测定物体中材料成分的方法技术

揭示了测定在基底上沉积的粉尘中的至少一个组分成份的方法和设备。该方法包括了以下步骤，即发射能量脉冲到基底，聚焦能量到基底上的预定点从而在基底上产生等离子体并且产生至少一个光子，使用分析设备探测光子，并且鉴别粉尘中组分。该方法也包括了测定组分浓度的步骤。另外，该方法也可以用于测定反应炉或反应流的火焰中的至少一个反应物的成份和浓度。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
1.专利
本专利技术一般涉及使用激光诱导离解光谱学方法(“LIBS”)来鉴别在粉尘产生过程中的组分和测定该组分数量的方法。本专利技术具体地涉及使用光子发射来鉴别在生成诸如光学波导纤维(光纤)这样产物的化学汽相沉积(“CVD”)过程中形成的粉尘的组分并且测定组分数量的方法。本专利技术也可以用来鉴别为基底提供粉尘的沉积炉的火焰的组分和它的浓度水平。本专利技术可以另外用于测定在反应物流或固体表面上的组分或它的浓度。2.技术背景在CVD过程中，在基底上形成并沉积一个微粒。CVD过程可用来生产多种产品。CVD技术也可以用于在玻璃上或其它类型的基底上进行涂覆。CVD技术也可以用于形成玻璃制品，比如光刻透镜，光纤，和光子放大器。一般光纤包括由纯石英(SiO2)制成的包层和掺杂了锗的氧化物(GeO2)或一些其它改变了折射率的杂质的由硅制成的纤芯。杂质改变了纤芯或包层中硅的折射率从而使该结构可以通光。在纤芯的一部分中经常包含了不同浓度的锗，氟，磷，钛的氧化物，或其它杂质，在纤芯的直径方向产生了不同的折射率。沿纤芯直径方向分布的折射率(例如折射率分布)决定了光纤的工作特性。可以使用常规的外部汽相沉积法(“OVD”)来形成光纤。一般，OVD过程包括了通过燃烧气态混合物形成粉尘预制棒来产生包括了硅和至少一种诸如锗的氧化物的杂质的粉尘。一层层粉尘连续地沉积到心轴上形成粉尘预制棒的纤芯部分。通过燃烧气态混合物产生了包括了硅和减少或增加了折射率的杂质的粉尘，并且连续地在纤芯部分上沉积粉尘层来在纤芯部分形成一层包层。通过烧结预制棒使粉尘预制棒固化并形成玻璃毛坯。从玻璃毛坯中拉出一根光纤。在粉尘层中形成光纤的杂质浓度主要决定了在形成光纤的直径方向分布的杂质浓度。需要在粉尘层中测量杂质的浓度来确定粉尘预制棒是否能够产生有期望折射率分布的光纤。目前，粉尘预制棒的杂质浓度是离线测量的。离线处理一般昂贵且花费时间。离线处理也包括了许多手工步骤，它们可能导致明显的污染源，产品的损耗，和/或样品误差。也不能够把离线测量用于控制在线处理过程。对于商用光纤设计，也必须遵循控制光学波导光纤的折射率分布。对于复折射率分布光纤的情况更是特别必要。传统生产光纤的制造工艺在沉积粉尘，固化和拉制的精确性需要方面有了新的挑战。于是需要这样的在线方法，它能够鉴别预制棒中硅或杂质的成份，也能测定每种成份的浓度。专利技术概要本专利技术的一个方面包括了一种方法，它测定了沉积在粉尘涂覆的基底上的粉尘中的成份以及该成份的浓度程度。该方法包括了以下步骤，即对涂覆的基底发送能量脉冲，把能量聚焦到基底上的预定点，从而在基底上产生等离子体并且产生至少一个光子，使用分析设备探测光子，并鉴别该成份或它在粉尘中的数量。本专利技术的另一个方面包括了一种方法，它测定了在基底上沉积粉尘的化学汽相沉积过程的火焰中的至少一个反应物和它的浓度。该方法包括了以下步骤，即对该火焰发送能量脉冲，把能量聚焦到火焰上的预定点，从而在火焰上产生等离子体并且产生至少一个光子，使用分析设备探测光子，并鉴别该成份或它在火焰中的数量。本专利技术的另外一个方面包括了制造沉积到基底上的粉尘的控制方法。该方法包括了以下步骤，即对基底发送能量脉冲，把能量聚焦到基底上的预定点，从而在基底上产生等离子体并且产生至少一个光子，使用分析设备探测光子，并鉴别该组分的成份或它在粉尘中的数量，把该组分的成份或它在粉尘中的数量和预先设定的参数组相比较，并且调整至少一个反应物的条件使得把该组分的成分或数量改变到与预定参数组中的至少一个匹配。本专利技术的另一个方面包括了粉尘涂覆的基底，它由包括了下面步骤的在基底上沉积粉尘的过程制造，即对涂覆的基底发送能量脉冲，把能量聚焦到基底上的预定点，从而在基底上产生等离子体并且产生至少一个光子，使用分析设备探测光子，并鉴别该成份或它在粉尘中的数量。本专利技术的另外一个方面包括了测定基底直径或厚度的方法。该方法包括了以下步骤，即对涂覆的基底发送能量脉冲，把能量聚焦到基底上的预定点，从而在基底上产生等离子体并且产生至少一个光子，使用分析设备探测光子，并鉴别该成份或它在粉尘中的数量，并测量该基底的厚度。这个专利技术的另一个方面可以包括使用一个激光器使用激光诱导离解光谱学技术来产生等离子体从而形成光子来鉴别成份和它们的浓度。可以在测定在沉积到涂覆的基底上的粉尘中的至少一个成份的方法中合并该过程。在本专利技术的另一个方面，涂覆的基底可以是生产光纤的原(起)始芯棒(precursorelement)。本专利技术的方法产生了超过已知技术的许多优点。本专利技术使在CVD过程中鉴别沉积到基底上材料和沉积材料的密度变得方便。这是第一次能够在沉积过程中测定沉积在基底上的材料和它的密度。本专利技术能够在闭环控制的过程中结合CVD过程。本专利技术也包括了能够测定基底的厚度和沉积在基底上的每一层粉尘的厚度的优点。本专利技术的另一个优点是实际上不接触的测量方法，这样就不会产生在沉积过程中把测量装置和基底接触而形成的CVD过程的显著的扰动。这可以认为是不接触的测量方法。本专利技术对用于更精确地制造产生光纤的原始芯棒的闭环控制系统有特别的优势。本专利技术的另外特征和优点将在随后的详细描述中阐明，那些工艺上的能手将通过那个描述容易地理解其中的一部分，并通过实施这里描述的本专利技术，包括随后的详细描述，权利要求和附图来认识清楚。可以理解前面的一般描述和下面的详细描述仅仅是本专利技术的实施例，其目的是为理解本专利技术的本质和本专利技术要求的特征提供一个概貌或框架。所包括的附图提供了对本专利技术的进一步的理解，并合并在此组成说明书的一部分。附图示出了本专利技术的不同实施例并和描述部分一起用于解释本专利技术的工作原理。附图概述附图说明图1是把粉尘施加到毛坯上来形成光纤原始芯棒的常规方法示图。图2是能够用于根据本专利技术方法的一个设备的实施例示图。图3是根据本专利技术的激光诱导离解光谱学装置的实施例示图。图4是沿着图2中线4-4的横截面图。图5是光谱的例子，它测定了包括在粉尘中的至少一种材料的成份和浓度。图6是根据本专利技术的测定在沉积炉火焰中预定点上反应物的至少一个组份的成份和浓度的实施例示图。较适宜实施例的详细描述现在将对本专利技术目前较适宜的实施例引用附图详细描述。在附图中任何地方使用的相同参考号码是指相同或相似的部分。在图1-6中相同参考号码示出了相同的元件。图1是制造光纤粉尘原始芯棒的常规OVD过程(由参考号码10总的代表)的示图。在该过程中，粉尘沉积在光纤粉尘原始芯棒12上。例如，粉尘原始芯棒12可以是粉尘材料的纤芯区域，可以把它固化并拉制成较小的直径来形成工艺上所称的纤芯棒。纤芯棒也可以是棒状。另外，粉尘原始芯棒12可以是完全的光纤预制棒粉尘元件，它只需要固化就可以形成完全的光纤。通过在沉积炉14的火焰13中加热所选择的先质(precursor)形成期望的反应物。例如，典型的先质由四氯化硅，四氯化锗和氧组成。可由任意已知的易燃材料来产生火焰。用于产生火焰的普通气体混合物是氧和甲烷。其它适宜的气体混合物包括了空气和甲烷，空气和氢，以及氧和氢。本专利技术不仅限于任何上述的气体混合物。在进入炉子14以前，先质在气体混合器16中被混合。通过多个物质流控制器18和20控制先质流入气体混合器16。物质流控制器18和20较适宜在层流的情况下分配先质。本本文档来自技高网...

【技术保护点】
测定在粉尘涂覆的基底上至少一种组分的成份和／或数量，其特征在于，该方法包括了下面的步骤：发射能量脉冲到涂覆基底上；把能量聚焦到基底上的预定点上从而在基底上产生等离子体并且产生至少一个光子；使用分析设备探测光子；测定粉尘中组分 的成份或数量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：JT布朗恩，富晓东，MK米斯拉，FJY全，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]