Способ и устройство для измерения диэлектрической проницаемости веществ

 

1. Способ измерения диэлектри-. ческой проницаемости веществ, заключающийся в том, что исследуемое вещество облучают поляризованным электромагнитным излучением, разделяют провзаимодействовавшее излучение на ортогональные составляющие и измеряют эллипсометрические параметры, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерений, облучают исследуемый материал двумя поляризованными электромагнитными волнами различной частоты, разделяют каждую волну на ортогональные составляющие до взаимодействия с исследуемым материалом, одну из составляющих каждой из волн пропускают через исследуемый материал, смешивают обе составляющие каждой из волн, измеряют величину эллиптичности каждой волны и находят разность между их эллиптичностью , по которой и судят о диэлектрической проницаемости. 2. Устройство для измерения диэлектрической проницаемости веществi содержащее измерительный канал, состоящий из генератора электромагнитного излучения, к выходу которого подсоединен поляризатор, и последовательно соединенных анализатора, приемника излучения и регистрирующего -блока, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений , на оптической оси между поляризатором и анализатором установлены два делителя луча, между которыми размещен контролируемый образец, в устройство введены два о последовательно установленных уголковых поворота, причем вход первоW го уголкового поворота соединен с вторым плечом первого делителя луча , а выход второго уголкового поворота - с вторым плечом второго делителя луча, второй измерительный канал , состоящий из последовательно соединенных генератора электромаг05 нитного излучения, поляризатора, СП первого делителя луча, фазовращателя , второго делителя луча, аналисо затора, приемника излучения, регистСП рирующего блока, дифференциального усилителя и блока индикации, причем вторые плечи первого и второго делителей луча второго измерительного канала соединены соответственно с четвертыми плечами первого и второго делителей луча первого измерительного канала, а второй вход дифференциального усилителя соединен с выходом регистрирующего блока первого измерительного канала .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН. (5 ) G 01 Е 27

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

fl0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ,(21) 3623785/24-21 .(22) f9.07.83 (46) 15.07.85. Бюл. Ф 26 (72) С.А. Тиханович и В.А. Конев,, (71) Институт прикладной физики

АН БССР (53) 621.317.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 41S614, кл. С 01 R 27/26, 1971.

Известия ВУЗов СССР "Радиоэлектроника", 1976, т. 19, N - 2, е. 78-82.

"Дефектоскопия", 1980, И - 6, с. 104106. (54} СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

ПРОНИПАЕМОСТИ ВЕЩЕСТВ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ измерения диэлектрической проницаемости веществ, заклю. чающийся в том, что исследуемое вещество облучают поляризованным электромагнитным излучением, разделяют провзаимодействовавшее излучение на ортогональные составляющие и измеряют эллипсометрические параметры, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений, облучают исследуемый материал двумя поляризованными электромагнитными волнами различной частоты, разделяют каждую волну на ортогональные составляющие до взаимодействия с исследуемым материалом, одну из составляющих каждой из волн пропускают через исследуемый материал, смешивают обе составляющие каждой из волн, измеряют величину эллиптичности каждой волны и находят разность между их эллиптичностью, по которой и судят о ди-. электрической проницаемости.

„„Я0„„1167535 Д

2. Устройство для измерения диэлектрической проницаемости веществ, содержащее измерительный канал, состоящий из генератора электромагнитного излучения, к выходу которого подсоединен поляризатор, и последова" тельно соединенных анализатора, приемника излучения и регистрирующего

-блока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, на оптической оси между поляризатором и анализатором установлены два делителя луча, между которыми размещен контролируемый образец, в устройство введены два последовательно установленных уголковых поворота, причем вход первого уголк эвого поворота соединен с вторым плечом первого делителя луча, а выход второго уголкового поворота — с вторым плечом второго делителя луча, второй измерительный канал, состоящий из последовательно соединенных генератора электромагнитного излучения, поляризатора, первого делителя луча, фазовращателя, второго делителя луча, анализатора, приемника излучения, регистрирующего блока, дифференциального усилителя и блока индикации, причем вторые плечи первого и второго делителей луча второго измерительного канала соединены соответственно с

\ четвертыми плечами первого и второго делителей луча первого измерительного канала, а второй вход дифференциального усилителя соединен с выходом регистрирующего блока первого измерительного канала.

1167535

Изобрегение относится к измерительной технике и может быть использовано в электронной, радйотехнической и авиационной промышленности для измерения диэлектрической проницае- 5 мости веществ.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На чертеже изображена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство состоит из первого измерительного канала, содержащего геиератор 1 электромагнитного излучения, поляризатор 2, первый дели- 15 тель 3 луча на ортогональные составляющие, первого 4 и второго 5 уголковых поворотов, контролируемого образца 6, причем первый измерительный канал содержит также второй делитель 20

7 луча, анализатор 8, приемник 9 излучения и регистрирующий блок 10; второго измерительного канала, содержащего последовательно соединенные генератор 11 электромагнитного излу- 25 чения, поляризатор 12 первый делитель

13 луча, фазовращатель. 14, второй делитель 15 луча, анализатор 16, приемник 17, регистрирующий блок 18, дифференциальный усилитель 19 и блок 30

20 индикации, Способ осуществляется следующим обоазом.

Линейно поляризованное излучение от генератора 1 частотой Е„ направ- 35 ляют в делитель 3 луча на две ортогональные составляющие. В частности, для выделения волны на ортогональные составляющие используется одномерная поляризующая проволочная ре 40 шетка, установленная в делителе луча под углом 45 к оси распространения волны, а направления проволочек рео шетки установлены под углом 45 к плоскости поляризации электромагнит- 5 ной волны генератора 1. Поляризующая проволочная решетка делит электро магнитную волну на ортогональные ,составляющие, одна из которых с азимутом, параллельным направлению про- 5О волочек решетки, отражается и попадает в опорный канал, а вторая составляющая — перпендикулярная первой— проходит через решетку и взаимодействует с контролируемым образцом..

Затем эти составляющие, опорную и прошедшую через образец, снова смешивают с помощью поляризующей проволочной решетки, идентичной первой, установленной во втором делителе луча 7, в одном канале, где и определяют эллиптичность результирующей волны

Линейно поляризованное излучение от генератора 11 частотой f направляют в делитель 13 луча на две ортогональные составляющие. Делитель 13 луча работает идентично делителю 3 луча. Поляризующая проволочная решетка делителя 13 луча делит электромагнитную волну на ортогональные составляющие, одна иэ которых с азимутом, параллельным направлению проволочек решетки, отра-, жается и попадает в делитель 3 луча и, отразившись от поляризующей решетки делителя 3 луча, проходит через контролируемый образец 6. Прошедшая (провзаимодействовавшая) через контролируемьпЪ образец 6 составляющая электромагнитной волны отражается от поляризующей решетки делителя 7 луча.и попадает в делитель 15 луча. Вторая составляющая электромагнитной волны от генератора 11, служащая в качестве второй опоркой волны, проходит через фазовращатель 14 и смешивается с провзаимодействовавшей составляющей с помощью поляризующей решетки делителя луча 15 в одном канале, где и определяют эллиптичность результирующей волны. Сигналы с регистрирующих блоков 18 и 10, пропорциональные эллиптичности каждой из двух

СВЧ-волн, поступают соответственно на первый и второй входы дифференциального усилителя 19, где разностный сигнал усиливается и поступа-. ет на блок 20 индикации.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом.

Амплитудно-модулированная волна от генератора 1 электромагнитного излучения частотой f ïðîõîäèò через поляризатор 2, после которого становится линейно поляризованной и попадает в делитель 3 луча на две ортогональные составляющие. В делителе 3 луча установлена под углом

45 к оси распространения волны одномерная поляризационная проволочная решетка, причем направления проволочек решетки установлены под о углом 45 к плоскости поляризации з 1167535 электромагнитной волны. Составляю- н щая электромагнитной волны, парал- л лельная направлению проволочек ре- н шетки делителя 3 луча, отражается ш и попадает в опорный канал, а сос. тавляющая, перпендикулярная направ- а лению проволочек, проходит через ре- п шетку и взаимодействует с контролируемым образцом 6. Прошедшая (про- р взаимодействовавшая) через контроли- 1п р руемый образец 6 составляющая про- д ходит через решетку, установленную п подобно решетке первого делителя в

3 луча, но уже под углом 135 к оси н распространения волны, а опорная сос- 1g ч тавляющая, отразившись от металли- г ческих уголковых поворотов 4 и 5 и т решетки делителя 7 луча, смешивается и в одном канале с провзаимодействовавшей составляющей. Вращая анализатор 2б ч

8, который одновременно поворачивает и приемник 9 излучения, выделяют и ортогональные составляющие, соответствующие малой и большой полуосям о эллипса поляризации и определяют отношение их амплитуд с помощью регистрйрующего блока 10. Сигнал с регистрирующего блока 10 поступает на вто- п . рой вход дифференциального усилителя 19.

Амплитудно-модулированная волна от генератора 11 электромагнитного излучения частотой f проходит через поляризатор 12, после которого становится линейно поляризованной и попадает в делитель 13 луча. Устройствр и работа делителя 13 луча идентич4

ы устройству и работа делителя 3 уча. Однако в этом случае ортогональая составляющая СВЧ-волны отразиваяся от поляризующей решетки делиеля 13, попадает не в опорный канал, в делитель 3 луча. Отразившись от оляризующей решетки делителя 3, эта оставляющая проходит через контролиуемый образец 6, отражается от поляизующей решетки делителя 7 луча на ве ортогональные составляющие и поадает в делитель 15 луча. Устройсто и работа. делителя 15 луча идентичы устройству и работе делителя 7 луа. Прошедшая через делитель 13 ортоональная составляющая СВЧ-волны часотой f, попацает в фазовращатель 14 далее в делитель 15 луча на две ртогональные составляющие, пройдя ерез который смешивается в одном анале с ортогональной составляющей, рошедшей через контролируемый обраец. Вращая анализатор 16, который дновременно поворачивает и приемик 17 излучения, выделяют ортогоальные составляющие,.соответствующие малой и большой полуосям эллипса оляризации и определяют отношение х амплитуд с помощью регистрирующего блока 18. Сигнал с регистрирующего блока 18 поступает на первый

Ъход дифференциального усилителя 19.

Усиленный разностный сигнал отображается блоком 20.

Перед началом работы настраивают устройство без контролируемого-материала фазовращателем 14 по минималь.ному значению сигнала блока 20.

Составитель В. Стукан

Редактор И. Рыбченко Техред Ж.Кастелевич Корректор И Зрдейи

/ М

Заказ 4432/44 Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4