一种用于氦质谱气密性检测设备中的灯丝故障诊断系统的制作方法

本技术涉及一种气密性检测设备，尤其涉及一种用于氦质谱气密性检测设备中的灯丝故障诊断系统。

背景技术：

1、气密性检测是一项关键的质量控制过程，用于确保各种工业产品(如电子组件、医疗设备和包装材料)在生产过程中的密封性能。气密性检测设备主要可以分为：压差法和氦质谱法设备。其中，利用质谱仪进行的氦质谱法因其高灵敏度和快速响应的特点，在精确检测微小泄漏方面尤为突出，是当前气密性检测中的重要技术。

2、在利用质谱仪达成气密性检测的设备中，即氦质谱法设备，整个操作流程开始于使用真空系统将检测室内的空气抽出，以形成高度真空的环境，消除检测室内的任何多余空气或其他气体，避免这些气体对最终检测结果造成干扰。检测物随后被置入已抽真空的检测室中，用于验证其密封性能，如电池壳体、医疗器械或封装材料。通过氦气供应系统，将氦气注入检测物内部，作为示踪气体，氦气的分子小到足以透过微小的裂缝。如果检测物存在漏点，氦气会从这些漏点逃逸出来，然后通过真空系统被抽入质谱仪。质谱仪通常包括四个主要组成部分：真空系统，设于真空系统内的电离室、质量分析器和检测器。质谱仪中的真空系统负责维持整个仪器内部的低压环境。电离室是将氦气分子转化为离子的地方，真空环境大幅减少了空气分子的存在，在真空环境中进行电离，才能防止空气分子与离子的碰撞，还能防止离子与其他气体的意外反应或者由于空气引起的散射和衰减。若非真空环境，这种碰撞会导致离子散失或能量分散，从而影响离子的检测和分析结果。

3、在真空环境中的电离室内，氦气分子通过电离室形成带电离子，这些离子被送入质量分析器(如四极杆)进行质量/电荷比分离，即分离不同质量的离子，检测器包括高能打拿极和电子倍增器，高能打拿极将带电荷的离子置换成电子，电子倍增器对轰击的电子进行放大，变成软件能够识别的电信号，这样就可以生成总离子流图和质谱图，以此准确检测和量化泄漏的氦气。这一系列操作允许精确地识别出微小漏洞，确保产品在生产后达到预期的气密性标准，从而保障产品的整体质量和安全性。

4、其中，电离室是实现气体样品如氦气离子化的关键部件。在现有的气密性检测技术中，电子撞击电离(ei)源因其稳定性和高效率的离子产生能力而被广泛采用，ei技术能够产生高质量的离子谱、操作简便且易于与气相色谱等其他技术集成，是最适用于此类设备的电离室了。电子撞击电离(ei)技术通过加热的灯丝产生高能电子，这些电子在永久磁场产生的磁场中直径呈螺旋状上下运动，电子会和化合分子(氦气)发生碰撞，化合物分子在这种高能电子的轰击下失去电子，形成带电荷的离子。带电荷的离子能被质量分析器有效地操纵和检测器检测，因为只有带电的离子才能在电场和磁场的作用下按质量/电荷比被质量分析器进行有效分离。

5、离子生成过程会受到多种因素的影响，而灯丝老化就是常见影响之一，导致离子产量下降。离子数量减少将会导致检测到的信号强度下降，使得低浓度的分析物难以被检测到，从而影响质谱仪的检测限，分析的灵敏度就会直接受到影响，这意味着即使是样品中存在的组分也可能无法被有效地检测和定量。离子产量不足还会导致结果的不稳定和重复性差。由于这些问题通常是渐进的且不易察觉，很难及时被发现和诊断，导致气密性检测设备已经出现故障还不自知，最后生成的总离子流图和质谱图不精确，难以确保数据的可靠性。

6、尽管通过定期维护和检查可以有效地管理和解决离子生成中的问题，但这些方法往往无法实现对故障位置的即时诊断，并且在发现气密性检测设备出故障时，还需要操作员拆机和个人经验去诊断故障位置和原因，因此在问题发生时已对数据质量造成了影响，也就是在在发现设备故障前，以往的数据很可能已经是不精准甚至是错误的。当电离室发生故障，如灯丝老化或电离室污染时，会直接影响氦气离子的生成和传输效率。这种效率的降低会导致检测到的氦气离子量不足，进而无法准确测定检测物的微小泄漏，从而影响整个气密性检测的准确性和可靠性。在某些情况下，如果问题严重而未能及时发现，可能会导致气密性检测设备无法正确评估检测物的气密性，最终结果是产品检测不合格或错误放行，这不仅影响产品质量，还可能带来安全风险和经济损失。

7、因此，针对上述问题，提出一种用于氦质谱气密性检测设备中的灯丝故障诊断系统，该系统能够提前警告潜在问题，提示故障位置和原因，以即时自动诊断影响离子生成的具体因素。

技术实现思路

1、本技术的目的是克服现有技术中的不足之处，提出一种用于氦质谱气密性检测设备中的灯丝故障诊断系统，该系统能够提前警告潜在问题，提示故障位置和原因，如提示灯丝故障，以即时自动诊断影响离子生成的具体因素。

2、本技术通过以下技术方案实现的：

3、本技术提出一种用于氦质谱气密性检测设备中的灯丝故障诊断系统，包括设于真空环境中的电离室和与所述电离室相连通的检测器，所述电离室包括灯丝和永久磁体，所述灯丝通过电流产生电子并设于所述永久磁体的磁场中，所述永久磁体将电子和化合分子发生碰撞，形成带电荷的离子，所述检测器将带电荷的离子转化为电信号，其特征在于，所述系统还包括：

4、气体分析模块，靠近灯丝，用于实时侦测所述灯丝释放的金属蒸气浓度；

5、信号分析模块，与检测器电连接，用于实时监测所述电信号的波动；

6、当所述灯丝释放的金属蒸气浓度超过预设的第一阈值，并且所述电信号的波动超过预设的第二阈值时，所述灯丝诊断为存在故障。

7、在本技术的一实施例中，所述系统执行以下步骤：

8、所述气体分析模块实时侦测所述灯丝释放的金属蒸气浓度；

9、当所述灯丝释放的金属蒸气浓度超过预设的第一阈值时，所述信号分析模块实时监测所述电信号的波动；

10、当所述电信号的波动超过预设的第二阈值时，所述灯丝诊断为存在故障。

11、在本技术的一实施例中，所述检测器包括高能打拿极和电子倍增器，所述信号分析模块与所述电子倍增器电连接，所述高能打拿极将带电荷的离子置换成电子，所述电子倍增器将轰击的电子转为电信号，以便于所述信号分析模块实时监测所述电信号的波动。

12、在本技术的一实施例中，所述电子倍增器设有自动增益控制装置，所述自动增益控制装置用于自动调整电子倍增过程中的增益，所述电子倍增器根据从所述高能打拿极接收到的电子数量，自动调整所生成的电信号，以便所述信号分析模块实时监测所述电信号的波动。

13、在本技术的一实施例中，所述信号分析模块通过测量电信号的幅度参数并计算其标准差，以确定信号的波动性；

14、当所述灯丝释放的金属蒸气浓度超过预设的第一阈值，并且所述电信号的标准差超过预设的第二阈值时，系统将自动诊断所述灯丝为存在故障。

15、在本技术的一实施例中，所述系统还包括热成像模块，所述热成像模块朝向所述灯丝，所述热成像模块用于实时监控灯丝的温度分布；

16、当所述灯丝释放的金属蒸气浓度超过预设的第一阈值，所述热成像模块检测所述灯丝的温度分布超过预设的第三阈值，所述电信号的波动超过预设的第二阈值时，所述灯丝诊断为存在故障。

17、在本技术的一实施例中，所述热成像模块通过捕捉所述灯丝在运行时发出的红外辐射，获取所述灯丝的温度分布数据，根据所述温度分布数据监控所述灯丝的异常热点和/或不均匀加热范围是否超过预设的第三阈值。

18、在本技术的一实施例中，所述热成像模块包括高分辨率的红外摄像机，并自动识别和记录所述灯丝运行期间出现的热点和/或不均匀变化；所述热成像模块通过对连续获取的温度分布数据进行时间序列分析，预测所述灯丝的老化趋势。

19、在本技术的一实施例中，所述系统执行以下步骤：

20、所述气体分析模块实时侦测所述灯丝释放的金属蒸气浓度，同时所述热成像模块实时监控所述灯丝的温度分布；

21、当所述灯丝释放的金属蒸气浓度超过预设的第一阈值，同时所述热成像模块检测所述灯丝的温度分布数据超过预设的第三阈值时，所述信号分析模块实时监测所述电信号的波动；

22、当所述电信号的波动超过预设的第二阈值时，所述灯丝诊断为存在故障，并自动触发保护措施，发送诊断结果。

23、在本技术的一实施例中，所述系统还包括用于分离不同离子质量的质量分析器，所述质量分析器设于所述电离室与所述检测器之间并与其相连通，所述电离室包括固定壳、离子化区域和推出组件，所述固定壳形成有一个所述离子化区域，所述推出组件设于所述离子化区域内；

24、所述固定壳沿第一方向背对的两侧分别设有第一容置槽和第二容置槽，所述第一容置槽和第二容置槽均与所述离子化区域相连通，所述灯丝包括第一丝体和第二丝体，所述第一丝体设于所述第一容置槽内，所述第二丝体设于所述第二容置槽内；

25、所述气体分析模块有两个，两个所述气体分析模块均设于所述固定壳远离所述离子化区域的一侧，其中一个所述气体分析模块靠近所述第一丝体，另一个所述气体分析模块靠近所述第二丝体；

26、所述固定壳沿第二方向开设有连通孔，以便化合分子进入所述离子化区域，所述第二方向与所述第一方向相垂直；

27、所述红外摄像机有两个，一个所述红外摄像机设于所述第一容置槽内，并朝向所述第一丝体，另一个所述红外摄像机设于所述第二容置槽内，并朝向所述第二丝体，两个所述红外摄像机均设于第三方向，所述第三方向分别与所述第二方向和所述第一方向相垂直。

28、与现有技术相比，本技术的有益效果是：

29、1、灯丝通过电流加热产生电子，再通过永久磁体将电子和化合分子发生碰撞，形成带电荷的离子，气体分析模块靠近灯丝，用于实时监测灯丝可能释放的金属蒸气浓度，用于及时了解灯丝是否处于老化或退化状态。检测器将带电荷的离子转化为电信号，信号分析模块与检测器电连接，负责实时监测从检测器传来的电信号波动。当灯丝老化或开始退化时，其表面可能会产生金属蒸气，这些金属蒸气被气体分析模块检测到；同时，老化的灯丝容易导致电子发射不稳定，使得离子产生过程变得不连贯，导致信号不稳定。这种不稳定体现为信号的波动，使得结果的重复性和可靠性降低。信号分析模块会监测到这种波动。当气体分析模块侦测到金属蒸气的浓度超过了设定的第一阈值，并且信号分析模块监测到电信号的波动超过第二阈值时，系统则会自动诊断灯丝存在故障，并提醒操作人员。从而及时发现和诊断气密性检测设备的故障来源为灯丝老化，避免了气密性检测设备已经出现故障还不自知的情况发生。

30、2、信号分析模块实时监测电信号的波动，通过测量电信号的幅度参数来进行。标准差通过测量各个信号幅度数据点与平均幅度之间的偏差来计算，便可以揭示信号在其平均水平上的波动性。标准差用于衡量一组电信号数据点相对于其平均值的偏离程度。标准差越大，意味着信号的波动性越大，数据点之间的差异越显著。第二阈值是预设的标准差界限，用来判定电信号的波动是否异常。当实时计算的标准差超过第二阈值时，即电信号的波动超过预设的第二阈值时，代表电信号的波动性异常。因此，当灯丝释放的金属蒸气浓度超过预设的第一阈值，信号分析模块实时计算的标准差是否超过第二阈值，电信号的标准差超过第二阈值时，系统会自动诊断灯丝存在故障，并提醒操作人员。从而及时发现和诊断气密性检测设备的故障来源为灯丝老化。

31、3、热成像模块朝向灯丝，热成像模块通过捕捉灯丝在运行时发出的红外辐射，获取灯丝的温度分布数据，根据温度分布数据监控灯丝的异常热点和/或不均匀加热。当灯丝释放的金属蒸气浓度超过预设的第一阈值，同时热成像模块检测灯丝的温度分布数据超过预设的第三阈值时，信号分析模块实时监测电信号的波动；当电信号的波动超过预设的第二阈值时，系统则会自动诊断灯丝存在故障，并提醒操作人员。从而及时发现和诊断气密性检测设备的故障来源为灯丝老化。

32、4、当灯丝某一小区域的温度显著高于其周围区域的平均温度时，该区域被视为异常热点。当第三阈值作为灯丝的异常热点界限时，异常热点的界限设为正常工作温度为百分比，例如120％，如果灯丝的任何小区域的温度超过了正常温度的120％，则认为这是一个异常热点。如果灯丝的温度分布沿其长度显著不一致，即某些区域比其他区域热很多，这种现象称为不均匀加热。当第三阈值作为灯丝的不均匀加热界限时，不均匀加热定义为在灯丝的长度上，任何连续区域内的最高温度与最低温度之间的差异超过了正常最大温度差的一个确定倍数，如150％，则认为这是一个不均匀加热。热成像模块可以同时监控灯丝的异常热点和不均匀加热范围是否超过预设的第三阈值。

33、5、第一阈值是预设的金属蒸气浓度界限；第三阈值是灯丝异常热点或不均匀加热预设，实时识别出温度的异常升高或不均匀加热区域；第二阈值是预设的标准差界限，用来判定电信号的波动是否异常。气体分析模块实时侦测灯丝释放的金属蒸气浓度，同时热成像模块实时监控灯丝的温度分布；当灯丝释放的金属蒸气浓度超过预设的第一阈值，同时热成像模块检测灯丝的温度分布数据超过预设的第三阈值时，信号分析模块实时监测电信号的波动；当电信号的波动超过预设的第二阈值时，控制处理单元则会自动诊断灯丝存在故障，并提醒操作人员。从而及时发现和诊断气密性检测设备的故障来源为灯丝老化。

34、本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。