Способ определения диэлектрической проницаемости материалов

(594 С ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ДЕТЕЛЬСТВ ТОР СНОМ мо иЕ(57) Изобретениелю изменения диэлцаемости материизменению диэлек тно сит с ктричес к контро й прониалов и позтрической ляет п роница ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Рижский политехнический инстут им. А.Я. Пельше(56) Авторское свидетельство СССУ 351148, кл. С 01 И 29/90.Матис Н.Г. Электроемкостные пробразователи дпя неразрушающегороля. Ригаф Зинатне, 1982,(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИЭЛЕКТКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ МАТЕРИАПОВ пределить изменение механических своиств материалов, анизотропиюих свойств, влажность, изменениетолщины покрытий и т.п. Целью изобретения является повышение точностиконтроля диэлектрической проницаемости материалов. Устройство, реализующее способ, содержит контролируемыйматериал 1, накладной измерительныйконденсатор 2, нелинейную индуктивность 3, генератор 4 синусоидальногосигнала, фильтр 5, настраивающийсяна частоту, в два раза превышающуючастоту генератора, и фазовый детектор 6. При соответствующей настройкегенератора 4 в образованном колебательном контуре происходит возбуждение ультрагармонических и субгармонических резонансов, используемыхпри определении диэлектрической проницаемости материалов, 6 ил.150970 б ности контроля диэлектрической проницаемости материалов,На фиг.1 приведена структурная схема устройства для контроля изменения диэлектрической проницаемости 15 Материала; на фиг.2 - стыковая вольтамперная характеристика нелинейной индуктивности Ь, на фиг. 3 - амплитудно-частотная зависимость колебатель-ного контура с нелинейной индуктивностью, имеющей нелинейную изохронную вольт-амперную характеристику; на фиг, 4 и 5 - фазочастотные характеристики резонирующих гармоник спектра напряжений на накладном изме рительном конденсаторе, соответственно на суперрезонансе порядка 2/1 и основном резонансе; на фиг,б - тарировочная кривая.Устройство, реализующее способ, включает в себя эталонный (контролируемый) материал 1 накладной измерительный конденсатор (НИК) 2, нелинейную индуктивность 3, генератор 4 синусоидального сигнала, фильтр 5, 35 настраивающийся на частоту, в два раза превышающую частоту генератора фазовый детектор 6.Физическая сущность способа состоит в следующем. . 40 Индуктивность 3 является нелинейной (фиг,З). Вследствие этого и колебательный контур, образованный данной нндуктивностью и НИК 2, приложенным к эталонному или контролируемому Материалу 1, генератором 4, также является нелинейным. Поэтому при соответствующих частотных настройках ге" Йератора 4 в контуре происходит возбуждение комбинационных супергармони" ческих ультрагармонических и субгармонических резонансов. Супергармоническим резонансом порядка ш/1 является усиление в спектре колебаний нелинейной системы гармонической составляющей (супергармониКи), частота которой в ш раз больше 3Изобретение относится к области контроля изменения диэлектрической проницаемости материалов, что поэвот Ляет по изменению диэлектрической проницаемости определять изменение механических свойств материалов, анизотропию их свойств, влажность, изме" некие толщины покрытий и т,д.Цель изобретения - повышение точ- О частоты Й возбуждения, в нашем случае частоты генератора 4.Субгармоническим резонансом поряда 1/и является усиление в спектре колебаний нелинейной системы гармонической составляющей (субгармоники), частота которой в и раз меньше частоты й возбуждения.Усилвние супер- и субгармоник приводит к появлению на амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) колебательного контура дополнитеяьных резо" Йансных вснпесков. Это видно из приведенной на фиг.З АЧХ колебаний нелинейного контура с кусочно-линейной стыковой вольт-амперной характеристи" Кой индуктивности.В силу несимметрии изохронных Вольт-амперных характеристик наиболее высокоамплитудным йз комбинационных резонансов, а следовательно, и Наиболее легко регистрируемым являет ся суперрезонанс порядка 2/1 (Г/Е0,5); Его амплитуда, как видно йэ фиг.З, соизмерима с амплитудой основ Його резонанса. Кроме того, данный суперреэонанс при прочих равных услови-, ях имеет наиболее крутую фазочастат, ную характеристику - зависимость угла сдвига фаэ между резонирующей гармоникой и возбуждением (сигналом с генератора 4) по сравнению с осталь. ными комбинационными резонансами и основным резонансом. Еа фиг.4 и 5 приведены в качестве примера фаэочастотные характеристики резонирующих гармоник соответственно на суперрезонансе 2/1 (фиг.4) и основном резонансе (ф и г.5). При сравнении этих характеристик видно, что на частотах, близких к резонансным (для суперрезонанса 2/1 это частота К/Е = 0,5, для основного резонанса Е/Й1), чувствительность фазового угла ( к изменению резонансной частоты Е при 2 = сопзй на су-. перрезонансе порядка 2/1 значительно вьппе, чем на основном. Аналогичные результаты получены при сравнении Фазочастотных характеристик на остальных супер- и субрезонансах. т.е, при прочих равных условиях на суперрезонансе порядка 2/1 изменение собственной частоты контура вызы" вает большее, чем на других 1 супер-, суб- и основном резонансе изменение угла сдвига фаз(097066 контура связано с изменением емкости НИК, пропорциональной изменениюдиэлектрической проницаемости материала. Следовательно, на суперрезонансе порядка 2/1 малое изменениедиэлектрической проницаемости контролируемого материала вызывает максимальное изменение угла сдвига фаз(,Таким образом, йа суперрезонансе порядка 2/1 по изменению параметраМожно наиболее точнее контролироватьизменение диэлектрической проницаемостиПредлагаемый способ контроля осуществляется следующим образом.НИК 2 (фиг. 1) прикладывают к поверхности этапонного материала, Включают генератор 4 синусоидальногосигнала и возбуждают в колебательномконтуре на частоте, в два раза меньшей частоты основного резонанса, супергармонические колебания. порядка2/1. Точная настройка на эти колебания может быть осуществлена, например, установкой угла сдвига фаз между сигналом с генератора 4 и второйгармоникой спектра напряжения на НИК2 равным д = О,оВторую гармонику при этом выделяютпутем подачи напряжения с НИК 2 нафильтр 5, а величину угла сдвигаФаз регистрируют с помощью фазовогодетектора 6. После этого приклады-вают НИК 2 к объекту контроля, Приэтой же частоте генератора 4 замеряютс помощью фазового детектора 6 уголсдвига фаз между сигналом с генератора 4 и второй гармоникой спектранапряжения на НИК 2. По величинеугла сдвига фаз ц определяют, например с помощью тарировочной кривой,величину, на которую изменяетсядиэлектрическая проницаемость. Пример тарировочной кривой для контурасо стыковой вольт"амперной характеристикой индуктивности при степенинелинейности К = К/К 111(фиг.2) показан на фиг.б.Искомая величина 11 Е с помощьютарировочной кривой определяется 5 10 25 30 35 50 териала. 5 15При определении диэлектрическойпроницаемости материала изменениесобственной частоты колебательного следующим образом. Пусть показание фазового детектора равно, например,о30 . На оси абсцисс находят данное значениеи определяют соответствующую ему точку на тарировочной кривой ЬЕ(фиг.б, точка А). Орди". ната этой точки и будет искомым значением величины ЬЕ. В нашем случае ордината точки А ЬЕ 0,01. Следовательно, относительное,. изменение диэлектрической проницаемости составляет 13. Таким образом, малому относительному, изменению диэлектрической проницаемости Ь Е соответствуют значительные отклонения от исходного значения= 0 угла сдвига фаз 1 . Это поз- воляет с высокой точностью определять величину Ь Е. формула изобретения Способ определения диэлектрической проницаемости материалов, состоящий в том, что накладывают измери" тельный конденсатор, входящий в сос- тав колебательного контура, на объект контроля, возбуждают колЬба- тельный контур с объектом контроля и определяют параметры колебаний, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с., целью повышения точности, измерительный конденсатор накладывают вна- чале на эталонный материал, воэбуждают в колебательном контуре супергармонические колебания на частоте,40 в два раза меньшей частоты основного резонанса, после чего накладывают измерительный конденсатор наобъект контроля, измеряют при той жечастоте угол сдвига фаз Ц между сигналом с генератора и второй гармоникой спектра напряжения на измерительном конденсаторе и, пользуясь тарировочной зависимостью ЬЕ = ЕР), определяют величину диэлектрической проницаемости, где Е - относительное изменение диэлектрической проницаемости по сравнению с диэлектрической проницаемостью эталонного ма-40 в рректор Т, Малец Дан едакт Заказ 5798/37 Тираж 789 Подписи Государственного комитета по изобретениям и открытия 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/ КНТ СССР Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул арина, 1 Фие Составитель И. К Техред Л,Олийнык мв айаг аи ю ,ою ков цр у/Фие Ю