脉冲衰减渗透率仪

JDSU可编程衰减器是一种高分辨率，扩展范围，可编程衰减器，非常适合测试功率计以及一般测试和实验室工作。衰减器的分辨率为0.01 dB（0.001dB HA1系列）和100dB的扩展衰减范围,标准工作波长为1200-1700nm。（对于HA9W衰减器， 波长为750-1700nm,衰减范围为60 dB）HA1衰减器为单模、超高分辨率，以及可编程衰减器，适用于误码率测试和一般实验室工作。HA2系列可编程衰减器提供波长依赖性为±0.05 dB，输入功率高达 1W（30 dBm），HA2适用于各种应用包括放大器测试和DWDM系统特性。HA衰减器非常适合在苛刻的应用中使用。作为多通道AM系统和高比特率数字脉冲编码调制（PCM）系统，离散内反射最小化到60dB以上，几乎消除了空腔效应。所有HA衰减器均配有高回波损耗和低光谱纹波的有线电视AM系统。这些衰减器的固有线性设计，结合内置校准和偏移功能，允许用户在大功率范围内将显示器与光学功率计匹配，此功能在需要控制测试设备的绝对光功率的测试中很有用。内置光束阻断开关提供从任何衰减快速设置为无限衰减（90dB）。主要特点和优点：100dB范围0.01或0.001dB分辨率 ，0.01dB重复性精度为±0.1 dB ，典型极化相关损耗（PDL）0.03dB1200-1700 nm或750-1700 nm波长范围内置GPIB和RS232远程控制单模或多模光纤SCPI兼容命令集可选耦合器或开关1000mW大功率输入波长依赖性在1530-1625 nm范围内小于±0.05 dB.符合CE要求及UL3101-1和CAN/CSA-C22.2，编号1010.1应用：精密光功率控制， 功率计线性校准模拟传输测试， 误码率测试光纤链路损耗模拟， EDFA输出功率特性[img=,616,340]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/04/201904180910225483_1842_3388456_3.png!w616x340.jpg[/img][img=,690,295]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/04/201904180910238184_2549_3388456_3.png!w690x295.jpg[/img][img=,650,552]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/04/201904180910250685_5875_3388456_3.png!w650x552.jpg[/img]

数字信号与脉冲序列调理数字IO接口数字信号采用数字信号进行通信是计算机和外设、仪器以及其他电子设备之间最常见的通信方式，因为这是计算机工作的基本元素。任何信号，都必须转换为数字信号之后，才能输入计算机，并进行处理。数字信号流入或流出系统时，或是单个信号，或是一串脉冲，可以只经过单一端口，也可以经过多个并行端口，并行端口上每根信号线代表字符中的一个bit。计算机的数字输出信号线往往用于控制继电器，以间接控制其他设备的开关。类似地，数字输入信号线可以代表某个传感器或开关的两种状态之一，而一串脉冲序列可以指示某个设备的当前位置或瞬时速度。输入信号可能来自继电器或其他固态设备。大电流、高电压数字IO通过继电器，可控制超出计算机内部处理范围的电压或电流，但信号或状态的响应速度受限于线圈的频率响应和触点移动。同时，当电感负载由闭合切换至断开时，两端的反向自感电动势必须被抑制，可将续流二极管反接在负载两端，为脉冲电流提供通路，以释放能量。如果没有这个二极管，继电器两端的电弧会缩短自身使用寿命(见图11.01)。[img=,315,349]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/05/201905281514034446_4291_3859729_3.jpg!w315x349.jpg[/img]TTL和CMOS设备通常用于连接高速低压信号，例如速度或位置传感器的输出信号。但是在需要用计算机去激励继电器线圈的应用中，TTL或CMOS设备也许无法满足电压和电流需求。因此需要在TTL信号和继电器之间接入一级缓冲，以提供30V，100mA的驱动能力。 [img=,315,323]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/05/201905281514151811_8384_3859729_3.jpg!w315x323.jpg[/img]这种系统的一个例子是用于数字IO仪器的板卡，板载放大/衰减单元，由一个PNP晶体管、一个续流二极管和一个电阻组成(见图11.02)。为了控制标准的24V继电器，需要从外部引入24V电源。内部TTL输出高电平时，三极管导通，输出低电平（约0.7V）；TTL输出低电平时，三极管进入截止区，输出被拉到24V。因为继电器线圈是感性负载，所以需要反接一个续流二极管，用于在开关切换时保护继电器。图11.03演示了高压数字输入的降压电路。这使得TTL电路可以处理高达48V的电压。高压信号接入电阻分压电路，得到衰减。选取一个阻值适当的电阻R，用于处理不同程度的高压信号。图11.04中的表格提供一些常用方案。[img=,368,288]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/05/201905281517039909_4386_3859729_3.jpg!w368x288.jpg[/img][img=,351,168]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/05/201905281517036364_4408_3859729_3.jpg!w351x168.jpg[/img]数字输入计算机处理数字输入的方法各种各样，有难有易。这一章节简要讨论软件触发，单字节读取；硬件控速，数字输入；外部触发，数字输入。数字输入的异步读取当计算机周期性的采样数字引脚时，需要使用软件触发的异步读取方式。有时，读取数字输入的速度和时机至关重要，但是采用软件触发的单字节读取方式，读取间隔很难保持稳定，尤其是当应用程序运行在多任务操作系统下的时候，例如在PC机上运行。原因是读取间隔受计算机的运行速度和其他并发任务的影响。读取间隔的不稳定可用软件定时器进行补偿，但是小于10ms的时间分辨率在PC上很难得到保证。数字输入的同步读取有些系统提供硬件控速的数字输入读取方式，用户可以设置数字输入端口的读取频率。例如，某系统能够以100kHz的频率读取16位IO口，某些系统可以达到1MHz的速度。硬件控制的读取，最大优点就是可以做到比软件快得多的速度。最后，此类设备可以在读取模拟输入的同时读取数字输入，使得模拟输入和数字输入的数据具有紧密的关联性。数字输入的外部触发读取某些外部设备以独立于数据采集系统的速率，产生以比特、字节或字为单位的数据。只有当新数据可读时才进行读数，并非以预先设置好的速率读数。因此，这些外部设备通常采用信号交换技术进行数据传输。当新的事件发生，例如外部数据就绪或门控信号输入时，外部设备在单独一根信号线上产生电平翻转。为了与这些设备交互，数据采集系统必须具备可被外部信号控制的输入锁存功能。这样，一个逻辑信号会提交到主控计算机，提示新数据准备就绪，可从锁存器中读取。举例来说，一个以此方式工作的设备，在其6根控制信号线中有一根线用来通知外部设备主机正在读取输入锁存器中的数据。这个动作使外部设备能够保持住新数据，直到本次读取完成。数字隔离由于多种原因，数字信号往往需要被隔离，比如保护系统一端免受另一端随时可能出现的高压信号的损害、使得不共地的两个设备之间正常通信或保证医学应用中用户的安全。常见的隔离方案是光耦。光耦包含一个用于发射数字信号的LED或激光二极管，和一个用于接收信号的光电二极管或光电三极管（见图11.05）。光耦体积虽小，但可以隔离500V高压，这种技术还可以用于控制并监控不共地的设备。[img=,554,221]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/05/201905281517178877_2957_3859729_3.jpg!w554x221.jpg[/img]脉冲序列信号调理在许多测量频率的应用中，脉冲信号被计数或与某个固定的时基单元做比较。脉冲也可作为一种数字信号，因为只有上升沿或下降沿会被计数。在很多情况下，脉冲序列甚至可能来自模拟信号源，比如电磁拾波器（magnetic pickup）。举例来说，数据采集系统中应用广泛的频率采集卡，提供4路频率输入通道，并包含2个独立的前端电路，一个用于数字信号输入，另一个用于模拟信号输入。采集卡将数字输入划分为不同逻辑状态，将模拟输入转换成一个随时间变化的纯净的数字脉冲序列。图11.06演示了原理框图：总共模拟输入和信号调理两部分。前端RC网络提供交流耦合，允许高于25Hz的信号通过。衰减比例可调的衰减器降低了波形的整体幅度，削弱了不必要的低压噪声的影响。当需要使用来自继电器闭合时的脉冲序列时，此电路单元为用户提供了软件可配置去抖时间的功能。数字电路监控着被调节的脉冲序列，保持高电平或低电平。如果没有去抖动环节，信号中额外的边沿将导致过高的、不稳定的频率读数。[img=,378,240]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/05/201905281517366706_1103_3859729_3.jpg!w378x240.jpg[/img]大量传感器输出调频信号，而不是调幅信号。比如用于测量转动和流体流速的传感器，通常属于这一类。光电倍增管（photomultiplier tubes）和带电粒子探测器（charged-particle detectors）常用于测量领域，并输出频率信号。原则上，这些信号也可以用AD采集，但这个方法将产生大量冗余数据，使得分析工作难以进行。直接进行频率测量效率则高得多。频率 - 电压转换数据采集系统可通过多种途径测量频率：对连续的AC信号或脉冲序列做积分，产生与频率成比例关系的DC电压，或用AD将交流电压转换成二进制的数字信号，或对数字脉冲计数。[img=,382,294]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/05/201905281517493299_2073_3859729_3.jpg!w382x294.jpg[/img]脉冲序列积分一种常见的用于单通道的转换技术，模块化的信号调节：对输入脉冲做积分，并输出与频率成比例的电压信号。首先， AC信号经过一系列电容耦合，滤除超低频和DC分量，此输入信号每次经过零点，比较器产生一个恒定宽度的脉冲，脉冲再经过积分电路，如低通滤波器，然后输出一个变化缓慢的信号，信号电压将正比于输入信号频率（见图11.08）。[img=,387,297]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/05/201905281518092778_237_3859729_3.jpg!w387x297.jpg[/img]频压转换器的响应时间比较慢，约为低通滤波器截止频率的倒数。截止频率必须远低于待测信号频率，又要足够高，以保证所需的响应时间。若待测信号频率接近于截止频率，明显的纹波将会成为一个严重的问题，如图11.09所示。[img=,379,238]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/05/201905281518237403_2408_3859729_3.jpg!w379x238.jpg[/img]外部电容决定了专用频压转换的IC时间常数，使得电路可测量较宽频率范围内的信号，但频率改变时，电容也必须随之改变。不幸的是，这种频压转换器在频率低于100Hz时，表现得很差，因为截止频率低于10Hz的低通滤波器需要超级电容器。数字脉冲计数另一种用于测量数字脉冲或AC耦合模拟信号频率的技术。可输出正比于输入信号频率的DC电压，类似上面提到的积分法，只不过这里的DC电压来源于DAC。前端电路将输入的模拟或数字信号转换成纯净的脉冲序列，使其在进入DAC之前，不会带有来自继电器的毛刺，高频噪声以及其他多余信号（见图11.10）。[img=,554,257]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/05/201905281518331462_5120_3859729_3.jpg!w554x257.jpg[/img]举例来说，一个标准的带有频率输入的数据采集卡，模拟输入通道前置低通滤波器，截止频率可设置为100kHz、300Hz或30Hz，测频范围1Hz至100kHz，信号峰峰值50mV至80V。数字输入部分直流耦合至TTL电平的施密特触发器，可测量0.001Hz至950kHz，±15VDC的信号。采集卡通常具有上拉电阻，用于继电器或开关应用。微控制器准确测量几个脉冲的周期之和，频率分辨率取决于用户可配置的最小脉冲宽度。从测得的周期数据中可换算出频率，再根据频率值，控制DAC向数据采集系统输出相应的模拟信号，信号流入DC调理电路，最后，软件再将此电压转换成频率值。这种方法可以测量幅值和频率范围很宽的信号，且响应迅速。程序可控的频率量程可以最佳匹配ADC的量程，提高测量性能。DAC输出范围±5V，用户配置的最低频率对应-5V，最高频率对应+5V。实际上，用户可任意配置频带范围，如500Hz-10kHz、59.5Hz-60.5Hz。但ADC固定为12位分辨率，不管频宽如何，-5V至+5V的电压都会被按比例划分为4096个等级，所以设置的频宽越窄，频率分辨率越高。例如1Hz的频宽划分为4096份，分辨率高达1/4096Hz（0.00244Hz），而100Hz的频宽，分辨率则降至24.41Hz。虽然不同量程下，分辨率都是固定的12位，但测量速度却有所不同。从1Hz至自定义的频率上限，电压转换时间2至4ms，最长不超过输入信号的周期。0至10kHz范围内的信号，更新速率2至4ms；0至60Hz，则需要16.6ms。随着输入量程越来越窄，例如49至51Hz，12位分辨率去处理2Hz的带宽，消耗时间越来越长，转换时间大约59ms。除了低通滤波器，内置的迟滞功能也可防止由于高频噪声导致的错误计数。去抖时间可被软件配置为0.6ms至10ms，用于处理机电设备，如开关、继电器等切换状态时会产生毛刺的设备。基于门控脉冲计数的频率测量门控脉冲计数相对于频压转换法精准度更高。门控脉冲计数法记录在指定时间内出现的脉冲个数，除以计数时间即频率值，频率误差可以低至计数时间的倒数，例如以2s作为计数时间，频率误差低至0.5Hz。许多数据采集系统包含TTL电平兼容的计数器/定时器IC，可以产生门控脉冲、测量数字输入，然而并不适用于未经调理的模拟信号。所幸多数频率输出设备可以输出TTL电平。有些产品上的一个计数器/定时器IC，包含了5个计数器/定时器，而且通常使用数据采集系统的内部晶振，或外部晶振。这些IC通常使用多个通道配合完成计数功能，每路通道都包含一个输入部分，一个门控部分和一个输出部分。最简单的计数只需使用输入部分，PC以一定的周期读取计数值并复位计数器，这种方法的不足之处是读取周期不确定，函数执行过程中突然出现的情况可能随时启动或停止计数。另外，延时函数，例如延时50ms，依赖于不精确的软件定时器。这两点原因致使计数时间较短的频率测量毫无意义，但是，这种技术足以应对计数时间超过1秒的频率测量。门控信号控制着计数时间，所以改变门控信号可以获得更高的精准度。这样，频率测量就变得与软件方面的时间问题无关。可以配置门控信号，在其高电平时才进行脉冲计数。同样的，也可以配置成在检测到一个脉冲时开始计数，检测到另一个脉冲时停止计数。这种方法的一个缺点是需要额外的计数器用于控制。但在多通道频率采集的应用中，一个计数器可以控制多个通道。例如在5个通道的系统中，4通道用于计数，1通道用于控制。计时应用计数器/定时器同样可用于需要计时/定时的应用场合。将连接至输入通道的时钟信号作为门控信号是不错的选择，当信号为高电平时，使能计数。同样的方法可用于测量两个脉冲之间的时间间隔，只需配置成在第一个脉冲到来时开始计数，下一个脉冲到来时停止计数。由于16位计数器在计数到65535时，即将发生溢出，所以以1MHz的时钟频率计数时，可测脉宽不超过65.535ms，更宽的脉冲将会导致计数器溢出，除非降低时钟频率。如需了解更多内容请关注嘉兆科技嘉兆公司拥有40年测试测量行业经验，专业的销售、技术、服务团队，在众多领域都非常出色，包括：通用微波/射频测试、无线通信测试、数据采集记录与分析、振动与噪声分析、电磁兼容测试、汽车安全测试、精密可编程测量电源、微波/射频元器件、传感器等，并分别在深圳、北京、上海、武汉、西安、沈阳、珠海、成都设有全资分公司、生产工厂、办事处。

记一次脉冲强磁场设备维修原创：大陆2015-11-13一、前言磁场设备是磁学研究中产生磁场的设备，根据可产生最高磁场强弱可以分为亥姆赫兹线圈、永磁场发生器、电磁铁、超导磁体与强脉冲磁场发生器几种，其中使用脉冲磁场发生器原理是短时间通大电流产生强磁场，在相同的散热及供电功率等配套条件下可以产生比稳恒磁体强一个数量级以上的磁场，因而可以在物理、化学与生物研究中需要强场的场合应用。目前脉冲强磁场能产生的最高磁场的世界纪录超过2千特斯拉，不过这些极端磁场的产生过程伴随爆炸冲击波作用，只是一次性的产生，线圈无法再次使用，而且需要防爆实验环境；能够重复使用同一个线圈可控产生的脉冲强磁场最高约1百特斯拉，这需要配套专门的实验室与供电通道；在普通实验室条件下对脉冲磁场发生装置的需求一是不需要专门的电力改造，且整个装置方便移动，不过产生的磁场最高超过10特斯拉，我们实验室(磁学国家重点实验室)就有一套这样的样机设备，是实验室几位老前辈在1990年前后自己做的，设备整体照片如图1，它的主体分为充放电控制模块、线圈负载与电容柜(如图02中肚子里主要装的是1kV，0.1mF的电容阵列，合计98个，总容量9.8毫法拉) 、。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511132130_573466_1611921_3.png图01 脉冲强磁场装置照片http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511132130_573467_1611921_3.jpeg图02 脉冲强磁场装置中的电容二、故障及诊断维修前段时间有使用者在使用过程中发现设备电容无法充到设定电压，从而无法放电产生磁场。首先通过沟通，获知设备是在用户更换自己的负载线圈之后引起，用户自己的负载线圈电感约10纳亨，而设备标配的负载线圈是280微亨，相差4个数量级；然后结合图03所示的脉冲强磁场的电路分析故障在充电模块；最后打开机柜，通过肉眼观察线路板与元器件，如图04所示，可以看到大功率晶闸管的散热固定木柱有裂纹，从而将故障诊断在晶闸管上。值得一提的是，必须赞一下实验室前辈们：在设备制造过程中保留着晶闸管的铭牌，这样尽管他们退休好多年了，设备出现问题，后人还可以找到配件的线索。将晶闸管拆下来后发现正反向都是导通状态，显然控制端无法控制其单向积累电荷给电容充电，因而根据铭牌上的最大电流500A、耐压1800V、控制电压1.5V指标购买替换晶闸管，幸运的是市场上还能找到同样规格的KP-500A晶闸管，买回来替换上后测试发现仪器可以正常充放电，至此维修工作完成。简单分析其原因是使用者将负载换成特别轻的电感，这样在最高800V充电后，电感几乎不能增加阻抗，此时放电回路电路中的阻抗幅值约0.5欧姆，导致放电回路中的电流瞬间超过1600安培，而晶闸管的最高承受电流只有500安培，所以损坏导致故障。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511132130_573468_1611921_3.gif图03 脉冲强磁场装置充放电原理电路图http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511132130_573469_1611921_3.png图04 脉冲强磁场装置充放电电路照片http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511132130_573470_1611921_3.jpeg图05 更换的晶闸管照片三、测试验证我们知道，设备维修让设备能工作与是否适合科学研究是两码事，为了让使用者更好的在该设备上开展研究，需要在正常工作的基础上对其性能做一次测试验证，测量不同充电电压对应在标准负载线圈中的放电脉冲磁场。测试用到的工具是带轴向(霍尔传感器)磁场探头的特斯拉计(高斯计)，与一台示波器，如图06所示，由于仪器尾部自带有BNC模拟接口，将其连在示波器上，但初步测试发现仪器标配的模拟信号在较高磁场下有饱和截断平台，如图07所示。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511132130_573471_1611921_3.png图06 测试验证需要的仪器http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511132130_573472_1611921_3.png图07 直接使用模拟信号观测脉冲场波形经过与特斯拉计的工程师交流，得知其模拟输出的是原始霍尔电压信号放大10倍并做滤波限幅保护等电路处理之后输出的结果，而设备限幅4V，对应典型传感器最高只能测量4T的磁场。我们目前的应用明显要测量超过4T的磁场，那么要想获得高于4T的模拟脉冲信号，怎么办呢？使用原始(未经放大、调理、限幅处理的)霍尔电压信号！于是打开特斯拉计机箱，如图08所示，http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511132130_573473_1611921_3.png图08 特斯拉计内部电路结构http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511132130_573474_1611921_3.png图09 改变模拟BNC输入线的接入位置做好以上的准备工作后，开始进行测量系统标定，为了简便，这里使用一块永磁体产生磁场做动态模拟电压-磁场标定，放在探头边上，通过调节距离改变特斯拉计的输入磁场，记录特斯拉计与示波器上直流信号的平均值，绘制成曲线并拟合如图10所示。然后将磁场探头放入负载线圈的中心位置，测量不同放电电压下产生的脉冲磁场波形，并根据指数衰减放电函数拟合出峰值与脉宽，如图11所示。最后将所有的初始放电电压获得的脉冲磁场信号曲线的拟合结果汇总可得脉宽不随放电电压变化，恒定约1毫秒，峰值磁场与初始放电电压关系经拟合满足为B(特斯拉)=20V(千伏)关系，该设备在最高800V电压充电时产生峰值磁场约16T，使用相对简单的原理与低成本[c

该模块是一个由脉冲功率发射电路和信号接收滤波放大电路高度集成的超声收发共用应用模块，它能够为高精度超声波检测系统的优化应用提供解决方案。本模块的脉冲功率发射电路主要集成了超声传感器的前置放大及功率驱动电路，它与匹配变压器相连后可直接驱动超声换能器产生超声波。通过改变MCU输出脉冲的频率，该驱动模块可以产生从20KHz～2MHz的频率，这个频段基本涵盖了目前常见的超声波应用频段。模块的供电范围为12V～24V，工作温度为工业级－40～+85oC，输出脉冲功率可调，最高可达300w，输出阻抗为25mΩ。本模块中的超声脉冲驱动电路基本可以满足目前国内所有超声脉冲功率发射的常规应用要求。接收部分电路主要提供的对接收到的信号进行滤波放大，可根据不同的应用需要调整接收部分的滤波频带和放大倍数，它的输入噪声在输入信号频率为500kHz的时候可低至50uV，对于接收信号特别微弱的应用场合，如超声波气体流量计中有良好的表现。本模块可满足超声波常见的工业上的应用，如超声测距、超声测流量计量、超声探伤、超声测厚等。可应用于双探头的单发单收方案中，也可以应用于收发共同的单探头系统中。模块的设计采用规范的设计方法和封装方式，并且该模块经过多种应用环境的可靠性测试，具有良好的稳定性，能够应用于复杂（如电磁干扰严重）的环境。选用该模块，研发人员可以在不需要对超声波产生和驱动电路有深刻的理解的条件下开发出超声波应用系统，开发的系统技术指标能够达到同类产品的先进水平。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/07/201107051107_303156_2333795_3.jpg

众所周知，激光脉冲法测试原理是试样在绝热条件下前表面受瞬时脉冲热流加热根据试样背表面温度随时间的变化情况，确定试样的热扩散率。问题： 1 每种材料吸收激光的速度对测试结果有影响吗？ 2 材料有没有反光的问题，如果是镜面，存在部分反光，那吸收的激光能量就没有那么多了，这样对最终测试结果有没有影响？ 3 再添加一问题，采用激光脉冲法测试透明半透明材料时，在脉冲照射后样品起始升温的区域存在基线的“跃迁”，这个“跃迁”是什么导致的？耐驰说明书上写这种情况需要选择辐射模型+脉冲修正，难道说这个跃迁是材料本身辐射导致的？怎么产生辐射的？http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/03/201303272042_432667_1698940_3.jpg

[color=#ff0000]摘要：针对传统的气泡法检漏技术，本文详细介绍了气泡法的基本原理、气泡法中的两种标准方法——加压法和真空法以及对应的标准规范，并对这两种气泡法进行了对比分析。本文还对气泡法的技术特点进行了分析，指出了气泡法检漏技术的局限性，由此引出和介绍了更先进的自动化高精度的检漏测试技术——压力衰减法。[/color][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~[/align][size=18px][color=#ff0000][b]1. 气泡泄漏检测方法概述[/b][/color][/size] 气泡泄漏检测（bubble leak test）一般简称为气泡排放检测（bubble emission test）、浸没泄漏检测（submersion leak test）、水下浸没泄漏检测（underwater immersion leak test）或“浸泡检测（dunking test）”，是一种通过排放气泡来检测和定位被测物泄漏的试验方法。 如图1所示，气泡捡漏法的基本原理是设法使浸泡在水介质中的被检对象内外产生压力差，如果存在泄漏，则高压气体通过泄漏点向低压流动，在低压侧可以观察到泄漏气体在水中产生的气泡，由此来检测泄漏，具有操作简便、快捷和低成本的特点。[align=center][img=气泡泄漏检测基本原理图,500,343]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/01/202301172050596927_5663_3221506_3.jpg!w690x474.jpg[/img][/align][align=center][color=#ff0000]图1 气泡泄漏检测方法基本原理[/color][/align] 气泡泄漏检测方法的灵敏度受压力差、加压气体和起泡溶液的影响。目前气泡泄漏检测方法主要依据以下两种技术和相应方法： （1）加压技术：给被检对象内部直接用气体加压，在被检对象外部直接施加起泡溶液或将被检对象直接浸入溶液，根据泄漏气体通过液体时形成的气泡，确定被检对象是否泄漏及漏孔位置。相应标准为 ASTM F2096“通过内部加压检测医用包装严重泄漏的标准试验方法”。 （2）真空技术，适用于检测时不能直接加压设备的泄漏检测方法。在被检设备壳体局部区域施加起泡溶液，然后通过真空罩使这一局部区域两侧形成一定的压力差，如有泄漏发生，则会在压力低的一侧产生气泡，从而可以确定泄漏产生的部位。相应标准为 ASTM D3078“通过气泡排放测定软包装渗漏的标准渗漏试验方法”。 国家标准 GB∕T 34637“无损检测 气泡泄漏检测方法”将上述两种方法进行了汇总，对于刚性容器的检漏也有相应标准 ASTM D4991"用真空法测试空刚性容器泄漏的标准试验方法“，但基本原理都相同。本文将对这种气泡泄漏检测方法进行分析，介绍相应的特点和局限性，由此引出后续将介绍的目前气体泄漏检测新技术。[b][size=18px][color=#ff0000]2. 两种气泡法检漏装置简介[/color][/size][/b] 依据上述气泡法的测试系统是一种能够检测、定位和一定程度上量化气泡排放泄漏的装置，检漏装置主要由两部分组成。第一个组件是一个在被检对象内外之间产生压力差的装置，该压力差将开始驱使对象的内部气体通过泄漏路径从较高压力（对象内部）流向较低压力（对象外部）。这种压差的形成通过两种方式实现： （1）通过插入或连接压力探针（加压管线）进行内部加压。这意味着内部压力大于环境空气压力。 （2）通过将被检对象放置在真空室中来抽真空。这意味着对象内部的压力是大气环境压力，而对象外部的压力小于环境压力。 检漏装置的第二个组成部分是浸没液体介质。这种介质（在大多数情况下是水）将使操作者能够检测到从泄漏的被检对象中发出的气泡。浸没液体介质有时可以是油、酸浴或其他液体物质，该液体主要是充当能够视觉检测气泡的介质。[color=#ff0000] （1）采用内部加压技术的检漏装置（ASTM F2096）[/color] 在采用加压技术的检漏装置中，对于柔性被检对象的检漏，理想方法是通过插入皮托管式静态探针对被检对象进行内部加压，或直接通过刚性被检对象的管路和接口进行内部加压，如图2所示。该装置需要一个压力控制系统，该系统由压力源、高精度压力控制器和压力计组成，可实现较宽范围的精确压力控制以满足柔性和刚性被检对象的加压捡漏需求。 对于柔性被检对象，内部加压方法有时需要静态探针刺穿被检对象，以便进行内部加压。内部加压方式可以更好地控制压力，处理被检对象，如在测试过程中转动或旋转袋子。[align=center][color=#ff0000][img=气泡法加压检漏装置结构示意图,600,353]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/01/202301172051374796_2780_3221506_3.jpg!w690x407.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#ff0000]图2 气泡法内部加压检漏装置结构示意图[/color][/align][color=#ff0000] （2）采用外部真空技术的检漏装置（ASTM D3078）[/color] 在采用外部真空技术的检漏装置中，最理想的是丙烯酸塑料（亚克力）材料制成的真空室，如图3所示。因为丙烯酸塑料是透明的，能够在测试过程中看到漏气过程的全貌。就检测准确性而言，它也是最具成本效益和最划算的。[align=center][color=#ff0000][img=气泡法检漏装置亚力克真空箱,450,526]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/01/202301172051518809_7707_3221506_3.jpg!w609x713.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#ff0000]图3 气泡法外部真空检漏装置[/color][/align] 该真空室必须与真空泵连接，该真空泵可以是旋转叶片泵或文丘里泵。旋转叶片泵由电力驱动，将产生更高的真空，并且不需要加压供气来运行。另一方面，文丘里泵不需要电力，将产生较低的真空，且需要压缩空气源。[b][size=18px][color=#ff0000]3. 两种气泡检漏法的对比分析[/color][/size][/b] 对于上述内部加压和外部真空这两种气泡检漏法在实际应用中的选择，往往并没有明确的答案。选择哪一种气泡检漏法要根据被测对象的具体情况而定。表1列出了两种检漏方法对比。[align=center][color=#ff0000][img=两种气泡法检漏技术对比,690,209]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/01/202301172052182542_7313_3221506_3.jpg!w690x209.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#ff0000]表1 两种气泡法检漏技术对比[/color][/align] 当涉及到标准测试方法指导文件时，方法会有所不同。外部真空法和内部加压法分别以ASTM D3078和F2096为依据。外部真空法需要真空源，如采用真空泵或压力驱动的文丘里泵，内部压力法需要压力源和压力调节设备，不要求在真空法泄漏测试期间刺穿被检对象，而内部加压法则需要用探针刺穿样品以充入空气。在真空室内进行测试时，不能旋转或处理样品，这可以通过内部加压方法来实现。另外，加压法的压差更高、压力控制更好和更精确，因为可以更精确地控制压力。真空系统更复杂，因为内部腔室是气密和密封的，以便能够抽真空，且压差较小。[b][size=18px][color=#ff0000]4. 气泡法检漏特点分析[/color][/size][/b] 通过上述对气泡法检漏装置的介绍和对比，概括地说，气泡法检漏测试有如下特点优点。 （1）经济且有效的密封性能测试：涉及到产品的密封性能测试评价，没有比水浸气泡法泄漏测试更好的方法了，而事实上，比气泡法更好的方法要贵一两个数量级。 （2）简单易行的泄漏测试：将测试样品放入水浴中，抽真空或加压，寻找气泡，这是一种非常简单的检测和定位泄漏的方法。这在实际应用中非常便利，操作人员不需要太多的技术培训就可以进行检漏测试。 （3）泄漏小袋和包装的实际测试：所有需要仅是一个丙烯酸塑料箱和一个真空泵来进行检漏测试，对于大多数商业和医疗包装来说，测试的准确性也相当不错。 （4）包装泄漏的视觉检测和定位：泄漏可以在几秒钟内可通过视觉进行检测和定位。 （5）快速样品制备：许多被测样品无需太多准备，这意味着测试流程可以非常顺利地进行。 （6）通用测试方法：气泡泄漏测试可用于各种形状和大小的被测对象。 气泡法作为一种最传统的检漏技术，仍然在众多领域得到应用。然后根据研究表明，当结果依赖于人工视觉检查时，近30%的泄漏被遗漏，且通常检测效率和灵敏度低，需要操作人员目视识别泄漏。其面临的挑战主要包括： （1）如不加精密的真空压力控制，难以保持一致的测试条件。 （2）水很容易被污染。 （3）粘性物质可以掩盖测试过程中的泄漏。 （4）由于测试时间长、测试后清洗和干燥被检对象。 （5）对于较大尺寸的被检对象，大型水箱和吊装装置会占用场地和空间。 气泡法检漏测试的具体缺点是： （1）破坏性测试：即使包装的内部没有被水损坏或破坏，气泡法泄漏试验也被认为是破坏性试验，皮托管式静压探头的插入会在包装上造成一个穿孔。 （2）主观泄漏检测方法：气泡排放需要测试人员的参与，这给测试方法带来了主观性。测试操作员必须参与测试，否则可能会出现问题。 （3）密封被检对象的制备和处理：必须清洁被检对象，并为泄漏试验做好准备。此外，有些人可能不喜欢处理潮湿对象所带来的不便。 （4）测试程序取决于被检对象：对水敏感的被检对象，如电子设备，可能不适合这种测试方法。泄漏无法量化，没有办法知道泄漏的大小，只能知道泄漏在哪里。[b][size=18px][color=#ff0000]5. 气泡法检漏技术的局限性[/color][/size][/b] 气泡法检漏中产生气泡的唯一原因是因为在被检对象的内部和外部之间存在压力差，气体被从较高压力的环境驱入较低压力的环境，由此所带来的局限性如下： （1）最小可检测漏率 真空泄漏测试专家的共识是气泡法测试的最小可检测泄漏率为每秒0.001标准立方厘米，这意味着在每秒0.001标准立方厘米的漏率下，1立方厘米的泄漏大约需要100秒。 （2）渗透性材料的气泡泄漏试验 气泡泄漏测试不能在可渗透材料上进行，因为气泡泄漏测试开始时，数百个气泡开始从材料中冒出，这将使得定位和精确定位漏洞几乎不可能。 （3）气泡视觉检测的主观性 当我们研究气泡出现的频率和大小时，这种测试方法的主观性也受到质疑。假设在气泡泄漏实验中肉眼可以合理看到的最小气泡直径约为1mm，并假设一个直径为1mm的完美气泡球，因此气泡的体积为0.000524标准立方厘米。这意味着在0.001scc/s的泄漏率下，被检对象每秒钟将放出约2个气泡。 （4）内部真空法导致有限空气滞留 真空法的另一个局限性是，被检对象的起始压力一般是一个大气压，被检对象内部的空气量有限。在检漏过程中被检对象中存在的空气越来越少，因此压力越来越低，这意味着在低空气体积下，没有足够的空气从样品中排出用于适当的检测。 （5）加压法和真空法的不同 最后，如果被检对象已经加压到高压，真空室可能就没有太大的意义。我们这里假设被检对象已经被加压到200psi的绝对压力，然后浸入一个气泡测试槽中。漏率由以下公式得到：[align=center][img=漏率公式,200,67]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/01/202301172053406932_1785_3221506_3.jpg!w294x99.jpg[/img][/align] 式中：Q代表漏率；P1代表试样内部压力；P2代表试样外部压力；R代表气体常数；V代表体积；t代表时间。从公式可以看出，这仅仅意味着压差乘以常数乘以体积随时间的变化决定了漏率大小。为了更直观的说明问题，假设R、V和 t 都是1： 若被检对象已加压到200psi，标准大气环境压力为15psi，那么漏率为200–15=185。 若这个加压对象浸入一个水箱容器并抽真空，压力差将是200psi，即漏率为200–0 = 200。 由此可见漏率测量值只提高了7.5%，这意味着会看到多了7.5%的泡沫。如果被检对象可以采用加压法检漏，那么将具有这种内部加压的对象放入真空气泡泄漏箱就没有多大意义。 另一方面，在真空法检漏中，如果被检对象在15psi的标准大气环境压力下密封，浸入一个水箱容器并抽真空，压力差最大也只能是15psi，即漏率为15–0 = 15。由此可见，压差越大，漏率越大，则可观察到的气泡越明显，说明加压法要比真空法的测量灵敏度更高。[b][size=18px][color=#ff0000]6. 压力衰减法检漏技术[/color][/size][/b] 为了进一步解决上述气泡法检漏中的局限性，在气泡法基础上发展起来的压力衰减法泄漏检测技术逐渐成为当今最常用的方法。它的简单性使其易于自动化并集成到生产和装配过程中。 简而言之，压力衰减法测试是用空气填充被检对象直到达到目标压力，切断气源以隔离压力，并测量该压力在设定时间段内的衰减（损失），任何压力损失都表明存在泄漏。压力衰减法的灵敏度是测试部件尺寸和测试时间的函数，大多数测试都可以相当快速地执行，并获得高度准确的结果，但零件越大，获得准确测试结果所需的周期时间就越长。压力衰减法具体方法包括： （1）压力衰减的dP和dP/dT微分法。 （2）压力衰减的泄漏标准校准法。 （3）压差衰减的dP和dP/dT微分法。 （4）压差衰减的泄漏标准校准法。 （5）体积填充（密封设备）捡漏法。 以上压力衰减法详细内容将在后续文章中进行详细介绍。因为压力衰减法的应用可实现检测自动化，给检漏测试带来以下几方面的改进： （1）自动化泄漏测试节省时间和金钱 在制造过程中自动进行空气泄漏测试可以节省时间、金钱和工时。可自动按照设定确定是否符合泄露标准，一旦出现问题泄漏测试仪将通知生产线操作人员，可更快地发现产品缺陷，最大限度地缩短周转时间。 （2）精确和可重复的精密制造方法 与传统的水浸气泡法相比，自动化空气泄漏测试可提供更高准确度和可重复性的精确结果。 （3）可扩展的自动检漏系统符合您的要求 制造过程中使用的数字泄漏测试系统允许扩大生产规模并提高质量保证测试的速度。多种类型的泄漏测试仪可满足不同的需求，不同方法和规格的自动泄漏测试系统可满足大多数需求。 （4）适用于任何行业制造的自动化泄漏测试方法 随着制造方法变得更加自动化、先进和数字化，生产的各个方面都必须跟上步伐。制造过程中使用的自动泄漏测试是在满足需求的同时认证产品质量的绝佳方式。自动化泄漏测试最大限度地提高了各行业的效率，但在制造业尤其有用，典型应用领域有医疗设备和部件、药物、汽车零部件、航空航天部件、消费品和电子产品、包装等应用。 （5）制造过程中的自动空气泄漏测试创造了更高效的系统 制造过程中使用的自动空气泄漏测试将提高应用系统的整体效率，同时提高最终产品的质量。压力衰减法泄漏测试是非破坏性的，因为它使用干燥的空气来检查缺陷，并且具有较小的物理足迹。[align=center]~~~~~~~~~~~~~~~[/align]