Способ определения толщины диэлектрического покрытия

Изобретение относится к области измерительной техники. Заявленный способ основан на измерении времени запаздывания между зондирующим поверхность покрытия и прошедшим через диэлектрическое покрытие и диэлектрическое основание проникающим сигналами и времени запаздывания между зондирующим и отраженным от поверхности покрытия сигналами и вычитании этих времен запаздывания. Техническим результатом изобретения является упрощение процедуры получения информативного сигнала о толщине покрытия. 1 ил.

 

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

Известен способ, реализующий импульсный метод измерения толщины покрытия (см. В.А.Викторов, Б.В.Лункин. А.С.Совлуков. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов, 1998, стр.55-56), в котором по величине интервала времени между максимумами огибающих радиоимпульсов, отраженных от границы слоя, судят о толщине покрытия.

Недостатком этого известного способа является сложность выполнения условия полного разрешения отраженных от границы слоя сигналов в зависимости от изменения толщины контролируемого покрытия.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятый автором за прототип способ определения толщины слоя, реализующий геометрический метод измерения толщины в режимах на отражение и на прохождение электромагнитного луча (см. В.А.Викторов, Б.В.Лункин, А.С.Совлуков. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов, 1998, стр.51-52). В устройстве, реализующем указанный способ, по величине расстояния между лучом, отраженным от передней поверхности слоя или прошедшим через нее, и лучом, отраженным от задней поверхности слоя или прошедшим через нее, определяют толщину слоя.

Недостатком данного геометрического способа следует считать сложность разделения отраженных от передней поверхности и от задней поверхности слоя сигналов или прошедших через них. Задачей заявляемого технического решения является упрощение процедуры получения информативного сигнала о толщине контролируемого диэлектрического покрытия.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения толщины диэлектрического покрытия, нанесенного на диэлектрическое основание, предусматривающем зондирование диэлектрического покрытия электромагнитным сигналом приемопередающей антенны и прием прошедшего через диэлектрическое покрытие и диэлектрическое основание проникающего сигнала приемной антенны, улавливают отраженный от зондируемой поверхности контролируемого покрытия сигнал приемопередающей антенной, измеряют время запаздывания между зондирующим и проникающим сигналами и время запаздывания между зондирующим и отраженным сигналами, вычисляют разность этих измеренных времен запаздывания и толщину диэлектрического покрытия d_п определяют по формуле

где с - скорость распространения электромагнитного сигнала в воздухе; Δτ - разность времен запаздывания сигналов; x₁ - расстояние между приемопередающей антенной и обращенной к ней поверхностью диэлектрического основания; d_o - толщина диэлектрического основания; х₂ - расстояние между приемной антенной и обращенной к ней поверхностью диэлектрического основания.

Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что при зондировании поверхности контролируемого диэлектрического покрытия электромагнитным сигналом, по разности измеренных времен запаздывания между зондирующим и прошедшим через диэлектрическое покрытие и диэлектрическое основание проникающим сигналами и между зондирующим и отраженным от поверхности диэлектрического покрытия сигналами определяют толщину диэлектрического покрытия.

Наличие в заявляемом способе совокупности перечисленных существующих признаков позволяет решить поставленную задачу определения толщины диэлектрического покрытия на основе изменения времени запаздывания между зондирующим и проникающим сигналами и между зондирующим и отраженным сигналами с желаемым техническим результатом, т.е. упрощением процедуры получения информативного о толщине сигнала.

На чертеже приведена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство, реализующее данное техническое решение, содержит микроволновой генератор 1, соединенный с первым плечом тройника 2, подключенный со вторым плечом к первому входу измерителя времени запаздывания между зондирующим и отраженным сигналами 3, соединенный вторым входом с третьим плечом циркулятора 4, подключенный вторым плечом к приемопередающей антенне 5, излучающую в сторону поверхности диэлектрического покрытия 6, нанесенного на диэлектрическое основание 7, вычислитель разности времен запаздывания 8, соединенный вторым входом с выходом измерителя времени запаздывания между зондирующим и проникающим сигналами 9, подключенный вторым входом к приемной антенне 10.

Суть предлагаемого способа заключается в зондировании поверхности диэлектрического покрытия электромагнитной волной, измерении времени запаздывания между зондирующим и отраженным от поверхности покрытия сигналами и времени запаздывания между зондирующим и прошедшим через диэлектрическое покрытие и диэлектрическое основание проникающим сигналами и определении толщины покрытия по разности измеренных указанных времен запаздывания.

При зондировании диэлектрического покрытия, нанесенного на диэлектрическое основание, электромагнитным сигналом фиксированной частоты, излучаемым приемопередающей антенной, для времени запаздывания τ₁ между зондирующим поверхность диэлектрического покрытия и отраженным от нее сигналами можно записать

где x₁ - расстояние между приемопередающей антенной и обращенной к ней поверхностью диэлектрического основания; d_п - толщина диэлектрического покрытия; с - скорость распространения электромагнитной волны в воздухе.

Одновременно с этим в рассматриваемом случае ввиду того, что изменение толщины диэлектрического покрытия не влияет на величину пути пройденного волной от приемопередающей антенны до диэлектрического основания, то для времени запаздывания τ₂ между зондирующим поверхность диэлектрического покрытия сигналом и прошедшим через диэлектрическое покрытие и диэлектрическое основание приникающим сигналом, улавливаемым приемной антенной, можно записать

где d_o - толщина диэлектрического основания; х₂ - расстояние между приемной антенной и обращенной к ней поверхностью диэлектрического основания.

При выходе указанных выше формул принималось, что свойства диэлектрического покрытия и диэлектрического основания по отражению и поглощению одинаковы и их поглощающие свойства близки к поглощающим свойствам воздуха.

При условии τ₂>τ₁ для разности Δτ указанных выше времен запаздывания можно написать

Отсюда для толщины покрытия получаем:

Из последней формулы вытекает, что паи известных значениях с, x₁, d_о и х₂ путем вычисления Δτ можно определить толщину диэлектрического покрытия, нанесенного на диэлектрическое основание.

Для этого в устройстве, реализующем предлагаемый способ, сначала электромагнитные волны, генерируемые генератором 1, поступают в тройник 2, где подведенный электромагнитный сигнал делится поровну между вторым и третьим плечами. Сигнал с третьего плеча тройника поступает в первое плечо циркулятора 4 и далее в приемопередающую антенну 5. После этого электромагнитный сигнал направляется в сторону диэлектрического покрытия 6, нанесенного на диэлектрическое основание 7. Отраженный от поверхности диэлектрического покрытия сигнал улавливается приемопередающей антенной и далее через циркулятор (согласно принципу действия циркулятора) поступает на второй вход измерителя времени запаздывания между зондирующим и отраженным сигналами 3, на первый вход которого поступает сигнал со второго плеча тройника. В этом измерителе в силу поступления на его входы одновременно зондирующего и отраженного сигналов можно определить время запаздывания τ₁ между ними.

Согласно предлагаемому техническому решению прошедший через диэлектрическое покрытие и диэлектрическое основание проникающий сигнал принимается приемной антенной 10, и далее он переносится на второй вход измерителя времени запаздывания между отраженным и проникающим сигналами 9. Так как на первый вход измерителя 9 поступает часть зондирующего сигнала со второго плеча тройника, то в результате этого с помощью данного измерителя времени запаздывания можно определить величину τ₂.

Выходные сигналы измерителей 3 и 9, соответствующие временам запаздывания τ₁ и τ₂, поступают на соответствующие входы вычислителя разности времени запаздывания 8, который дает возможность вычислить величину разности Δτ, связанной с толщиной диэлектрического покрытия, нанесенного на диэлектрическое основание.

Таким образом, получение информативного сигнала о толщине диэлектрического покрытия на основе предлагаемого способа, связанное с измерением времени запаздывания между зондирующим и отраженным сигналами и времени запаздывания между зондирующим и прошедшим через диэлектрическое покрытие и диэлектрическое основание проникающим сигналами и их вычитанием, можно считать несложной процедурой.

Способ определения толщины диэлектрического покрытия, нанесенного на диэлектрическое основание, при котором зондируют диэлектрическое покрытие электромагнитным сигналом приемопередающей антенны и принимают прошедший через диэлектрическое покрытие и диэлектрическое основание проникающий сигнал приемной антенной, отличающийся тем, что улавливают отраженный от зондируемой поверхности контролируемого покрытия сигнал приемопередающей антенной, измеряют время запаздывания между зондирующим и проникающим сигналами и время запаздывания между зондирующим и отраженным сигналами, вычисляют разность этих измеренных времен запаздывания и толщину диэлектрического покрытия d_п определяют по формуле

где с - скорость распространения электромагнитной волны в воздухе; Δτ - разность времен запаздывания сигналов; x₁ - расстояние между приемопередающей антенной и обращенной к ней поверхностью диэлектрического основания; d_o - толщина диэлектрического основания; х₂ -расстояние между приемной антенной и обращенной к ней поверхностью диэлектрического основания.