Устройство для испытания образца на электростатическую зарядку

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А 51 с 01 к 31/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИН ВТОФСНФУ 63 ИВВТЕРЪСТВУ ния источник опор го напряженияого тока, исто и усилитель постоян ник, излучения выпол н в виде элект" ронной пушки нами, приемн отклоняющизлучени и пластив виде ыходав ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР.ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1, Авторское свидетельство СССР 1 В 900221, кл. С 01 К 31/00, 1980.2, Горбачев Ю.П. и др, Устройство для измерения электрического потенциала в диэлектриках. - "Приборы и техника эксперимента", 1982, У 4, с. 213-215.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦА НА ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКУЮ ЗАРЯДКУ, содержащее заземленное основание для крепления испытуемого образца, разнесенные друг от друга источник и приемник излучения, усилитель-огра ничитель, выход которого соединен с одним из входов элемента И, счетчик импульсов, один из управляющих входов которого подключен к выходу элемента И, генератор тактовых импульсов о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности работы и достоверности результатов испытания, в него введены компаратор, дополнительный усилитель- ограничитель, инвертор, цифроаналоговый преобразователь, блок сравне" ЯМ.,щадя двух электродов, а счетчик импульсов - реверсивным, причем входныепотенциальные выводы компаратора иусилителей-ограничителей соединенысэлектродами приемника излучения,выход компаратора подключен к другому управляющему входу счетчикаимпульсов, связанного счетным входом с выходом генератора тактовыхимпульсов, выход дополнительногоусилителя-ограничителя через инвертор соединен с другим .входом элемента И, входы цифроаналоговогопреобразователя подключены к в счетчикса импульсов, составляющимсовокупности цифровой выход устройства, а выход - к одному из входовблока сравнения и аналоговому выходуустройства, другой вкод блока сравнения соединен с выходом источникаопорного напряжения, а выход - свходом усилителя постоянного тока;выходные выводы которого подключенык отклоняющим пластинам источника .излучения.1155Изобретение относится к электро- измерительной технике и может быть использовано при контроле электростатических зарядов диэлектрических, полупроводниковых и металлических материалов в процессе их испьгганий на воздействие потоков заряженных частиц в вакууме.Известно устройство для испытания образца на электростатическую заряд ку, содержащее заземленное основание для. крепления испытуемого образца, емкостный зонд; механически свяэаниьш через модулятор с выходом генератора, усилитель, вход которого соединен с 1 выходом емкостного зонда, два синхрон ных детектора, одни выходы которых подключены к выходу усилителя, а другие - к выходу генератора, блок вычитания, входы которого соединены с 20 выходами обоих синхронных детекторов, усилитель постоянного тока, вход которого подключен. к выходу одного иэ синхронных детекторов, блок сравнения, входы которого соединены с 25 выходами блока вычитания и усилителя постоянного тока, источник опорного напряжения, входы которого подключены к выходам генератора и блока сравнения, а выход - к входам индикатора и 50 )проводящего экранированного. электрода, установленного на заземленном основании под емкостным зондом 11. Недостатком данного устройства 35 является низкая достоверность результатов испытания, обусловленная размещением емкостного зонда вблизи испытуемого образца. Подобный зонд затеняет в некоторой степени образец 40 от потока падающих частиц, вызывающих электростатическую зарядк, вследствие чего степень зарядки оказывается ниже, чем при отсутствии зонда, Уменьшение толщины зонда позволяет 45 повысить достоверность, однако уменьшается чувствительность устройства и снижается диапазон измерения электростатических потенциалов в области высоких значений, поскольку в результате 30 малой толщины зонда возникает большая неравномерность электрического поля и происходит стекание зарядов с участка поверхности образца, расположенного под зондом, При больших значениях 55 измеряемых потенциалов выше 20 кВ) может иметь место пробой межэлектрод ного промежутка, при котором потен 9 б 7 2циал образца падает до очень низкихзначений,Устройство содержит сложныеэлектромеханнческие узлы, в част-.ности, вибрирующего емкостногозонда, что снижает эксплуатационнуюнадежность при длительной и непрерывной работе, особенно в условияхвоздействий термовакуумных Факторов,Кроме того, известное устройство не позволяет проводить испытанияв процессе воздействия механическихФакторов (вибрации, ударов), так какв емкостном зонде возбуждаютсянаразитные колебания, в значительноймере искажающие итоговые результаты.Наиболее близким к предлагаемомуявляется устройство для испытанияобразца на электростатическую заряд.ку, содержащее .заземленное основание,поворотньй диск для крепления испьтуемого образца, разнесенные другот друга (но обе стороны диска) источник и приемник излучения, выпол-.ненные в виде /3 -активного источника и детектора 3 -частиц, усилительограничитель, вход которого соединенс выходом приемника излучения, авыход - с одним из входов элемента И,другой вход которого подключен квыходу механизма смены. образцов,счетчик импульсов, счетный входкоторого соединен с выходом элементаИ, а выходы - с входами регистра,снабженный генератором импульсовпрограммный блок, выходы которого "подключены к управляющему входу механизма смены образцов, входу сбросасчетчика импульсов и входу записирегистра 2 . Недостатки указанного устройства заключаются в невысокой эксплуатационной надежности из-за большого числа используемых электромеханических узлов и деталей и неудовлетворительной достоверности результатов испытания, предопределенной зависимостью коэФФициента пропускания образца .частиц не только от его внутреннего и поверхностного потенциала, но также и от материала, коэффициента углового рассеяния 3-частиц. Достоверность снижается, кроме того, за счет невозможности проведения измерений непосредственно во время воздействия потоков заряженных частиц, вызывающих электростатическую зарядку, посколь1155967 4На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства,Испытуемый образец 1 укреплен назаземленном основании 2. С одной стороны образца 1 установлен источник 3излучения, выполненный в виде электронной пушки 4 с отклоняющими пластинами 5, а с другой стороны - прием 0 ник излучения, выполненный в видеэлектродов 6 и 7, В состав устройства входят также усилители-ограничители 8 и 9, компаратор 1 О, элементИ 11, инвертор 12, реверсивный счетчик 13 импульсов, генератор 14 тактовых импульсов, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 15, блок 16сравнения, источник 17 опорного напряжения и усилитель 18 постоянноготока. Входные потенциальные выводыкомпаратора 10 и усилителей-ограничителей 8 и 9 соединены с электродами 6 и 7 приемника излучения,Выход усилителя-ограничителя 8непосредственно, а выход усилителяограничителя 9 через инвертор 12.соединены с входами элемента И 11,Выход элемента И 11 подключен кодному из управляющих входов (входуИсложение-вычитание" ), а выход компаратора 10 - к другому управляющемувходу (входу "запрет счета") реверсивного счетчика 13 импульсов, связанного счетным входом с выходомгенератора 14 тактовых импульсов.Входы ЦАП 15 подключены к выходамреверсивного счетчика 13 импульсов,составляющим в совокупности цифровойвыход устройства, а выход - к одномуих входов блока 16 сравнения и ана-логовому выходу устройства. Другойвход блока 16 сравнения соединен свыходом источника 17 опорного напряжения, а выход - с Входом усилителя18 постоянного тока, выходные выводыкоторого подключены к отклоняющимпластинам 5 источника 3 излучения. Поставленная цель достигается тем, 15что в устройство для испытания образца на электростатическую зарядку,содержащее заземленное основание длякрепления испытуемого образца, разнесенные друг от друга источник и фприемник излучения, усилитель-ограничитель, выход которого соединен с одннм из входов элемента И, счетчикимпульсов, один из управляющих входовкоторого подключен к выходу элементаИ, генератор тактовых импульсов, введеяы компаратор, дополнительный усилитель-.ограничитель, иквертор, цифроаналоговый преобразователь, блоксравнения, источник опорного напря- З 0жения и усилитель постоянного тока,источник излучения выполнен в видеэлектронной пушки с отклоняющимвпластинами, приемник излучения - ввиде дВух электродов, а счетчик импульсов - реверсивным, причем входные потенциальные выводы компаратораи усилителей-ограничителей соединеныс электродами приемника излучения,выход компаратора подключен к другому 40управлякнцему входу счетчща импульсов, связанного счетным входом свыходом генератора тактовых импульсов,выход дополнительного усилителя-ограничителя через инвертор соединен с 4другим входом элемента И, входыцифроаналогового преобразователяподключены к выходам счетчика импульсов, составляющим в совокупности цифровой выход устройства, а выход - 50к одному из входов блока сравненияи аналоговому выходу устройства, другой вход блока сравнения соединен свыходом источника опорного напряжения,а выход - с входом усилителя постоянного тока, выходные выводы которогоподключены к отклоняющим пластинамисточника излучения,ку заряженные частицы, воздействуяна детектор р -частиц, существенноискажают результат измерения. Дляустранения этого явления служитмеханизм смены образцов, которыйперемещает испытуемый образец изэоны облучения (где образец накапливает электростатический потенциал)в зону измерения. 1Цель изобретения - новьппение надежности работы устройства и достоверности результатов испытания. Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии при отсутствии факторов, вызывающих электро.- статическую зарядку испытуемого образца 1, электронный луч от электронной пушки 4 источника 3 излучения попадает в середину зазора между электродами 6 и 7, так как напряже. - ние на отклоняющих пластинах 5 равно нулю, а электронная пушка 4 и откло1155967 бняющие цластинш 5 установлены соосно относительно середины промежутка между электродами 6 и 7. Потенциалы электродов 6 и 7 равны, компаратор 10 не срабатывает, низкий уровень иапря жений .с его выхода подводится квходу "Запрет счета" реверсивного счетчика 13, при этом его состояние не изменяется независимо от тактовых импульсов, поступающих на счетный 10 вход от генератора 14. Таким образом, реверсивный счетчик 13 зафиксирован в определеннса состоянии, которому соответствует определенный уровень напряжения на выходе ЦАН 15, посту- И пакюцего на первый вход блока 16сравнения. К второму входу блока 16 сравнения прдводится опорное напряжение от источника 17, величинакоторого соответствует выходному 26 напряжению"ЦАП 15 в исходном состоянии. Напряжения на выходах блока 16 сравнения и усилитеия 18 постоянного тока, а также на отклоняющих их пластинах 5 равны нулю. Это и поддерживает 5 положение электронного луча в исходном состоянии, т.е. луч от электронной пушки 4, проходя через отклоняющие пластины 5, попадает строго в сере-, дину зазора между электродами 6 и 7. щ При воздействии факторов, вызывающих электростатическую зарядку испытуемого образца 1, например при облучении его электронами, последний приобретает отрицательный потенциал, ф который отклоняет электронный луч вверх в сторону электрода 7, При этом потенциал электрода 7 увеличивается, а потенциал электрода 6 уменьшается. Это вызывает появление высокого уровня напряжения на выходе усилителя- ограничителя 8 и низкого уровня напряжения на выходе усилителя-ограничителя 9, который преобразуется инвертором 12 в высокий уровень напря З щения. Высокие уровни напряжения, поступающие с выходов усилителя-ограничителя 8 и инвертора 12 на входы, элемента И 11, вызывают его срабатывание и появление высокого уровня напряжения на входе Сложение-вычитание" реверсивного счетчика 13, который переводится в режим "Сложе . ние", Кроме того, разность потенциалов на электродах 6 и 7 вызывает срабатывание компаратора 10 и появление на его выходе высокого уровня напряжения, поступающего на вход Запрет счета реверсивного счетчика13. Состояние счетчика 13 начинаетизменяться с частотой тактовыхимпульсов генератора 14, что вызываетувеличение напряжения на выходе ЦАП15, увеличение напряжений на выходахблока 16 сравнения и усилителя 18постоянного тока таким образом, чтоувеличивается отрицательный потенциал верхней и положительный потенциалнижней отклоняющих пластин 5. Этоприводит к отклонению электронноголуча вниз, причем до тех пор, покаэлектронный луч не установится точнов середину между электродами 6 и 7.При этом потенциалы электродов 6 и 7становятся одинаковыми, на выходекомпаратора 10 появляется низкий уровень напряжения, который поступает навход "Запрет счета" реверсивногосчетчика 13 и Фиксирует его в данномсостоянии,При увеличении отрицательногопотенциала испытуемого образца 1рроцесс повторяется,При уменьшении отрицательногопотенциала испытуемого образца 1вследствие саморазряда или уменьшения интенсивности потока заряженныхчастиц электронный луч отклоняетсявниз и попадает полностью или частично на электрод 6, При этом потенциалэлектрода 6 резко возрастает, а потенциал электрода 7 уменьшается нлистановится равным нулю. Это вызываетпоявление высокого уровня напряженияна выходе усилителя-ограничителя 9низкого уровня напряжений на выходеусилителя-ограничителя 8 н соответственно низкого уровня на выходе элементаИ 11 и входе "Сложение-вычитание"реверсивного- счетчика 13, которыйпереводится в реж".ч Вычитание",Кроме того, разность потенциалов наэлектродах 6 и 7 вызывает срабатывание компаратора 10 и появление наего выходе высокого уровня напряжения, поступающего на вход "Запретсчета" реверсивного счетчика 13,Состояние счетчика 13 изменяется с,частотой тактовых импульсов генератора 14, что вызывает уменьшение напряжения на выходе 11 АП 15, уменьшение напряжения на выходах блока 16 сравнения н усилителя 18 постоянного тока таким образом, что уменьшается отрицательный потенциал верхней и положительный потенциал нижнейотклоняющих пластин 5. Это приводит к отклонению электронного луча вверх, причем до тех пор, пока электронный луч не установится точно в середину между электродами 6 и 7, 5Аналоговой мерой величины измеренного электростатического потенциала, накопленного испытуемым образцом 1, являются выходные напряжения ЦАП 15, блока 16 сравнения и усилителя 18 1 О постоянного тока, Цифровой мерой величины электростатического потенциала являются логические уровни напряжения на разрядных выходах реверсивного счетчика 13. 13Процесс измерения положительных электростатических потенциалов, на-.л копленных испытуемым образцом 1, например, при облучении протонами протекает аналогично указанному выше, 30 но полярность напряжений на выходах блока 16 сравнения, усилителя 18 постоянного тока н отклоняющих пластинах 5 будет противоположной полярности в случае измерения отрицатель- йэ ных электростатических потенциалов,В зависимости от диапазона прогнозируемых электростатических потенциалов, до которых может заряжатьсяиспытуемый образец 1, выбирается,величина опорного напряжения источника 17,В предлагаемом устройстве по сравнению с известными существенно повышена достоверность результатов испытания, так как измерение электростатических потенциалов производитсянепосредственно во время воздействияфакторов, вызывающих электростатическую зарядку. При этом достигаетсяоднозначное отображение измеряемогопотенциала выходным напряжениемнезависимо от материала образца,Кроме того, предлагаемое устройство характеризуется высокой надежностью работы, поскольку оно позволяет полностью отказаться от использования электромеханических узлов и деталей,Наличие одновременно аналоговой и цифровой информации о результатах испытания обеспечивает удобную стыковку предлагаемого устройства с электронно-вычислительными машинами и воэможность автоматизированной обработки результатов испытания.1155967 Корою Коррек едактор Ю Подписное ЗаказТираж 7 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж, Раушская наб д. А/5 Жатент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 милна Составителч Техред А.Ки