[發明專利]一種基于激光干涉法的氣體微流量測量裝置及方法

在審

• 申請號: 201710765875.4
• 申請日: 2017-08-30
• 公開（公告）號: CN107643110A
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發明（設計）人: 李得天;成永軍;習振華;張虎忠;李艷武;裴曉強;袁征難;馬亞芳;葛瑞宏
• 申請（專利權）人: 蘭州空間技術物理研究所
• 主分類號: G01F1/66
• 分類號: G01F1/66
• 代理公司: 北京理工大學專利中心11120
• 代理人: 仇蕾安,付雷杰

1.一種基于激光干涉法的氣體微流量測量裝置，其特征在于，該測量裝置包括流量計真空裝置及激光干涉儀；將激光干涉儀的諧振腔與流量計真空裝置的穩壓室連通，利用激光干涉儀測得的頻率與氣體微流量的關系得出標準流量值，所述頻率與氣體微流量的關系采用固定流導法得到。

2.如權利要求1所述的基于激光干涉法的氣體微流量測量裝置，其特征在于，所述頻率與氣體微流量的關系為Q為氣體微流量；m為整數，無量綱；c為真空中的光速；d為諧振腔長度；f為頻率；α為氣體分子極化率；k為玻爾茲曼常數；T為穩壓室溫度；C為固定流導元件分子流流導。

3.如權利要求1所述的基于激光干涉法的氣體微流量測量裝置，其特征在于，所述激光干涉儀包括工作激光器、參考激光器、分光鏡、計算機、電流驅動器、鎖相放大器、光電探測器、諧振腔及頻率計；

諧振腔內部兩端設置平面鏡和凹面鏡，折射率測量精度達到10^-11量級；工作激光器與參考激光器穩頻精度達到10^-9量級；

工作激光器發出的工作激光經分光鏡進入諧振腔，通過平面鏡和凹面鏡在諧振腔內諧振，電流驅動器及鎖相放大器將工作激光的頻率調整到發生諧振后，光電探測器測量工作激光器與參考激光器的拍頻信號，經頻率計測量并顯示在計算機上。

4.如權利要求1所述的基于激光干涉法的氣體微流量測量裝置，其特征在于，所述流量計真空裝置由機械泵、分子泵、真空閥通過管路與穩壓室相連，在所述管路上設有絕壓式電容薄膜真空計，穩壓室分別與供氣瓶和固定流導元件連接；所述固定流導元件采用流導不同的多個固定流導元件并聯使用，且幾何尺寸達到μm量級。

5.如權利要求4所述的基于激光干涉法的氣體微流量測量裝置，其特征在于，在所述管路上設有標準容積室，用于測量穩壓室的體積；所述穩壓室與壓差式電容薄膜真空計并聯，用于測量固定流導元件兩端的壓力值從而得到流導。

6.如權利要求3所述的基于激光干涉法的氣體微流量測量裝置，其特征在于，所述諧振腔采用低膨脹率材料。

7.一種基于激光干涉法的氣體微流量測量方法，其特征在于，采用如權利要求4所述的測量裝置，具體測量方法如下：

步驟一、打開工作激光器、參考激光器、分光鏡、計算機、電流驅動器、鎖相放大器、光電探測器及頻率計；

步驟二、打開機械泵和真空閥，對由穩壓室、諧振腔以及管路共同構成的真空腔室進行抽氣，當真空腔室內壓力低于10Pa時，打開分子泵進行抽氣，打開絕壓式電容薄膜真空計測量穩壓室內的真空度，當真空度小于或等于10^-4Pa時，達到極限真空度；

步驟三、將測量裝置的固定流導元件與外部的真空校準系統連通；

步驟四、將供氣瓶與穩壓室連通，向穩壓室內充入氣體；

步驟五、由頻率計得到諧振頻率，讀取計算機顯示的諧振頻率并計算得到氣體微流量。

8.如權利要求7所述的基于激光干涉法的氣體微流量測量方法，其特征在于，所述固定流導元件為在流導不同的多個固定流導元件中選擇一個，在所述步驟一之前，對標準容積室抽真空后利用標準容積室測量穩壓室的容積，結合壓差式電容薄膜真空計及絕壓式電容薄膜真空計測得的固定流導元件兩端壓力值得到固定流導元件的流導值，根據待測標準氣體流量的大小選擇合適的固定流導元件；測量時，壓差式電容薄膜真空計關閉。

9.如權利要求7所述的基于激光干涉法的氣體微流量測量方法，其特征在于，所述步驟五中，利用頻率與氣體微流量的關系計算得到氣體微流量，Q為氣體微流量；m為整數，無量綱；c為真空中的光速；d為諧振腔長度；f為頻率；α為氣體分子極化率；k為玻爾茲曼常數；T為穩壓室溫度；C為固定流導元件分子流流導。