Способ контроля негерметичности кольцевых лазерных гироскопов

Изобретение относится к области испытательной техники и касается способа контроля негерметичности кольцевых лазерных гироскопов. Способ заключается в том, что в кольцевом лазерном гироскопе возбуждают электрический разряд и при рабочем токе лазера регистрируют спектр излучения лазера. Затем разряд гасят, помещают гироскоп в герметичную камеру, которую под избыточным испытательным давлением заполняют индикаторным газом и выдерживают в течение заданного времени. Далее гироскоп извлекают из камеры, вновь возбуждают электрический разряд и поддерживают его при рабочем токе лазера с последующей регистрацией спектра излучения. Появление в спектре излучения спектральной линии индикаторного газа свидетельствует о наличии негерметичности кольцевого лазерного гироскопа. Технический результат заключается в расширении диапазона выявляемых течей и обеспечении возможности однозначного определения деградации газовой среды. 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано для контроля негерметичности кольцевых газоразрядных лазерных гироскопов с гелий-неоновой смесью в качестве активной среды при их производстве.

Известен способ определения негерметичности изделий, заключающийся в том, что изделие помещают в объем накопления и измеряют в нем начальную концентрацию контрольного газа, заполняют изделие контрольным газом до избыточного испытательного давления, выдерживают изделие под ним в течение заданного времени, измеряют конечную концентрацию контрольного газа в объеме накопления и о степени негерметичности изделия судят по разности конечной и начальной концентраций контрольного газа в объеме накопления [Патент РФ №2441212, кл. G01M 3/04, авторов Щербакова Э.В., Тройникова В.И., Зяблова В.А., опубликованный 27.01.2012]. При этом согласно изобретению после помещения изделия в объем накопления и перед измерением начальной концентрации контрольного газа в объем накопления вводят порцию контрольного газа и определяют воздухообмен объема накопления с окружающей объем накопления атмосферой по математической зависимости, а о степени негерметичности изделия судят по разности конечной и начальной концентраций контрольного газа в объеме накопления с учетом определенного значения воздухообмена объема накопления с окружающей объем накопления атмосферой, рассчитывая степень негерметичности изделия по математической зависимости.

Недостатком данного способа является невозможность определения негерметичности газоразрядных вакуумных приборов из-за того, что испытуемое изделие необходимо разгерметизировать и наполнять контрольным газом.

Известен другой способ контроля герметичности изделий, заключающийся в том, что изделие помещают в вакуумную камеру. Сообщают вакуумную камеру с течеискателем. Вакуумируют течеискатель через вакуумную камеру до достижения в вакуумной камере рабочего давления, соответствующего максимальной чувствительности течеискателя, средствами вакуумирования вакуумной камеры. Разобщают вакуумную камеру и течеискатель. До подачи в вакуумную камеру тарированного потока контрольного газа и до заполнения изделия контрольным газом вакуумируют вакуумную камеру до заданного давления, меньшего рабочего. После подачи в вакуумную камеру тарированного потока контрольного газа и после заполнения изделия контрольным газом разобщают вакуумную камеру и средства вакуумирования вакуумной камеры. В момент достижения в вакуумной камере рабочего давления сообщают вакуумную камеру с течеискателем. Измеряют величины максимальных приращений показаний течеискателя от тарированного потока и от изделия. По разности измеренных приращений судят о наличии негерметичности на изделии [Патент РФ №2016385, кл. G01M 3/02, авторов Липняка Л.В., Панова Н.Г., Попова А.Д., опубликованный 15.07.1994].

Недостатком данного способа является невозможность выявления течи потока натекания, через которую меньше максимальной чувствительности течеискателя, т.е. менее $${10}^{-12}\frac{Па\cdot {м}^3}{с}$$ .

Прототипом предлагаемого изобретения является способ определения скорости деградации активной среды в кольцевом гелий-неоновом лазере [Патент РФ №2402833, кл. H01J 17/22, авторов Молчанова А.В., Морозова Д.А., Осетрова И.В., Сауриди А.Г., Чиркина М.В., опубликованный 27.10.2010]. Данный способ заключается в том, что в кольцевом лазере возбуждают электрический разряд и поддерживают его при рабочем токе лазера. Затем разряд гасят и, увеличив выходное сопротивление источника питания лазера, повторно зажигают, после чего путем регулировки выходного напряжения источника устанавливают основную частоту реактивных колебаний и регистрируют соответствующее ей выходное напряжение источника питания. На основе обработки полученных данных как функций времени испытаний определяют относительную скорость изменения выходного напряжения источника, соответствующую фиксированной основной частоте реактивных колебаний, и скорость увеличения порогового тока появления лазерной генерации.

Кольцевой гелий-неоновый лазер является источником информационного сигнала в лазерном гироскопе, поэтому определение скорости деградации активной среды под действием газового разряда сразу же после изготовления лазера позволяет производить отбраковку потенциально ненадежных изделий и минимизировать производственные издержки, связанные со сборкой и изготовлением лазерных гироскопов. Деградация активной среды приводит к росту порогового тока появления лазерной генерации, скорость изменения которого с течением времени количественно характеризует этот процесс и определяет срок службы лазера. Данная задача решается на основе выбора информативных параметров, характеризующих качество приборов, и фиксации изменений этого или этих параметров за определенное время испытаний, по которым судят о скорости деградационного процесса в тестируемом лазере. Качество методики определяется чувствительностью выбранных информативных параметров к изменениям в газовом наполнении лазера, степенью достоверности их регистрации, возможностью автоматизации процесса испытаний и, как следствие, временем испытаний, обеспечивающим обоснованный вывод о качестве тестируемого прибора. Кроме того, испытания не должны вызывать необратимых разрушений элементов кольцевого лазера, нетипичных для штатного режима эксплуатации.

Недостатком прототипа является то, что на основе измерения выбранных информативных параметров невозможно точно установить причину деградации активной газовой среды, либо это негерметичность, либо газоотделение.

Технической задачей предлагаемого изобретения является расширение диапазона выявляемых течей при испытаниях кольцевых лазерных гироскопов и однозначное определение деградации газовой среды, связанной с наличием негерметичности лазерного гироскопа, на основании прямых измерений.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. В кольцевом газоразрядном лазерном гироскопе с гелий-неоновой смесью возбуждают электрический разряд, устанавливают рабочий ток и регистрируют спектр излучения. На фиг. 1 представлен характерный спектр излучения кольцевого гелий-неонового лазера в диапазоне длин волн от 810 нм до 815 нм.

Затем разряд гасят и помещают кольцевой лазерный гироскоп в герметичную камеру. Камера заполняется индикаторным газом с избыточным давлением. Роль индикаторного газа может выполнять любой газ. Однако необходимым условием выбора индикаторного газа является то, чтобы спектральные линии химического элемента газа в выбранном спектральном диапазоне обладали высокой интенсивностью для их выявления в спектре излучения кольцевого гелий-неонового лазера. Также обязательным условием выбора индикаторного газа является его отсутствие в составе исходной гелий-неоновой смеси, которой заполняют кольцевой лазер.

После выдержки в герметичной камере с индикаторным газом кольцевой лазер из нее извлекают. Далее поджигают электрический разряд, устанавливают рабочий ток и заново регистрируют спектр излучения.

На фиг. 2 представлен спектр излучения кольцевого гелий-неонового лазера в диапазоне длин волн от 810 нм до 815 нм с присутствующей спектральной линией 1 аргона Ar I - 811,5 нм. В качестве индикаторного газа при реализации предложенного способа использовался очищенный аргон. Наличие в спектре излучения спектральной линии, длина волны которой 811,5 нм, свидетельствует о присутствии аргона Ar I в составе исходной гелий-неоновой смеси. Присутствие аргона в составе исходной гелий-неоновой смеси напрямую свидетельствует о наличии негерметичности кольцевого лазерного гироскопа.

Таким образом, предложенный способ позволяет значительно расширить диапазон выявляемых течей до $${10}^{-14}\frac{Па\cdot {м}^3}{с}$$ и по сравнению с прототипом однозначно определять причину деградации газовой среды кольцевого лазерного гироскопа связанную с наличием негерметичности.

Способ контроля негерметичности кольцевых лазерных гироскопов, заключающийся в том, что в кольцевом лазерном гироскопе возбуждают электрический разряд и поддерживают его при рабочем токе лазера, отличающийся тем, что далее регистрируют спектр излучения лазера, затем разряд гасят и кольцевой лазерный гироскоп помещают в герметичную камеру, которую под избыточным испытательным давлением заполняют индикаторным газом и выдерживают в течение заданного времени, после чего извлекают из камеры кольцевой лазерный гироскоп, вновь возбуждают электрический разряд и поддерживают его при рабочем токе лазера с последующей регистрацией спектра излучения, при этом появление в спектре излучения спектральной линии индикаторного газа напрямую свидетельствует о наличии негерметичности кольцевого лазерного гироскопа.