Способ определения толщины металлического покрытия

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к способу определения толщины металлического покрытия, нанесенного на диэлектрическую основу, при котором зондируют металлическое покрытие электромагнитным сигналом излучателя. Повышение точности измерения толщины металлического покрытия является техническим результатом изобретения. Способ основан на измерении и преобразовании результирующей интенсивности двух интерференционных волн электромагнитных сигналов отражения и излучателя с последующим вычислением толщины с использованием математической формулы. 1 ил.

 

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

Известен способ, реализуемый волноводным толщиномером (см. В.А.Викторов и др. «Радиоволновые измерения параметров технологических процессов». 1989 г., стр.46), в котором о толщине листа судят по характеристикам (амплитуде) распространения электромагнитных волн в волноводах, в поле которых находится контролируемый лист.

Недостатком этого известного способа является сложность в конструкции волноводного датчика и в преобразовании информационного сигнала.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятый автором за прототип способ определения толщины диэлектрического материала (см. патент РФ №2240504, 2004 г.). В устройстве, реализующем указанный способ, зондируют контролируемый материал, расположенный на диэлектрическом основании, электромагнитным сигналом излучателя. Улавливают отраженные от поверхностей материала и диэлектрического основания сигналы приемником. С выхода приемника суммарный сигнал, связанный с отражающими свойствами контролируемого материала и диэлектрического основания, а также расстоянием между поверхностью диэлектрического материала и излучателем (приемником), переносится в индикатор. В этом блоке путем преобразования энергетических освещенностей, создаваемых излучениями, отраженными от поверхностей контролируемого диэлектрического материала и диэлектрического основания, определяют толщину покрытия контролируемого материала.

Недостатком данного способа следует считать погрешность, обусловленную изменением энергетической освещенности, создаваемой излучением, отраженным от поверхности диэлектрического основания при изменении его электрофизических параметров. Задачей заявляемого технического решения является повышение точности измерения толщины металлического покрытия.

Поставленная задача решается тем, что в способе определение толщины металлического покрытия, нанесенного на диэлектрическую основу, использующем результирующую интенсивность 1 рез улавливаемых приемником электромагнитных сигналов излучателя и отраженного от поверхности покрытия при его зондировании электромагнитным сигналом излучателя, толщину металлического покрытия 6 определяют из формулы:

где I₁ - интенсивность электромагнитного сигнала излучателя, I₂ - интенсивность отраженного от поверхности металлического покрытия электромагнитного сигнала, λ - длина волны электромагнитного сигнала, γ - коэффициент когерентности, H - высота от диэлектрической основы до излучателя и приемника, l - расстояние между излучателем и приемником.

Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что при зондировании контролируемого металлического покрытия, нанесенного на диэлектрическую основу, по измерению результирующей освещенности электромагнитного сигнала излучателя и отраженного от поверхности металлического покрытия электромагнитного сигнала определяют толщину покрытия.

Наличие в заявленном способе совокупности перечисленных существующих признаков позволяет решить поставленную задачу определения толщины металлического покрытия на основе использования результирующей интенсивности электромагнитного сигнала излучателя и отраженного от поверхности контролируемой среды электромагнитного сигнала с желаемым техническим результатом, т.е. высокой точностью измерения.

Устройство (см. чертеж), реализующее данное техническое решение, содержит генератор электромагнитных сигналов 1, излучатель 2, приемник 3, детектор 4 и измеритель-индикатор 5 для регистрации величины толщины металлического покрытия 6, нанесенного на диэлектрическую основу 7.

Суть предлагаемого способа заключается в определении толщины металлического покрытия путем измерения и преобразования электромагнитных сигналов излучателя и отраженного от поверхности металлического покрытия, нанесенного на диэлектрическую основу. При зондировании металлического покрытия электромагнитным сигналом излучателя, от поверхности покрытия отражается электромагнитный сигнал, наложение которого с электромагнитным сигналом излучателя в приемнике приводит к интерференции этих двух сигналов, т.е. взаимное усиление в одних точках пространства и ослабление в других. В силу этого для результирующей интенсивности I_рез этой интерференции можно записать:

где I₁ и I₂ - интенсивность волн электромагнитных сигналов излучателя и отраженного от поверхности покрытия соответственно, γ - степень когерентности, λ - длина волны электромагнитных сигналов, d₂ и d₁ - ходы волн электромагнитных сигналов отражения и излучателя соответственно.

В рассматриваемом случае ход d₂ с определенной точностью можно выразить как:

d₂=2(H-δ),

где H - высота (расстояние) от излучателя (приемника) до диэлектрической основы, δ - толщина металлического покрытия.

Здесь принимается, что излучатель и приемник расположены на одном расстоянии (высоте) от диэлектрической основы. В данном случае ввиду того, что в приемник поступает одновременно с отраженным от поверхности покрытия сигналом и электромагнитный сигнал излучателя, ход d₁ должен соответствовать расстоянию между излучателем и приемником, т.е. l, где - l - расстояние между ними.

С учетом вышеприведенного рассуждения формулу (1) можно переписать как:

Отсюда видно, что при постоянных значениях I₁, I₂, γ, λ, H и l измерением I_рез можно определить толщину металлического покрытия.

Для этого в устройстве, реализующем предлагаемый способ, выходной сигнал генератора электромагнитных колебаний 1 с помощью излучателя 2 направляют в сторону металлического покрытия 6, нанесенного на диэлектрическую основу 7. После этого отраженный от поверхности металлического покрытия электромагнитный сигнал улавливают приемником 3. Одновременно с этим приемником улавливают электромагнитный сигнал излучателя. Здесь следует отметить, что излучатель и приемник располагаются в одной плоскости, т.е. на одной высоте от объекта контроля. Наложение этих двух сигналов в приемнике обусловливает интерференцию волн улавливаемых электромагнитных сигналов. Далее для измерения результирующей интенсивности данной интерференции волн выходной сигнал приемника после детектирования в детекторе 4, поступает в измеритель-индикатор 5, где по измеренным значениям результирующей интенсивности I_рез получают информацию о толщине металлического покрытия.

Таким образом, согласно предлагаемому способу на основе измерения результирующей интенсивности интерференционных волн электромагнитных сигналов отражения и излучателя можно обеспечить более высокую точность измерения толщины металлического покрытия, нанесенного на диэлектрическую основу.

Способ определения толщины металлического покрытия, нанесенного на диэлектрическую основу, при котором зондируют металлическое покрытие электромагнитным сигналом излучателя и улавливают приемником отраженный от поверхности контролируемого покрытия электромагнитный сигнал, отличающийся тем, что дополнительно улавливают приемником электромагнитный сигнал излучателя, измеряют результирующую интенсивность I_рез улавливаемых приемником этих двух электромагнитных сигналов и толщину δ металлического покрытия определяют из формулы:

где I₁ - интенсивность электромагнитного сигнала излучателя, I₂ - интенсивность отраженного от поверхности металлического покрытия электромагнитного сигнала, λ - длина волны электромагнитного сигнала, γ - коэффициент когерентности, Н - высота от диэлектрической основы до излучателя и приемника, l - расстояние между излучателем и приемником.