分光鏡儀器的製作方法

2023-04-24 14:25:16

專利名稱：分光鏡儀器的製作方法
分光鏡儀器本發明涉及分光鏡(spectroscopic)儀器，例如傅立葉變換紅外線(FTIR)分光儀(spectrometer)。具體地,本發明涉及具有對溼度水平和/或其他可能汙染物的存在敏感的性能的分光鏡儀器。分光鏡儀器可包括對水分或其他汙染物敏感的部件。這些部件可能只在溼度水平低於某一閾值溼度水平時有效地運作，否則往往會被水分或其他汙染物損壞。對於這些儀器，為這些部件提供高真空外殼、乾燥氣體淨化系統和/或氣密密封的外殼通常是不切實際的(例如，非常昂貴)。因此，水和/或其他汙染物的某一程度的進入通常是接受的。在這些儀器中，通常為這些部件共同放置於內的隔間提供乾燥劑來保護這些部件。隔間的內部和周圍環境之間通常存在密封件，這減少了但是並未阻止空氣(從而水和其他可能的汙染物)流入和流出隔間。儀器和周圍環境之間的溫度差(例如，由於設備的使用所造成的)和大氣條件將趨向於導致這樣的隔間內側的壓力不同於周圍環境的壓力。由於壓力差抽送效應(pumpingeffect)，這些壓力差趨向於驅動隔間和周圍環境之間的空氣交換。當儀器被周期性地(假設，每日一次地)接通和斷開時，會出現一種特定的抽送效應。在使用儀器時由於它的升溫，空氣可從隔間排出，並且當設備被斷開以及冷卻時，空氣可被吸回到隔間中。注意到，如果試圖改進密封件從而抵消這些抽送效應，可在儀器和周圍環境之間形成巨大的壓力差。設計一種能夠承受所述壓力差的儀器將導致形成一種更笨重且更昂貴的儀器。當包含水分和其他可能的汙染物的空氣進入隔間時，一部分的水分含量將被乾燥劑吸收。乾燥劑還可吸收一些其他可能的汙染物，例如二氧化碳。然而，對於處於高溼度大氣中的儀器，或者經受頻繁流入隔間的空氣的儀器，乾燥劑可能會被快速耗盡，並且需要更換從而保持該儀器的性能。在一些情形中，可能需要每三個月一次這樣頻繁地更換乾燥劑。這增加了保持該儀器正常工作所要求的維護操作，並且增大了所需要的乾燥劑的量從而增加了乾燥劑的成本，和/或增大了當儀器未工作在其最大潛能時被使用的風險。期望的是提供一種不具有這些缺陷的儀器。根據本發明，提供了一種分光鏡儀器，包括:一個隔間，用於包封儀器部件和乾燥劑以保護所述儀器部件；以及，一個可變形的容器，具有在所述隔間內可移動的至少一個壁部分，從而隨著可變形的容器變形，改變所述可變形的容器所佔據的所述隔間的體積，所述可變形的容器的內部與所述儀器的周圍環境流體連通，使得所述隔間和所述周圍環境之間的壓力差趨向於導致所述可變形的容器變形，由此移動所述壁部分。通過該布置，隨著所述可變形的容器變形，由所述可變形的容器所佔據的隔間的容積可改變，從而趨向於平衡所述隔間和所述周圍環境之間的壓力。這轉而可減少任何抽送效應，否則所述抽送效應會導致所述隔間和所述周圍環境之間的空氣的交換。這可以延長乾燥劑的使用期限。優選地，當所述可變形的容器處於其最大程度時，所述容器佔據所述隔間的體積的5%和50%之間。優選地，當所述可變形的容器處於其最大程度時，所述容器佔據所述隔間的體積的10%和15%之間。所述可變形的容器的至少一部分可以由柔性材料製成。所述可變形的容器的可移動的壁可以由柔性材料製成。所述可變形的容器的至少一部分可以由可熱封材料製成。
所述可變形的容器可以由具有低的水擴散速率一即，小於每天每平方米30毫克水一的材料製成。優選地，所述可變形的容器由防潮的材料製成。在此，「防潮」用作表示抵制水分通過該材料輸送的意義。所述可變形的容器可以由層壓材料製成。所述層壓材料可包括至少一個塑料層，且可包括至少一個金屬膜層。優選地，所述層壓材料是塗覆有金屬膜的塑料材料。所述可變形的容器可以是一個袋。所述袋可包括熱封在一起的兩個或更多個壁。所述分光鏡儀器可包括至少一個閥，用於當所述隔間和所述周圍環境之間的壓力差超出一個預定閾值時，允許所述隔間和所述周圍環境之間的流體連通。當所述隔間中的壓力超出所述周圍環境的壓力的量大於閾值量時，所述閥可允許所述流體連通，和/或當所述周圍環境的壓力超出所述隔間的壓力的量大於閾值量時，所述閥可允許所述流體連通。可提供兩個閥，一個閥是過壓閥，用於減輕所述隔間中的過壓，一個是欠壓閥，用於減輕所述隔間中的欠壓。所述隔間可由至少兩個殼體部分限定，且所述兩個殼體部分之間具有至少一個密封件。優選地，所述至少一個密封件具有低的水擴散率，即，每年約100克水或者更少的水擴散率。優選地，所述至少一個密封件具有小於每年15克水的水擴散率。所述至少一個密封件可以由彈性體製成。例如，所述至少一個密封件可以由含氟彈性體一例如Viton、Fluorel或Aflas——製成。所述至少一個密封件可以由全氟彈性體製成。在存在多個密封件的情況中，這些密封件可以由不同的材料製成。所述分光鏡儀器可包括一個管狀部，該管狀部被布置為允許所述可變形的容器的內部和所述周圍環境之間的流體連通。所述管狀部可具有第一部分和第二部分，所述第一部分延伸進入所述可變形的容器的內部，所述第二部分延伸至或者延伸進入所述隔間的外部。所述可變形的容器的壁可包括一個孔(aperture )，所述管狀部延伸穿過所述孔。所述管狀部可安裝在所述可變形的容器上。密封裝置可設置在所述管狀部和所述可變形的容器的材料之間，從而密封防止流體通過所述孔而非通過所述管狀部進入或離開。所述管狀部可包括第一螺紋部分，所述第一螺紋部分突出進入所述可變形的容器的內部，並且接收一個相應的螺母以將所述管狀部安裝至所述可變形的容器。可包括O形環的第一密封件可設置在所述管狀部和所述可變形的容器的材料之間。所述隔間的壁可包括一個孔，所述管狀部延伸穿過所述孔。所述管狀部可被安裝至所述隔間。所述管狀部可突出至所述隔間的外部。所述管狀部可包括(第二)螺紋部分，所述(第二)螺紋部通過所述隔間的壁中的孔突出至或者突出進入所述隔間的外部，並且接收一個相應的螺母以將所述管狀部安裝至所述隔間。密封裝置可設置在所述管狀部和所述隔間的壁之間，從而密封防止流體通過所述隔間的壁中的孔而非通過所述管狀部進入或離開。可包括一個O形環的(第二)密封件可設置在所述管狀部和所述隔間的壁之間。在上文中，術語「第二」被用在括號中，因為對應的特徵可與上面進一步限定的對應的「第一」特徵一起使用或者獨立使用。第一密封件和第二密封件中的至少之一的O形環可以由彈性體製成。該O形環或者每一 O形環可以是含氟彈性體——例如VitoruFluorel或Aflas——以及全氟彈性體中一種。根據本發明的另一方面，提供了一種可變形的容器組件，用於如上面所限定的分光鏡儀器，該可變形的容器組件包括一個袋形式的可變形的容器，以及一個由所述袋承載的管狀部，該管狀部提供與所述袋的內部的流體連通。所述袋和所述管狀部可以具有上面所限定的其他特徵中的任何一個或者任何組
口 ο現在將僅藉助於實施例，參考附圖來描述本發明的實施方案，在附圖中:

圖1示出了臺式傅立葉變換紅外線(FTIR)分光儀的一部分；圖2示出了圖1的分光儀的一部分，其中外部殼體的一部分被切除以示出內部部分；圖3是圖1和圖2中所示的分光儀的蓋的下側視圖；圖4示出了圖1至圖3中所示的分光儀的內部空氣袋；圖5示出了圖1至圖3的分光儀的管狀部；圖6示出了圖3中所示的分光儀的蓋和分光儀的相應底部之間的密封件的細節；以及圖7示出了設置在圖1和圖2中所示的分光儀中的過壓閥和欠壓閥。圖1和圖2示意性示出了臺式傅立葉變換紅外線(FTIR)分光儀的一部分，其包括由底部11和蓋12組成的殼體I。可從圖3中的下側看到蓋12的更多細節。隔間2限定在殼體I內，一般來說，隔間2與外部隔絕，即，與分光儀的周圍環境隔絕。O形環密封件13 (參看圖2和圖6)設置在底部11和蓋12之間，從而使隔間2相對於周圍環境密封。該密封不會是完全的，實際上，一些空氣往往會不時地經過或穿過密封件13而洩漏進入隔間。設置在隔間2中的是分光儀的各種部件3(僅在圖2中可見，並且在附圖中僅以高度示意性的形式來表示)。如前所述，分光儀的部件中的至少一些往往會對水分和/或其他汙染物敏感。該分光儀也不例外，例如在該實施方案中，所述部件3包括溴化鉀窗口，該溴化鉀窗口可被高於假設40%的閾值水平的溼度損壞。此外，如將會理解，隔間2中的汙染物氣體的存在可對該儀器的性能具有負面影響。隔間2將乾燥劑4包封在合適的夾具(再次僅以高度示意性形式示出，並且僅在附圖的圖2中示出)中，這可以有助於保護隔間3。隔間2還包封了空氣袋5 (在圖2和圖3中的原位可見)。該袋5經由管狀部6安裝至殼體1，更具體地安裝至蓋12。從圖1中的分光儀的外部可以看到管狀部6的一個端部，並且在切除所述蓋12的壁的圖2中可以再次看到。圖4示出了在與分光儀I的其餘部分隔離的情況下，安裝有管狀部6的袋5。如圖5中所示，該圖5更加詳細地示出了管狀部6，一個鑽孔(bore)貫穿所述管狀部6，且當袋5經由圖1和圖2中示出的管狀部6安裝在分光儀中時，該鑽孔提供了袋5的內部和隔間2的外部(從而整體上分光儀的外部)之間的流體連通路徑。袋5設置在隔間2中，從而有助於防止前述內容中所描述的抽送效應，所述抽送效應在分光儀的內部隔間2和周圍環境之間存在壓力差時發生。如上面所討論的，在所述情形中，通常空氣將被驅動離開隔間2或者驅動進入隔間2，該空氣往往會攜帶水分和/或其他汙染物。如上面所提及的，乾燥劑4被設置在隔間2內，這可有助於確保分光儀的正確運作，並且可藉助於吸收水分和/或其他汙染物來保護這些部件3不被水分和/或其他汙染物損壞。然而，乾燥劑僅具有有限的能力來吸收水分和/或其他汙染物，因而具有有限的使用期限。通常，一旦乾燥劑4被耗盡，則需要更換乾燥劑，或者分光儀將開始運作在低於最優性能，並且可能被永久地損壞。設置在隔間2內的袋5通過減少趨向於流入隔間和流出隔間的空氣量來延長乾燥劑4的使用期限。由於袋5的內部經由管狀部6被連接至外部，所以當隔間2的內部和周圍環境之間存在壓力差時，空氣往往會優選地被吸入袋5中或者被驅動離開袋5，而非(通過O形環密封件13)進出隔間2的其餘部分。這個簡單的機構可顯著提高幹燥劑4的使用期限。袋5由柔性層壓材料製成。在本實施方案中，重要的是，袋5的材料既是柔性的以允許袋5的膨脹和收縮，而且它還具有非常低的透水性以確保不允許那些被驅動進出袋的水分通過袋的材料進入隔間2。一種用於袋的合適材料可以是在例如食品的保護性包裝中使用的板材。優選地，該材料是可熱封的，因為這允許由一個或多個材料板形成袋，該一個或多個材料板圍繞開口邊緣被熱封，以形成閉合的袋。所述材料可包括一個塑料膜連同一個鋁箔層，從而產生預期的防止水傳輸穿過所述材料的阻力。一種合適的層壓材料包括PET膜層，其具有結合至該PET膜層的一個鋁箔層，以及結合至所述鋁箔層的另一側的一個HDPE層。這樣的材料層在約200°C時是可熱封的，並提供小於0.05gm/m2/24hrs的透水汽性能。在圖3和圖4中可以看到的本實施方案中，袋5設置成摺疊配置，具有可在使用時膨脹和收縮的兩個主囊(pocket)。這僅僅為了使得袋5能夠裝配在設備的殼體I內可用的空間中。在其他實施方案中，可使用任何合適形狀的袋5。如上面所提及的，管狀部6被用於將袋5安裝在分光儀內。如可在圖5中最清晰地看到的，管狀部6被布置為使得袋5的壁5a的材料可被夾鉗至管狀部6，並且進一步，管狀部6可被夾鉗至殼體I的壁12a (在該情形中為蓋12)。一個合適的孔5b設置在袋5a的壁中，管狀部的第一螺紋部62突出穿過該孔5b。類似地，一個合適的孔12b設置在蓋12的壁12a中，管狀部6的第二螺紋部62突出穿過該孔12b。在兩個螺紋部61、62之間，管狀部6具有一個凸緣部64，該凸緣部64承載第一 O形環65a和第二 O形環65b，所述第一 O形環65a用於接觸並且密封抵住袋的壁5a，所述第二O形環65b用於接觸並且密封抵住蓋12的壁12a。為對應的螺紋部61和62設置相應的螺母66和67，這樣袋5a的壁和蓋12a的壁可被夾鉗抵住O形環65a和65b，從而提供一種有效的密封，使得流體通過袋5和蓋12中的孔5b和12b的進入和離開將僅通過管狀部6的鑽孔進行。因而，通過該布置，管狀部6方便地提供了空氣袋5的內部和隔間2的外部(從而分光儀的外部)之間的流體流通路徑，並且為分光儀內的袋5提供了一個底架。在當前的實施方案中，在製造袋5期間且至少在做出最後的密封以閉合所述袋之前，管狀部6安裝至袋5，從而提供如圖4中所示的袋5加上管狀部6的組件，所述組件接著可被安裝在分光儀中。通過上述布置，袋5可保護隔間2，使其不被通常發生的流入和流出的大部分的空氣損壞。然而，應意識到，在實際情況中，可能存在一種情形，其中用於抵消壓力差的、由袋所提供的體積變化將不足以中和隔間2和周圍環境之間的壓力差。因而，如圖7中所示，為了保護袋5和密封件13、65a、65b不被損壞,分光儀設置有一個過壓閥7a和一個欠壓閥7b。這些閥中的每一個都是一個單向洩壓閥，並且設置在蓋12的壁12a的合適的孔中。明顯的是，設置過壓閥7a，使得如果隔間2內的壓力比周圍環境的壓力大一個閾值量，則過壓閥7a將打開，允許空氣從隔間2中逸出。關於欠壓閥7b，存在相反的情形。在本實施方案中，過壓閥7a和欠壓閥7b都是傘形閥的形式。每一閥都具有對應的裙部71a、71b，在正常情況下所述裙部71a、71b密封地抵靠著壁12a，但是裙部71a、71b可被大於一個閾值的壓力向上推，驅動通過在對應的杆72a、72b旁邊的壁部分12a中的對應孔，進入對應的裙部71a、71b下方的空隙中。當與對應的裙部71a、71b的另一側相比，該空隙中存在足夠的壓力時，該裙部趨向於升起以洩放空氣，從而允許壓力差的平衡，然後下降重新密封抵靠著壁12a。為了防止水分通過密封件13、65a、65b以及可能地閥7a和7b的材料擴散，應當仔細地選擇這些元件的材料。至少關於密封件13、65a、65b，優選的是使用水擴散率小於100克水每年的含氟彈性體，例如VitoruFluorel或者Aflas。如果要求一個較低的防止水進入的保護程度,貝Ij其他彈性體諸如全氟彈性體可能是合適的。袋5整體設置在隔間2內，尤其整體設置在分光儀的殼體I內。這有助於保護袋5不被損壞，同時允許其實施改變隔間2的未被袋佔據的其餘部分的體積的功能，從而允許壓力平衡。在本實施方案中，當袋通過空氣流入其內部而膨脹至其最大程度時，袋佔據了隔間的內部體積的約10%至15%。當然，在其他實施方案中，可這樣選擇袋，使得在袋處於其最大程度時，它佔據內部隔間的比約10%至15%更小或更大的體積。優選地，分光儀將被製造為使得在一般的運行溫度和壓力時，所述袋將處於其充氣範圍的中間情形。這就是說，所述袋的體積將在中點處，使得存在袋的體積從開始位置可減小以及從開始位置可增大的一個顯著程度。袋的材料被選擇，從而根據實際情況選擇柔性，同時能夠提供對於氣體尤其是水分所要求的阻隔效應。注意到，如果該儀器並非充分密封(如在本實施方案中由密封件13、65a、65b所提供的)，則由於袋5對於改變體積的必然的剛性或阻力，潮溼空氣將優選地趨向於進入儀器的隔間2而非袋5中。
權利要求
1.一種分光鏡儀器，包括:一個隔間，用於包封儀器部件和乾燥劑，以保護所述儀器部件；以及，一個可變形的容器，具有在所述隔間內可移動的至少一個壁部分，從而隨著所述容器變形，改變所述可變形的容器所佔據的所述隔間的體積，所述可變形的容器的內部與所述儀器的周圍環境流體連通，使得所述隔間和所述周圍環境之間的壓力差趨向於導致所述可變形的容器變形，由此移動所述壁部分。
2.根據權利要求1所述的分光鏡儀器，包括至少一個閥，用於當所述隔間和所述周圍環境之間的壓力差超出一個預定閾值時，允許所述隔間和所述周圍環境之間的流體連通。
3.根據權利要求2所述的分光鏡儀器，其中提供了兩個閥，一個是過壓閥，用於減輕所述隔間中的過壓，一個是欠壓閥，用於減輕所述隔間中的欠壓。
4.根據任一前述權利要求所述的分光鏡儀器，其中所述可變形的容器由層壓材料製成，所述層壓材料包括至少一個塑料層和至少一個金屬膜層。
5.根據任一前述權利要求所述的分光鏡儀器，其中所述可變形的容器包括一個袋。
6.根據權利要求5所述的分光鏡儀器，其中所述袋包括被熱密封在一起的兩個或更多個壁。
7.根據任一前述權利要求所述的分光鏡儀器，包括一個管狀部，該管狀部被布置為允許所述可變形的容器的內部和所述周圍環境之間的流體連通。
8.根據權利要求7所述的分光鏡儀器，其中所述管狀部被安裝在所述可變形的容器上。
9.根據權利要求7或權利要求8所述的分光鏡儀器，其中所述可變形的容器的壁包括一個孔，所述管狀部延伸穿過所述孔，並且密封裝置設置在所述管狀部和所述可變形的容器的材料之間，以密封防止流體通過所述孔而非通過所述管狀部進入或離開。
10.根據權利要求7至9中任一項所述的分光鏡儀器，其中所述管狀部被安裝至所述隔間。
11.根據權利要求7至10中任一項所述的分光鏡儀器，其中所述隔間的壁包括一個孔，所述管狀部延伸穿過所述孔，並且密封裝置設置在所述管狀部和所述隔間的壁之間，以密封防止流體通過所述隔間的壁中的所述孔而非通過所述管狀部進入或離開。
12.根據任一前述權利要求所述的分光鏡儀器，其中當所述可變形的容器處於其最大程度時，所述可變形的容器佔據所述隔間的體積的5%和50%之間。
13.根據任一前述權利要求所述的分光鏡儀器，其中當所述可變形的容器處於其最大程度時，所述可變形的容器佔據所述隔間的體積的10%和15%之間。
14.一種可變形的容器組件，用於根據任一前述權利要求所述的分光鏡儀器，所述組件包括一個袋形式的可變形的容器，以及一個由所述袋承載的管狀部，該管狀部提供與所述袋的內部的流體連通。
全文摘要
一種分光鏡儀器，包括一個隔間(2)，用於包封儀器部件(3)和乾燥劑(4)，以保護儀器部件；以及，一個可變形的容器(5)，具有在所述隔間(2)中可移動的至少一個壁部分，從而隨著所述容器變形，改變由所述可變形的容器所佔據的隔間(2)的容積。所述可變形的容器(5)的內部與所述儀器的周圍環境流體連通，使得所述隔間和所述周圍環境之間的壓力差趨向於使得所述可變形的容器變形，由此移動所述壁部分。
文檔編號G02B27/00GK103109166SQ201180044991
公開日2013年5月15日 申請日期2011年8月16日 優先權日2010年8月19日
發明者R·A·霍爾特, R·L·卡特 申請人:珀金埃爾默新加坡有限公司