的位置。隨后，再次減小電流以便在待確定的峰周圍與激光源的發(fā)射波長重疊。因此，峰位置可以以激光源的波長和/或輸入電流的函數(shù)來檢測。結果是獲得了成對的峰(peak pair)。
[0015]要注意的是，即使只有峰位置是已知的，也可以進行對目標氣體組分的存在的測量或確定，并且不需要校準該裝置以獲得目標氣體的絕對濃度。因此，該校準應被理解為查尋目標氣體組分的一個或多個基準峰的位置。通常地，峰位置的確定是足夠的，尤其是在確定是否有任何泄漏的情況下和在任何環(huán)境氣體已進入該間隔內(nèi)的情況下。如果有泄漏，則僅在所述峰位置處的小信號就顯示出泄漏并因此不需要知道所測氣體組分的絕對濃度。無論如何，還要注意的是，如果需要，還可以進行該校準，以便可以測量絕對濃度。為此，測量不同的透明容器，而在這些容器內(nèi)具有不同濃度的氣體組分，以便獲得針對不同濃度的不同響應。而且，校準室內(nèi)的氣體組分的絕對濃度并不重要，而只是將其用于確定待測氣體的一個或多個峰位置。
[0016]為了確定，將檢測單元配置成朝向和/或遠離所述間隔移動而用于確定的目的，以使所述聚焦光斑順序地擊中封閉所述間隔的外表面和內(nèi)表面，并且還行進穿過該間隔(至少當確定來自后部內(nèi)表面(inner back surface)的反射時)。
[0017]根據(jù)一個實施方案，該裝置包括封裝檢測單元和校準單元的密封殼體。有利地，殼體用屏蔽氣體如氮氣或氬氣填充。選擇填充氣體，使其對于激光波長呈惰性。另外，殼體基本上不含待測氣體以使其不會干擾測量。
[0018]根據(jù)一個實施方案，該裝置被配置成有利于在測量前進行自檢。在自檢中，將檢測單元配置成進行校準和另外測量在裝置殼體內(nèi)的體積，從而將聚焦光斑配置成從反射器反射，以便不涉及校準室。如果在校準后沒有從所述體積中檢測到信號，則在殼體中沒有泄漏，屏蔽氣體正常工作。
[0019]根據(jù)一個實施方案，該裝置被配置成改變激光發(fā)射機構的溫度，以便在掃描在待測氣體組分的峰位置周圍的波長時，調(diào)節(jié)所測曲線中的峰的距離。通過該方式，所述峰的距離可以在有利的位置上改變，以使所述峰不互相覆蓋并獲得最佳分辨率。作為實例，該裝置可包括加熱機構，有利的是可控式加熱機構，如珀耳帖元件(peltier element)。加熱機構被有利地配置成控制該裝置的溫度和尤其是激光發(fā)射機構，如可調(diào)式二極管激光器的溫度。
[0020]另外，根據(jù)一個實施方案，該裝置還可包括界面機構，例如密封件，如硅氧烷密封，將該界面機構配置成在感興趣的間隔的表面上引入。另外，該裝置可包括負壓提供機構，其被配置成在該裝置與由界面機構限定的間隔的表面之間的體積中提供負壓，以便去除在裝置和間隔之間的空氣和將該裝置固定到所述表面并由此有利于該裝置的定位，例如基本上垂直于所述表面，并由此使得由于未對齊的定位而造成的測量誤