Alipainevuotojen havaitseminen heliumspektrometrillä optisissa kamerajärjestelmissä

Abstract

Tässä opinnäytetyössä tarkasteltiin alipainevuotojen havaitsemista heliumspektrometrillä optisissa valvontakamerajärjestelmissä. Työn tavoitteena oli selvittää, kuinka hyvin heliumspektrometrinen vuototestaus soveltuu kamerajärjestelmien tiiviyden arviointiin ja vuotokohtien paikantamiseen sekä miten ympäristöolosuhteet, ja kastepiste vaikuttavat kosteuden kertymiseen ja optisen ikkunan huurtumiseen kameran sisäpinnalla. Työ toteutettiin yhteistyössä Millog Oy:n kanssa, ja mittaukset suoritettiin Turun ja Lievestuoreen toimipaikoissa sekä osittain kenttäolosuhteissa.

Tutkimusaineisto kerättiin kolmesta optisesta kamerayksilöstä. Kullekin kameralle suoritettiin neljä erilaista testiä: heliumspektrometrinen vuototestaus alipaineessa, heliumspektrometrinen vuototestaus ylipaineessa, perinteinen ali- ja ylipainetestaus ilman merkkikaasua sekä käytönaikainen seuranta. Lisäksi mitattiin lämpötila ja suhteellinen kosteus, joiden perusteella laskettiin kastepiste ja kondensaatiomarginaali ΔT huurtumisriskin arvioimiseksi. Kaikki mittaustulokset dokumentoitiin M-Files-järjestelmän mukaisilla lomakkeilla.

Tulosten perusteella heliumspektrometrinen vuototestaus osoittautui selvästi herkemmäksi ja tarkemmaksi menetelmäksi kuin perinteinen paine-erotestaus. Huoneenlämpötilassa kamerayksilöt vaikuttivat pääosin tiiviiltä, mutta kylmäolosuhteissa, noin −5 °C:ssa tai sen alapuolella, osassa kameroista havaittiin mitattavissa olevia vuotoja. Havaitut vuodot viittasivat tiivistemateriaalien lämpötilasta johtuvaan muutokseen sekä rakenteellisten liitospintojen muutoksiin. Vuotojen todettiin lisäävän kameran sisäistä kosteuden kertymistä ja altistavan huurtumiselle erityisesti tilanteissa, joissa kondensaatiomarginaali ΔT oli pieni tai negatiivinen.

Johtopäätöksenä voidaan todeta, että heliumspektrometri on soveltuva ja tehokas mittalaite pienten ja lämpötilariippuvaisten vuotojen havaitsemiseen optisissa kamerajärjestelmissä. Menetelmän yhdistäminen kastepisteanalyysiin parantaa kunnossapidon tarkkuutta ja tukee ennakoivaa huoltoa vaativissa käyttöympäristöissä. Työn tuloksia voidaan hyödyntää huoltomenettelyjen kehittämisessä, rakenteellisten ratkaisujen parantamisessa sekä tulevien vuototestaus- ja mittauskäytäntöjen laadinnassa.

This thesis examines the detection of vacuum-related leaks using helium mass spectrometry in optical surveillance camera systems. The aim of the study was to evaluate how well helium leak testing is suited for assessing the tightness of camera systems and for locating leak paths, as well as to examine how environmental conditions and the dew point affect moisture accumulation and fogging on the inner surface of the optical window. The work was carried out in cooperation with Millog Oy, and the measurements were conducted at the Turku and Lievestuore service facilities as well as partly under field conditions.

The research material was obtained from three optical camera units. Four different tests were performed on each camera: helium leak testing under vacuum conditions, helium leak testing under overpressure, conventional underpressure and overpressure testing without tracer gas, and operational condition monitoring during use. In addition, temperature and relative humidity were measured, based on which the dew point and the condensation margin ΔT were calculated to assess the risk of fogging. All measurement results were documented using standardized forms in the M-Files system.

Based on the results, helium mass spectrometric leak testing proved to be clearly more sensitive and accurate than conventional pressure difference testing. At room temperature, the camera units appeared largely leak-tight, but under cold conditions, at approximately −5 °C or below, measurable leaks were detected in some of the cameras. The observed leaks indicated temperature-related changes in sealing materials as well as changes in structural joint interfaces. The leaks were found to increase internal moisture accumulation and to promote fogging, particularly in situations where the condensation margin ΔT was small or negative.

In conclusion, helium mass spectrometry can be considered a suitable and effective measurement method for detecting small and temperature-dependent leaks in optical camera systems. Combining leak testing with dew point analysis improves the accuracy of maintenance activities and supports predictive maintenance in demanding operating environments. The results of this study can be utilized in the development of maintenance procedures, improvements in structural design, and the formulation of future leak testing and measurement practices.