Способ определения толщины диэлектрического покрытия

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники. Задачей изобретения является упрощение процедуры измерения толщины диэлектрического покрытия. Поставленная задача решается тем, что, используя электромагнитные волны для зондирования диэлектрического покрытия и приема отраженных от границы раздела сред «воздух-диэлектрическое покрытие» волн, зондирование контролируемого покрытия осуществляют под острым углом, дополнительно принимают отраженные от границы раздела сред «диэлектрическое покрытие-металлическая основа» волны, фиксируют максимум интенсивности отраженных от указанных границ раздела «воздух-диэлектрическое покрытие» и «диэлектрическое покрытие-металлическая основа» волн путем варьирования острого угла падения зондирующей волны и угла приема отраженных волн, а в момент достижения этого максимума интенсивности толщину диэлектрического покрытия d определяют по формуле:

где n - целое положительное число, λ - длина зондирующей волны, Q - угол падения зондирующей волны. 1 ил.

 

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

Известен способ, реализуемый емкостным датчиком толщины покрытия (см. И.Чеховской. Контроль толщины эмали на кузове. «Радио» №1, 2004, стр.47), при котором о толщине покрытия эмали на кузове легкового автомобиля судят по изменению емкости двух последовательно включенных конденсаторов, соединенных с измерителем емкости.

Недостатком этого известного способа является контактность датчика с контролируемой поверхностью и погрешность измерения из-за температурных влияний на емкость конденсаторов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятый автором за прототип способ определения толщины диэлектрического слоя (см. В.А.Викторов, Б.В.Лункин, А.С.Совлуков. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов, 1989, стр.50). Этот способ, реализуемый указанным устройством, основан на зондировании диэлектрического слоя двумя сигналами с умноженной частотой одного из них и сравнении фаз отраженных от поверхности слоя сигналов с умноженной частотой одного из них. В этой разработке по выходному сигналу фазового детектора судят о толщине диэлектрического слоя.

Недостатком данного фазового способа измерения следует считать сложность определения толщины, связанную с образованием сигналов с умноженной частотой одного из них как при зондировании, так и при сравнении фаз отраженных сигналов.

Задачей заявляемого технического решения является упрощение процедуры измерения толщины диэлектрического покрытия.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения толщины диэлектрического покрытия, нанесенного на металлическую основу, использующем электромагнитные волны для зондирования диэлектрического покрытия и прием отраженных от границы раздела сред «воздух-диэлектрическое покрытие» волн, зондирование контролируемого покрытия осуществляют под острым углом, дополнительно принимают отраженные от границы раздела сред «диэлектрическое покрытие-металлическая основа» волны, фиксируют максимум интенсивности отраженных от указанных границ раздела сред «воздух-диэлектрическое покрытие» и «диэлектрическое покрытие-металлическая основа» волн и в момент достижения этого максимума интенсивности толщину диэлектрического покрытия d определяют по формуле:

где n - целое положительное число, λ - длина зондирующей волны, Q - угол падения зондирующей волны.

Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что при зондировании контролируемого диэлектрического покрытия под острым углом по максимальной величине интенсивности отраженных от границ раздела сред «воздух-диэлектрическое покрытие» и «диэлектрическое покрытие-металлическая основа» волн определяют толщину диэлектрического покрытия, нанесенного на металлическую основу.

Наличие в заявляемом способе совокупности перечисленных существующих признаков позволяет решить поставленную задачу определения толщины диэлектрического покрытия на основе фиксирования и оценки максимума интенсивности отраженных от двух границ раздела сред волн с желаемым техническим результатом, т.е. упрощением процедур образования зондирующих и сравнения отраженных сигналов.

На чертеже приведена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство, реализующее данное техническое решение, содержит микроволновой генератор электромагнитных колебаний 1, подключенную к его выходу передающую рупорную антенну 2, осуществляющую зондирование слоя диэлектрического покрытия 3, приемную рупорную антенну 4, амплитудный детектор 5, соединенный выходом со входом индикатора 6. На чертеже цифрой 7 обозначена металлическая основа.

Суть предлагаемого способа заключается в следующем. При зондировании диэлектрического покрытия, нанесенного на металлическую основу, электромагнитными волнами могут иметь место отражения волн от первой границы раздела сред «воздух-диэлектрическое покрытие» и второй границы раздела сред «диэлектрическое покрытие-металлическая основа». При этом согласно условию Брэгга-Вульфа (см. Физическая энциклопедия. М.: Советская энциклопедия, 1988, стр.231) максимумы интенсивности отраженных в данном случае волн от указанных выше двух границ раздела сред возникают только в тех направлениях, в которых отраженные от этих границ волны имеют одинаковые фазы. Это возможно, если разность хода между отраженными от двух границ раздела сред волнами, равная 2dsinQ, кратна целому числу длины волны А, т.е. когда справедливо соотношение

где d - расстояние между границами раздела двух сред, Q - угол падения (скольжения) зондирующей волны, n - целое положительное число.

Вышеприведенное рассуждение дает возможность использовать условие Брэгга-Вульфа для определения толщины диэлектрического покрытия при его зондировании электромагнитными колебаниями. В соответствии с этим в рассматриваемом случае с определенной точностью можно принимать расстояние d за толщину диэлектрического покрытия. Тогда решение уравнения (1) по d позволит вычислить толщину d по выражению, соответствующему максимуму интенсивности отраженных от двух границ раздела сред волн:

Из полученного выражения видно, что при известных значениях n, λ и Q можно определить толщину диэлектрического покрытия.

Из анализа соотношения (1) вытекает, что изменение d (толщины диэлектрического покрытия) нарушает справедливость этого соотношения, т.е. обуславливает уменьшение интенсивности отраженных волн. Поэтому необходимо следить за максимумом интенсивности при изменении толщины диэлектрического покрытия.

В рассматриваемом случае наиболее эффективным по обеспечению максимума интенсивности отраженных волн при изменении толщины d может оказаться параметр Q.

Проиллюстрируем поведение d на числовом примере, например, при двух значениях угла Q=10° и Q=80° (значения острого угла). Пусть λ=8 мм и n=1. Тогда при Q=10° d=23 мм, а при Q=80° d=4 мм. Отсюда следует, что увеличение толщины диэлектрического покрытия сопряжено с уменьшением острого угла и наоборот. Следовательно, при изменении толщины d варьированием острого угла падения зондирующей волны и угла приема отраженных волн можно обеспечить слежение за максимумом интенсивности отраженных волн. Таким образом, при достижении максимума интенсивности отраженных волн по формуле (2) можно определить толщину данного покрытия.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом. Электромагнитные волны с выхода микроволнового генератора электромагнитных колебаний 1 поступают в передающую рупорную антенну 2 с возможностью изменения угла падения зондирующей волны. После этого электромагнитные волны под острым углом направляются в сторону диэлектрического покрытия 3, нанесенного на металлическую основу 7. Отраженные волны от первой границы раздела сред «воздух-диэлектрическое покрытие» и второй границы раздела сред «диэлектрическое покрытие-металлическая основа» улавливаются приемной рупорной антенной 4 с возможностью изменения угла приема волн. Далее результирующий сигнал отраженных от двух границ раздела сред волн с приемной антенны поступает на вход амплитудного детектора 5. Здесь возникает продетектированный сигнал в зависимости от фазовых соотношений указанных выше отраженных волн. При совпадении фаз отраженных от двух границ раздела сред волн на выходе амплитудного детектора формируется максимум интенсивности этих отраженных волн, который после отображения в индикаторе 6 используется для вычисления толщины диэлектрического покрытия.

Таким образом, согласно предлагаемому способу на основе фиксирования и оценки максимума интенсивности отраженных волн от двух границ раздела сред можно обеспечить упрощение процедуры измерения толщины диэлектрического покрытия, нанесенного на металлическую основу.

Способ определения толщины диэлектрического покрытия, нанесенного на металлическую основу, при котором зондируют диэлектрическое покрытие электромагнитными волнами и принимают отраженные от границы раздела сред «воздух - диэлектрическое покрытие» волны, отличающийся тем, что зондирование контролируемого покрытия осуществляют под острым углом к нему, дополнительно принимают отраженные от границы раздела сред «диэлектрическое покрытие - металлическая основа» волны, фиксируют максимум интенсивности отраженных от указанных границ раздела сред «воздух - диэлектрическое покрытие» и «диэлектрическое покрытие - металлическая основа» волн путем варьирования острого угла падения зондирующей волны и угла приема отраженных волн и в момент достижения этого максимума интенсивности толщину диэлектрического покрытия d определяют по формуле

где n - целое положительное число, λ - длина зондирующей волны, Q - угол падения зондирующей волны.



 

Похожие патенты:

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

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности, к рентгеновским средствам измерения толщины холодного и горячего проката, как правило, металлической ленты в металлургической промышленности, для использования в различных отраслях машиностроения, энергетики, судостроения, магистральных трубопроводах и других отраслях.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к контрольно-поверочным устройствам рентгеновских толщиномеров, предназначенным для неразрушающего контроля промышленных изделий, и может быть использовано при измерении толщин листового проката из черных и цветных металлов.

Изобретение относится к области технологии тонких пленок и многослойных наноструктур. .

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и предназначено для контроля за нарастанием слоя десублимата гексафторида урана и профилем его распределения на поверхности десублимации и может быть использовано в производстве гексафторида урана и в исследовательских целях.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве бортового измерителя толщины слоя нефти на поверхности воды. .

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности к рентгеновскому методу измерения параметров (толщины, геометрии, химического состава, структуры материала) металлического контролируемого изделия, и может быть использовано при контроле листового проката, трубопроводов, агрегатов сложной геометрии и других изделий при их производстве и эксплуатации.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности к рентгеновскому методу измерения параметров (толщины, геометрии, химического состава, структуры материала) металлического контролируемого изделия, и может быть использовано при контроле листового проката, трубопроводов, агрегатов сложной геометрии и других изделий при их производстве и эксплуатации.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности к рентгеновским устройствам измерения толщины проката и химического состава его материала из металлического сплава, и может быть использовано при контроле листового, трубного и другого проката непосредственно на станах холодной и горячей прокатки в динамике.

Изобретение относится к способам управления процессами сублимации-десублимации и может использоваться в химической промышленности, в сублимационной технологии радиоактивных веществ.

Изобретение относится к измерительной технике

Изобретение относится к медицине, а именно к лучевой диагностике состояния костной ткани, и может быть использовано при определении таких заболеваний, как остеопороз и остеопатия
Изобретение относится к технике определения толщины морских льдов

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для определения состояния поверхности дорожного полотна, на котором возможно образование слоя воды, снега или льда

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве переносного дистанционного измерителя толщины слоя нефти на поверхности воды

Изобретение относится к способу измерения в режиме реального времени толщины пленки не содержащего хром покрытия на поверхности полосовой стали. Способ характеризуется тем, что включает следующие стадии: стадия 1: выбирают два растворимых в воде химических вещества, которые содержат элементы P, Ca, Ti, Ba или Sr и не вступают в реакцию с жидкостью для нанесения не содержащего хром покрытия; стадия 2: добавляют два растворимых в воде химических вещества, выбранные на стадии 1, в жидкость для нанесения не содержащего хром покрытия и перемешивают их до гомогенности, после чего изготавливают эталонный образец пленки покрытия; стадия 3: используют излучение, испускаемое прибором определения в автономном режиме толщины пленки, для возбуждения двух растворимых в воде химических веществ для получения характеристических спектров двух растворимых в воде химических веществ и, тем самым, определения толщины пленки покрытия эталонного образца; толщину пленки покрытия, определенную при использовании растворимого в воде химического вещества, которое обладает интенсивным характеристическим спектром, принимают за фактическую толщину пленки, в то время как толщину пленки покрытия, определенную при использовании растворимого в воде химического вещества, которое обладает слабым характеристическим спектром, принимают за измеренную толщину пленки, разницу между фактической толщиной пленки и измеренной толщиной пленки принимают за величину коррекции толщины; многократно проводят операции получения величин коррекции толщины, соответствующие измеренным толщинам пленки, в результате аппроксимации величин коррекции толщины и измеренной толщины пленки получают выражение корреляционной функции между измеренной толщиной пленки и величиной коррекции толщины; стадия 4: добавляют в жидкость для нанесения не содержащего хром покрытия растворимого в воде химического вещества, которое обладает слабым характеристическим спектром, и используют излучение, испускаемое прибором определения в режиме реального времени толщины пленки покрытия, для возбуждения вещества и для получения, таким образом, измеренной толщины пленки, после чего используют выражение корреляционной функции для получения величины коррекции толщины, и, в заключение, исходя из измеренной толщины пленки и величины коррекции толщины получают фактическую толщину пленки покрытия. В результате определения в режиме реального времени изобретение способно обеспечивать эффективное отслеживание толщины пленки и непрерывную оптимизацию процесса нанесения покрытия; с высокой точностью и без какого-либо неблагоприятного воздействия на адгезионные свойства, коррозионную стойкость и экологические характеристики пленки покрытия. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил.

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для определения толщины морских льдов, ледовой разведки, а также для радиозондирования ледников. Технический результат состоит в повышении точности измерения толщины льда. В заявленном изобретении определяют дисперсионные свойства среды по результатам измерения частотной зависимости времени задержки τз сигнала. Для измерения толщины льда с неизвестными параметрами определяют групповую скорость электромагнитной волны в толщине льда, для чего одновременно зондируют лед короткоимпульсным сигналом посредством широкодиапазонной антенны и второй узкополосной антенной, центральная частота которой ниже нижней частоты рабочего диапазона широкодиапазонной антенны, принимают отраженные сигналы посредством многоканального многочастотного селективного приемника отраженных сигналов в виде массива измерений, в каждом канале которого определяют задержку времени Δτз=τв-τн между временем τв приема отраженного сигнала от верхней кромки льда и временем τн приема отраженного сигнала. По частотной дисперсионной характеристике задержки времени определяют групповую скорость электромагнитной волны в толщине льда Vгр, электрическую проводимость льда σ, относительную диэлектрическую проницаемость льда ε, по результатам измерений групповой скорости электромагнитной волны определяют толщину льда. 3 ил.

Изобретение относится к устройству для детектирования толщины и плоскостности пластин и полос в области применения ядерных технологий. Устройство включает C-образную раму, два источника излучения, установленные на верхнем плече C-образной рамы и расположенные с некоторым интервалом в направлении ширины стальной пластины/полосы, два ряда матриц детекторов - газонаполненных ионизационных камер, установленных на нижнем плече С-образной рамы и расположенных с некоторым интервалом в направлении движения пластины/полосы, коллиматоры, установленные ниже двух источников излучения, причем коллиматоры позволяют излучению от каждого источника облучать только соответствующий ряд детекторов, модули предварительных усилителей, соединенные с матрицами детекторов, устройство сбора данных, соединенное с модулями предварительных усилителей, компьютер для обработки и отображения данных, соединенный с устройством сбора данных, и систему подачи охлаждающей воды и сжатого воздуха, и систему управления для обеспечения эксплуатации и контроля системы. Технический результат - увеличение точности динамических измерений, а также детекторы имеют невысокий дрейф температуры и стойкость к излучению. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного и дистанционного определения толщины плоских диэлектрических материалов. Бесконтактное радиоволновое устройство для измерения толщины диэлектрических материалов содержит первый СВЧ-генератор, делитель мощности, первый и второй умножители частоты, антенны для излучения электромагнитных волн в сторону поверхности диэлектрической пластины по нормали к ней и приема отраженных волн, смеситель, вычислительный блок, соединенный с выходом смесителя. Устройство дополнительно содержит второй СВЧ-генератор, переключатель, первый циркулятор, первый вывод которого соединен с первым выводом делителя мощности, второй вывод соединен с первой антенной, третий вывод соединен через второй умножитель частоты с первым входом смесителя, второй циркулятор, первый вывод которого соединен со вторым выводом делителя мощности через первый умножитель частоты, второй вывод соединен со второй антенной, третий вывод соединен со вторым входом смесителя, при этом первый и второй СВЧ-генераторы соединены с первым и вторым входами переключателя, управляющий вход переключателя соединен с вычислительным блоком, а его выход соединен с входом делителя мощности. Технический результат заключается в повышении точности измерения. 1 ил.

Изобретение относится к технике радиометрических измерений при обращении с радиоактивными веществами. Способ определения толщины солевого отложения, загрязненного радионуклидами природного происхождения, на внутренних поверхностях трубопроводов нефтегазодобывающих морских платформ, при котором определяют калибровочную зависимость коэффициента пропускания гамма-квантов от толщины солевого отложения в лабораторных условиях по заранее отобранным образцам трубопроводов разных моделей с солевыми отложениями разной толщины, измеряют скорость счета импульсов от фонового гамма-излучения на образце трубопровода без солевого отложения, измеряют скорости счета импульсов суммарного фонового гамма-излучения и гамма-излучения источника, определяют скорость счета импульсов от гамма-квантов источника, прошедших через образец трубопровода, измеряют скорости счета импульсов суммарного фонового гамма-излучения и гамма-излучения источника, определяют скорость счета импульсов от гамма-квантов источника, прошедших через исследуемый участок трубопровода, определяют коэффициент пропускания гамма-излучения исследуемого участка трубопровода, определяют толщину солевого отложения на исследуемом участке трубопровода по величине его коэффициента пропускания гамма-излучения и полученной калибровочной зависимости. Технический результат - повышение точности определения толщины солевого отложения на внутренней поверхности трубопровода, обеспечение контроля состояния трубопровода без отбора проб и без остановки технологического процесса добычи нефти, обеспечение возможности применения способа для нерадиоактивного солевого отложения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

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

Наверх