激光技術(shù)在充氣中空玻璃氣體含量檢測中的應(yīng)用

Miikkael Niemi

(芬蘭斯巴萊克有限公司 芬蘭赫爾辛基  00100)

摘要: 為了跟上市場對高性能中空玻璃產(chǎn)品的要求，企業(yè)在質(zhì)量控制方面一直做著不懈的努力，特別是涉及充氣中空玻璃的氣體保持力時尤顯重要。新式無損檢測方法使之成為現(xiàn)實，即對任何復(fù)雜的中空玻璃配置進行氣體含量檢測，確保交付終端客戶手中的充氣中空玻璃符合訂單要求。

關(guān)鍵詞：高性能門窗 充氣中空玻璃 無損檢測 標(biāo)準(zhǔn) 等離子發(fā)射光譜技術(shù) 可調(diào)諧半導(dǎo)體激光技術(shù)

The TDLS application in gas concentration testing inside IGU

Miikkael Niemi

(AB Sparklike Oy, Helsinki  00100 Finland)

Summary:

Keeping pace with high performing insulating glass products is a struggle for quality control. The new non-invasive testing method makes it possible to measure even the most complex insulating glass structures and deliver tested products to end-users.

Key words:

High performance windows, argon gas filled IGU, non-invasive gas concentration testing, standard, plasma emission spectroscopy, TDLS

如今市場對玻璃產(chǎn)品的性能要求越來越高，日益增長的需求使得廠家對產(chǎn)品質(zhì)量不容懈怠?，F(xiàn)在的玻璃產(chǎn)品包含著多種多樣的元素，以強化他們的性能。其中一項主要的性能就是節(jié)能，不管是在炎熱還是寒冷的建筑工程應(yīng)用上都一樣。節(jié)能屬性可以通過很多方法實現(xiàn)，例如鍍膜，多片玻璃以及其間添入介質(zhì)。該介質(zhì)可以是空氣，真空或者特定氣體 – 通常是氬氣或者氪氣。

加強中空玻璃隔熱性能的一種普遍做法就是對其間隔層進行氬氣或者氪氣填充，而該項作業(yè)可以通過自動中空生產(chǎn)線的板壓段進行（圖1），也可以半自動人工操作完成。這項作業(yè)的挑戰(zhàn)在于如何判斷正確的充氣含量，以及如何確保充氣中空玻璃的初始濃度達標(biāo)。氣體可能會通過中空玻璃的密封膠涂布不當(dāng)而造成逃逸，這就需要在給客戶包裝發(fā)貨前進行氣體含量檢測。中空玻璃產(chǎn)品以及門窗企業(yè)的產(chǎn)品責(zé)任通常是在交貨后要延續(xù)幾年。因此，他們在尋找增加氣體填充安全感的方法。

圖1 意大利FOREL公司自動中空生產(chǎn)線（帶自動充氣板壓段）

即便所有區(qū)域都沒有一個清楚的標(biāo)準(zhǔn)，但是行業(yè)及生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)累積了最佳實踐方法以制造高品質(zhì)充氣中空玻璃產(chǎn)品。事實是小分子氣體比較容易泄露，這才是真正的挑戰(zhàn)。因此，深加工企業(yè)為了確保氣體含量在充氣作業(yè)完成后可以達到最高，在充氣時基本都設(shè)置為95%或者更高。

實際的氬氣含量可以通過破壞性或者非破壞性檢測方法進行測量。破壞性檢測方法都需要通過注射器刺穿中空玻璃的密封膠進入間腔層進行取氣，然后對所取的氣體樣本進行自動計算。這些方法通常都是便宜的和準(zhǔn)確度高的穩(wěn)健技術(shù)，但需要破壞中空玻璃結(jié)構(gòu)。在實際操作中，這就意味著無法將被測量過的中空玻璃產(chǎn)品再包裝交付給客戶，也無法對該中空玻璃產(chǎn)品進行重復(fù)測量。

非破壞性檢測方法可以在不破壞中空玻璃結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進行氣體含量檢測。目前應(yīng)用最普遍的無損檢測方法就是等離子發(fā)射光譜法（圖2），即檢測儀器通過高壓電火花放電激穿玻璃被測表面，使間隔層內(nèi)氬氣發(fā)生電離現(xiàn)象，儀器收集氣體被電離后的光束，氬氣含量就被會自動計算出來。這種檢測方法快速，準(zhǔn)確度高，在普通雙片中空玻璃領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，只需輕抵非鍍膜面的一面隨意取點進行測量即可。非破壞性檢測方法還可以根據(jù)質(zhì)量體系或者客戶要求對同一片充氣中空玻璃產(chǎn)品進行反復(fù)檢測。但是，等離子發(fā)射光譜法的技術(shù)局限性就是只能對單面鍍膜的雙片中空玻璃產(chǎn)品進行測量。

圖2 Gasglass便攜式惰性氣體分析儀（等離子發(fā)射光譜技術(shù)）

目前，測量的技術(shù)領(lǐng)域有了最新進展，解決了以上檢測方法在充氣中空玻璃氣體含量應(yīng)用時所遇到的問題。最新的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光技術(shù)（圖3）可以穿透鍍膜和夾膠對充氣中空玻璃產(chǎn)品進行非破壞性檢測。

該項創(chuàng)新技術(shù)可以對結(jié)構(gòu)復(fù)雜的充氣中空玻璃產(chǎn)品進行氣體含量檢測，例如節(jié)能型的三玻兩腔充氣中空玻璃。激光技術(shù)提升了這些高性能產(chǎn)品的質(zhì)量保證，使其與產(chǎn)品預(yù)期匹配。因該項激光技術(shù)是通過非破壞性方法測量間隔層內(nèi)氧氣含量，故它可以檢測任何一種氣體的含量。

圖3 可調(diào)諧半導(dǎo)體激光技術(shù)原理

該項創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用可調(diào)諧激光束射入中空玻璃，利用測量信號的反射、強度和諧波變化以測定間隔層內(nèi)氧氣的含量（圖4）。接著，氧氣含量被換算成惰性氣體的百分比，最普遍應(yīng)用的惰性氣體就是氬氣和氪氣。對于擁有高效質(zhì)量控制的中空生產(chǎn)線來說，它可以讀取每一片充氣中空玻璃中的氣體含量信息。激光氣體分析系統(tǒng)正符合此項要求，可以集成安裝到現(xiàn)有中空生產(chǎn)線上，與生產(chǎn)控制軟件或者系統(tǒng)進行連接。在當(dāng)今的生產(chǎn)管理運營中，質(zhì)量控制扮演著一個前所未有的角色，它不僅可以消除不良品的出現(xiàn)，還可以在銷售發(fā)生客訴時提供技術(shù)支持。

圖4  激光氣體分析儀應(yīng)用

小結(jié)：高性能的節(jié)能中空玻璃其中一項關(guān)鍵配置要求就是對其間隔層進行惰性氣體填充，并要求將氣體保持很多年，充氣對中空玻璃隔熱性能起了至關(guān)重要的作用，而控制氣體填充和檢測氣體含量則需要有效且可靠的工具，才能符合日漸嚴(yán)格的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)要求。非破壞性檢測為中空玻璃企業(yè)帶來了安全保障，不僅可以讓廠家對其送審的產(chǎn)品進行檢測，同時還可以幫助他們對已經(jīng)安裝上墻的充氣中空玻璃產(chǎn)品進行現(xiàn)場檢測或者長期跟蹤檢測，以驗證其產(chǎn)品的氣體保持力性能。