способ определения толщины диэлектрического покрытия

Классы МПК:G01B7/06 для измерения толщины
Автор(ы):
Патентообладатель(и):Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2007-07-02
публикация патента:

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники. Задача изобретения - упрощение процедуры измерения толщины диэлектрического покрытия. Заявляемый способ основан на оценке разности фаз отраженных волн от двух границ раздела среды при зондировании контролируемой среды электромагнитными колебаниями. 1 ил. способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899

способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899

Формула изобретения

Способ определения толщины диэлектрического покрытия, нанесенного на металлическую основу, при котором зондируют диэлектрическое покрытие электромагнитными волнами и принимают отраженные от границы раздела сред «воздух - диэлектрическое покрытие» волны, отличающийся тем, что дополнительно принимают отраженные от границ раздела сред «диэлектрическое покрытие - металлическая основа» волны, измеряют фазовый сдвиг способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 отраженных от указанных границ раздела сред «воздух - диэлектрическое покрытие» и «диэлектрическое покрытие - металлическая основа» волн и по измеренному значению способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 определяют толщину диэлектрического покрытия.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами.

Известен способ, реализуемый емкостным датчиком толщины покрытия (см. И.Чеховский. Контроль толщины эмали на кузове. Радио №1, 2004, с.47), при котором о толщине покрытия эмали на кузове легкового автомобиля судят по изменению емкости двух последовательно включенных конденсаторов, соединенных с измерителем емкости.

Недостатком этого известного способа является контактность датчика с исследуемой поверхностью и погрешность измерения из-за температурного влияния на емкость конденсаторов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятый автором за прототип способ определения толщины диэлектрического слоя (см. В.А.Викторов, Б.В.Лункин, А.С.Совлуков. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов, 1989 г., с.50). Этот способ, реализуемый указанным устройством, основан на зондировании диэлектрического слоя двумя сигналами с умноженной частотой одного из них и сравнении фаз, отраженных от поверхности слоя сигналов с умноженной частотой одного из них. В этой разработке по выходному сигналу фазового детектора определяет толщину диэлектрического слоя.

Недостатком данного фазового способа измерения следует считать сложность определения толщины, связанную с образованием сигналов с умноженной частотой одного из них как при зондировании, так и при сравнении фаз отраженных сигналов.

Задачей заявляемого технического решения является упрощение процедуры измерения толщины диэлектрического покрытия.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения толщины диэлектрического покрытия, нанесенного на металлическую основу, использующем электромагнитные волны для зондирования диэлектрического покрытия и приема, отраженных от границы раздела сред «воздух - диэлектрическое покрытие» волн, дополнительно принимают волны, отраженные от границы раздела сред «диэлектрическое покрытие - металлическая основа», измеряют фазовый сдвиг способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 волн, отраженных от границ раздела сред «воздух - диэлектрическое покрытие» и «диэлектрическое покрытие - металлическая основа», и по измеренному значению способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 определяют толщину диэлектрического покрытия.

Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что при зондировании контролируемого диэлектрического покрытия электромагнитными волнами, по измеренному фазовому сдвигу отраженных от границ раздела сред «воздух - диэлектрическое покрытие» и «диэлектрическое покрытие - металлическая основа» волн, определяют толщину диэлектрического покрытия, нанесенного на металлическую основу.

Наличие в заявляемом способе совокупности перечисленных существующих признаков позволяет решить поставленную задачу определения толщины диэлектрического покрытия на основе измерения фазового сдвига отраженных от двух границ раздела сред волн с желаемым техническим результатом, т.е. упрощением процедур зондирования и измерения.

На чертеже приведена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство, реализующее данное техническое решение, содержит измеритель фазового сдвига 1, генератор электромагнитных колебаний 2, соединенный выходом с передающей антенной 3, первую приемную антенну 4 и вторую приемную антенну 5, осуществляющие улавливание сигналов, отраженных от диэлектрического покрытия 6, нанесенного на металлическую основу 7.

Суть предлагаемого способа заключается в следующем. При зондировании диэлектрического покрытия, нанесенного на металлическую основу, электромагнитными волнами возникают отражения волн от первой границы раздела сред «воздух - диэлектрическое покрытие» и второй границы раздела сред «диэлектрическое покрытие - металлическая основа», т.е. может иметь место интерференция волн. Учитывая, что в данном случае путь отраженной волны от первой границы раздела сред короче, чем путь отраженной волны от второй границы раздела сред, то между этими отраженными волнами может иметь место фазовый сдвиг способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 , который определяется как (см. И.В.Лебедев. Техника и приборы СВЧ, том 1. Из-во «Высшая школа», М., 1970, с.275)

способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899

где способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 - длина волны, способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 - расстояние между первой и второй границами раздела сред. Из этой формулы видно, что при способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 =0 отраженные волны приходят в одинаковой фазе (максимум, например, напряжения стоячей волны из-за интерференции), т.е. способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 =0. При способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 =способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 /4 эти отраженные волны будут иметь разность фаз, равную способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 =способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 , т.е. произойдет полное уничтожение волн (минимум, например, напряжения стоячей волны из-за интерференции).

Анализ представленной формулы показывает, что, если вместо расстояния l положить в эту формулу толщину диэлектрического покрытия d, то при способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 =const по сдвигу фаз способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 можно определить толщину d. При этом следует отметить, что при d=способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 /4 эти отраженные волны будут иметь разность фаз, равную способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 =способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 . Дальнейшее увеличение толщины от d=способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 /4 до d=способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 /2 согласно эффекту интерференции приведет к изменению способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 от способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 до 0 (изменение, например, напряжения стоячей волны от минимума до максимума), т.е. произойдет повторение интерференционной картины в обратном направлении. Поэтому при изменении толщины диэлектрического покрытия от 0 до величины, равной способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 /4, разность фаз от 0 до способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 может обеспечить однозначную зависимость способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 от d. Таким образом, получаем, что максимальному значению разности фаз (способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 ) будет соответствовать максимальное значение толщины диэлектрического покрытия, а минимальному (0) - нулевое значение покрытия.

Определение толщины d на основе измерения способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 проиллюстрируем на числовом примере. Пусть длина волны способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 =3 см. Тогда, как вытекает из вышеприведенных рассуждений, диапазон толщины, который может быть определен однозначно измерением способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 , составляет от 0 до 7,5 мм. Здесь принимается, что амплитуды волн, отраженных от первой и второй границ раздела сред, одинаковы, т.е. пренебрегается уменьшением амплитуды волны, распространяющейся по диэлектрическому покрытию. Кроме того, допускается неизменность длины волны при ее распространении через диэлектрическое покрытие.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом. Электромагнитные волны с выхода генератора электромагнитных колебаний 2 поступают в передающую антенну 3. После этого электромагнитные волны направляются в сторону диэлектрического покрытия 6, нанесенного на металлическую основу 7. Отраженные волны от первой границы раздела сред «воздух - диэлектрическое покрытие» улавливаются первой приемной антенной 4, а отраженные волны от второй границы раздела сред «диэлектрическое покрытие - металлическая основа» - второй приемной антенной 5. Далее для измерения фазового сдвига между этими отраженными колебаниями сигналы с первой и второй антенн поступают соответственно на первый и второй входы измерителя фазового сдвига 1. Здесь по разности фаз способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 способ определения толщины диэлектрического покрытия, патент № 2350899 указанных входных сигналов определяют толщину диэлектрического покрытия d.

Таким образом, согласно предлагаемому способу на основе оценки разности фаз отраженных волн от двух границ раздела сред можно обеспечить упрощение процедуры измерения толщины диэлектрического покрытия, нанесенного на металлическую основу.

Класс G01B7/06 для измерения толщины

способ и установка для удаления двойной индикации дефектов при контроле труб по дальнему полю вихревых токов -  патент 2523603 (20.07.2014)
устройство для контроля толщины проводящей пленки изделий электронной техники -  патент 2495370 (10.10.2013)
устройство для определения толщины льда -  патент 2495369 (10.10.2013)
способ определения толщины отложений на внутренней поверхности труб вихретоковым методом и устройство для его осуществления -  патент 2487343 (10.07.2013)
способ обнаружения неоднородностей листа и устройство для его осуществления -  патент 2483276 (27.05.2013)
способ и устройство для измерения толщины слоя частично кристаллизованных расплавов -  патент 2480708 (27.04.2013)
анализатор-измеритель состояния слоя воды/льда с примесями на дорожной поверхности -  патент 2464580 (20.10.2012)
вихретоковый толщиномер -  патент 2419763 (27.05.2011)
толщиномер покрытий с электромагнитом -  патент 2419066 (20.05.2011)
измерение толщины стенки, в частности стенки лопатки, при помощи токов фуко -  патент 2418963 (20.05.2011)
Наверх