Способ измерения толщины диэлектрических материалов

Номер патента: 901890

Авторы: Водотовка, Глазков, Скрипник

ZIP архив

Текст

Союз Советски кСоциалистическиеРеспублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 11 901890пд делам изобретений н открытий(72) Авторы изобретения Т Рр тчч я Киевский технологический институт легкой промыцле)цтосги(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛШИНЫ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для определения толщины синтетических материалов, тканей, резины и других диэлектрических материалов в процессе их изготовления.Известен способ измерения толщины диэлектрических материалов, основанный на возбуждении тракта контрольным сверх- высокочастотным сигналом и измерениито его электрической длины при наличии исследуемого диэлектрического материала и при его отсутствии П 1.Однако при измерении известным способом имеется ограничение точности измерения толщины диэлектрического материала из-за относительно низкой точности сверхвысокочастотных устройств измерения фазы.Бель изобретения - повышение точности измеренийПоставленная цель достигается тем, что в способе измерения толщины диэлектрических материалов, основанном на возбуждении тракта контрольным сверхвысокочастогным сигналом и измерении егоэлектрической длины при наличии исследуемого диэлектрического материала ипри его отсутствии, увеличивают частотуконтрольного сверхвысокочастогного сигнала до момента совпадения значений электрических длин тракта прп наличии исслецуемого диэлектрического материала ипри его отсутствии, измеряют при этомвеличину приращения частотыконтрольного сверхвысокочасготного сигнала, .атолщину диэлектрического материала определяют поформуле где т 1 = 1, 2, 3коэффициентучитывающий соотношение толщины контролируемого диэлектрического материала и длину всйтны контрольного сверхвысокочас тотного сигнала, К - постоянный коэффициент преобразования.901890 4дачи со слабой дисперсией, например,е коаксиальной линии с воздушным заполнением, при равенстве путей распростраас нения этик волн описывается выраженный 5 ем, аналогичным (1),х- Выходной сигнал фазового детектора 4, фиксирующего указанную разностьен- фаз, имеет вид 1 Ю 6= 5(ф2 Х( ЛЯ 1 ф Л О где 4 О где д- приращение частогыл - разность длин параллельныхкоаксиальных трактов;С - время задержки.Приравняв (2) и (3), получаем45 б(фД 2 л+1 фЬ+а О =Со На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства для р ализации предлагаемого способа.Устройство содержит сверхвысокоч тотный (СВЧ) генератор 1, управляем двухпозиционный переключатель 2, тре канальный разветвитель 3, фазовый детектор 4, излучающую и чриемную ант ны 5 и 6, контролируемый диэлектрический материал 7, опорный канал 8, упраО вляемый двухпозиционный переключатель 9, замедляющие пластины 10 и 11, управляющий генератор 12, СВЧ генератор 13, усилитель 14 низкой частоты (УНЧ), синхронный детектор 15, фильтр 16 ниж них частот (ФНЧ), интегратор 17, балансный смеситель 18, ФНЧ 19, цифровой частотомер 20, линию 21 задержки.Сущность технического решения состоит в следующем. юВ свободном пространстве сверхвысокочастотная электромагнитная волна проходит без отражений трехслойный диэлектрик, относительная диэлектрическая проницаемость первого и третьего слоев 25 которого равна средногеометрическому значению относительных проницаемостей второго слоя и воздуха. Разность фаз электромагпитнь:х волн, одной - прошедшей (преломленной), второй - падаюшей, ЗО обе из которых от начала распределения до некоторой плоскости, где разность фаз фиксируется, проходят одинаковый путь в свободном просгранстве, определяется выражением 35- часгога;Е;у - относительная диэлектрическая проницаемость второгослоя;д - голшина второго слоя, - относительная диэлектрическая проницаемость первогои третьего слоев;Ь - суммарная толщина первогои третьего слоев;С - скорость распространения электромагнитной волны в свободном пространстве (скорость света).Разность фаз двух электромагнитных волн, из которых преломленная волна проходит излучающую антййну 5, трех слойный диэлектрик, второй слой которо го представляет собой контролируемый материал 7 и приемную антенну 6, а падающая волна проходит по линии переО=-Зй ф 2 з, " +ьО, (2) где- чувствительность фазового детектора 4;- относительная погрешность чувствительности фазового детектора 4;- относительная диэлектрическаяпроницаемость контролируемогоматериала 7;д - толщина контролируемого материала 7;.о - относительная диэлектрическаяпроницаемость замедляющих пластин 10 и 11 (слоев);Ь - суммарная толщина двух замедляющих пластин 10 и 11;дО - абсолютная погрешность нуля фазового детектора 4.Такая ке разность фаз фиксируется фазовым детектором 4 при прохождении падающей электромагнитной волны другой частоты по тому же коаксиальному тракту и по тракту другой длины, где она задерживается на некоторое время: илиоткуда при выборе суммарной толщины замедляющих пластин 10 и 11 и так, чтобыполучимйд СоИз последнего выражения видно, чтопо измеренной величине приращения частоты электромагнитных колебаний, обеспечивающей равенство разности фаз электрромигНитных волн, распределяюшихся по 5различным каналам во времени и в пространстве, при известных и постоянных/значениях Со, 1, Сиопределяется толщина контролируемого материала 7. 1 ОУстройство работает следующим образом.Сигнал СВЧ генератора 1, стабилизированного по частоте, через управляемыйдвухпозиционный переключатель 2 поступа ет на вход трехканального разветвителя3, На один вход фазового детектора 4поступает сигнал, прошедший через измерительную ячейку, образованную излучающей и приемной антеннами 5 и 6, например, логопериодического типа, между которыми помещен контролируемый диэлектрический материал 7, а на второй входпоступает сигнал, прошедший по опорномуканалу 8, выполненному в виде коаксиаль ной линии с воздушным заполнением, каки остальные сверхвысокочастотные тракты устройства, Состояние управляемогодвухпозиционного переключателя 9 приэтом обеспечивает указанное прохождение зосигналов к фаэовому детектору 4, На поверхностях контролируемого материала 7установлены замедляющие пластины 10 и11, относительная диэлектрическая проницаемость которых обеспечивает прохож-дение электромагнитной волны через контролируемый материал 7 без отражений,а суммарная толщина их обеспечивает необходимое замедление электромагнитнойволны, как показано в предлагаемом спо Особе. Управляемые двухпозиционные пе-реключатели 2 и 9 переключаются управляющим генератором 12,В другом положении управляемых двух, позиционных переключателей 2 и 9 на один вход фазового детектора 4 поступает сигнал СВЧ генератора 13, прошедший через линию 21 задержки, например, спиральную замедляющую систему, а на второй вход фазового детектора 4 поступает сигнал того же СВЧ генератора 13, прошедший по опорному каналу 8. Переменная составляющая выходного сигнала фазового детектора 4 после ее усиления УНЧ 1455 поступает на вход синхронного детектора 15, управляемого управляющим генератором 12, Выходной сигнал фНЧ 16 через интегратор 17 поступает на управляющий вход СВЧ генератора 13, регулируемого по частоте. Этот сигнал, пропорциональный интегралу от разности выходных напряжений фазового детектора 4 эа период коммутации, так изменяет частоту СВЧ генератора 13, чтобы выходной сигнал фазового детектора. 4 оставался неизменным при двух положениях управляемых двухпозиционных переключателей 2 и О,Сигналы СВЧ генераторов 1 и 13 смешиваются балансным смесителем 18.На выходе фНЧ 19 цифровой частотомер 20 измеряет разностную частоту СВЧ генераторов 1 и 13.Как следует из выражения (4), а также с учетом соотношения частот СВЧ генераторов 1 и 13, разностная частота определяется выражением,ГР. со 1,где К - постоянный коэффициент преобразования измерительного устройства;О = 1,2,Ъ - натуральный ряд чисел, учитывающий неоднозначность пока заний частотомера, обусловленную соотношением контролируемой толщины и длиной волны СВЧ колебаний.Таким образом, при реализации предлагаемого способа .достигается повышение точности и скорости измерения, потому что устранены составляющие погрешности иэмерепя фазы на сверхвысокой частогеи ьО, повышена скорость измерения, так как отпала необходимость извлекать контролируемый материал 7 из избирательной ячейки для коррекции погрешности ьО фазометра (для установки нуля фазометра). Процесс измерения толщины диэлектрических материалов 7 полностью автоматизирован, а отсчет конь ролируемой толщины производится по цифровому табло частотомера 20 с постоянным коэффициентом пропорциональности.Остаточная погрешность предлагаемого способа зависит от стабильности коэффициента преобразования К, который, в свою очередь, определяется составляющими "и,, Стабильность частоты генератора сверхвькокочастотных колебанийобеспечивается высокой известными средствами, постоянство времени задержки , определяемое постоянством геометрических размеров замедляющей системы, также высокое. Относительная диэлектричесПодписноеСССР каз 12368/52 Тираж 882ВНИИПИ Государственного комитепо делам изобретений и открыти 113035, Москва, Ж, Раушская д, 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная,кая проницаемость определяется известными средствами с погрешностью, не превышающей0,1%, Таким образом, достижимая точность измерения по предлагаемомуспособу определяется остаточной погрешностью менее +0,1%,Экономический эффект предлагаемоготехнического решения состоит в повышениипроизводительности контрольных операций,повышении качества выпускаемой продук Оции и экономии исходных материалов формула изобретения 15Способ измерения толщины диэлектрических материалов, основанный на возбуж денни тракта контрольным сверхвысоко- частотным сигналом и измерении его электрической длины при наличии исследу- рО емого диэлектрического материала и при его отсутствии, о г л и ч а ю ш и й с я тем, что, с целью повьццения точности измерений, увеличивают частоту контрольного сверхвысокочастотного сигнала домомента совпадения значений электрических длин тракта при наличии исследуемого диэлектрического материала и при егоотсутствии, измеряют при этом величинуприращения частоты р контрольногосверхвысокочастотного сигнала, а толшину с диэлектрического материала определяют по формуле д =-ф-, - , гдеП= 1, 2, 3 -коэффициент, учитывающийсоотношение толщины контролируемогодиэлектрического материала и длину вол-ны контрольного сверхвысокочастотногосигнала, К - постоянный коэффициентпреобразования,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1 . Бондаренко И, К. и др. "Автоматизация измерений параметров СВЧ трактов. М"Советское рацноф,1969,с. 243-244 (прототип).

Смотреть

Заявка

2739366, 15.03.1979

КИЕВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

ГЛАЗКОВ ЛЕОНИД АЛЕКСАНДРОВИЧ, СКРИПНИК ЮРИЙ АЛЕКСЕЕВИЧ, ВОДОТОВКА ВЛАДИМИР ИЛЬИЧ

МПК / Метки

МПК: G01N 22/00

Метки: диэлектрических, толщины

Опубликовано: 30.01.1982

Код ссылки

<a href="https://patents.su/4-901890-sposob-izmereniya-tolshhiny-diehlektricheskikh-materialov.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Способ измерения толщины диэлектрических материалов</a>

Похожие патенты