RU156519U1 - Устройство бесконтактного контроля электромагнитных параметров тонких плёнок и наноматериалов - Google Patents
Устройство бесконтактного контроля электромагнитных параметров тонких плёнок и наноматериалов Download PDFInfo
- Publication number
- RU156519U1 RU156519U1 RU2015127578/28U RU2015127578U RU156519U1 RU 156519 U1 RU156519 U1 RU 156519U1 RU 2015127578/28 U RU2015127578/28 U RU 2015127578/28U RU 2015127578 U RU2015127578 U RU 2015127578U RU 156519 U1 RU156519 U1 RU 156519U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- signal
- amplitude
- phase
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
Устройство относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного оперативного измерения удельной электрической проводимости, а также диэлектрической и магнитной, проницаемостей тонких пленок и наноматериалов в диапазоне частот ω=107÷1011 Гц. Устройство состоит из генератора 1, выход которого подключен к входу излучателя электромагнитного сигнала 2, на пути следования электромагнитного сигнала к объекту контроля 3 дополнительно введен разветвитель сигнала 4, второй выход которого электромагнитно соединен с приемником опорного сигнала 5, выход которого подключен к первому входу измерителя амплитуды и фазы 6, второй вход которого подключен к выходу приемника отраженного от объекта контроля сигнала 7, а выход измерителя амплитуды и фазы 6 подключен к входу блока обработки 8 и входу блока управления 9, выход которого подключен к генератору 1. В блоке обработки 8 решается система уравнений, которая определяет проводимость, диэлектрическую и магнитную проницаемости. По сравнению с аналогами устройство позволяет бесконтактно измерять амплитуду и фазу отраженного сигнала на разных частотах, что дает возможность вычислить проводимость, диэлектрическую и магнитную проницаемости объекта контроля, расширяя функциональные возможности существующих методов.
Description
Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике и может быть использована для создания устройств бесконтактного оперативного измерения удельной электрической проводимости, диэлектрической и магнитной проницаемостей тонких пленок и наноматериалов в диапазоне частот ω=107÷1011 Гц. Проблема актуальна в связи с развитием нанотехнологий, где необходимо оперативно контролировать электромагнитные параметры сред и материалов в процессе их производства.
Аналогами заявляемой полезной модели являются бесконтактные устройства определения электромагнитных параметров материалов, содержащие кювету для контролируемой среды, помещаемую в индуктивный или емкостный датчики, входы которых соединены с питающим генератором, а выходы с блоком обработки (Пат. RU 2532566 С2 МПК G01N 27/22, опубл. 10.11.2014, Пат. RU 112430 U1 МПК G01N 22/00,G01R 27/26, опубл. 10.01.2012, Пат. RU 2529417 С1 МПК G01N 22/00, G01R 27/26, опубл. 10.11.2014, Пат. US. 6.657.439 В1 от 02.12. 2003, МПК G01R 27/00, Пат. WO 2013048348 А1 Словения, от 04.04.2013, МПК G01R 33/12, G01R 33/14, H01F 29/08, Пат. US 20070285195 А1 от 13.12.2007, МПК H01F 1/00, Пат. RU 2420749 С1 МПК G01R 27/16, опубл. 10.06.2011, Пат. RU 2432579 С1 МПК G01R 27/26, G01J 3/42, G01N 21/35, опубл. 27.10.2011, Пат. RU 2442179 С2 МПК G01R 27/26, опубл. 27.10.2010, Пат. RU 2103673 С1 МПК G01R 27/04, опубл. 27.01.1998, Пат. RU 2449303 C1 МПК G01R 33/00, В82В 1/00, опубл. 27.04.2012, Пат. RU 2421742 С1 МПК G01R 27/16, опубл. 20.06.11).
Об электромагнитных параметрах сред в перечисленных устройствах судят по изменениям емкости или индуктивности чувствительного элемента датчика, вызванных влиянием контролируемой среды.
Недостатком известных устройств является ограниченные функциональные возможности, связанные с тем, что производится контроль одного из трех заявленных параметров. Это затрудняет их применение в устройствах оперативного контроля тонких пленок и наноматериалов, где требуется контролировать все три параметра.
Прототипом заявляемой полезной модели является устройство для измерения свойства диэлектрического материала (в том числе тонких пленок), содержащее генератор, приемник и излучатель электромагнитного сигнала (передающую и приемную антенны), волновые тройники, фазовращатель, аттенюатор, детектор и блок обработки информации (Пат. RU 2528130 С1 МПК G01N 22/04, G01R 27/26, опубл. 10.09.2014). Сигнал генератора первым волновым тройником делится на две части, одна из которых с помощью антенн проходит через объект контроля, а вторая часть, пройдя через аттенюатор и фазовращатель, попадают на второй волновой тройник, служащий вычитателем (фазовым детектором), с выхода которого сигнал попадает на детектор и блок обработки информации.
Недостатком прототипа являются малые функциональные возможности, связанные с его применением только для измерения диэлектрической проницаемости.
Поставлена задача: расширить функциональные возможности устройства, связанные с обеспечением возможности комплексных измерений одновременно трех электромагнитных параметров контролируемого материала при сохранении точности.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в известное устройство, содержащее генератор, выход которого подключен к входу излучателя электромагнитного сигнала и блок обработки, согласно полезной модели, в устройство на пути следования электромагнитного сигнала к объекту контроля дополнительно введен разветвитель сигнала, второй выход которого электромагнитно соединен с приемником опорного сигнала, выход которого подключен к первому входу измерителя амплитуды и фазы, второй вход которого подключен к выходу приемника отраженного от объекта контроля сигнала, а выход измерителя амплитуды и фазы подключен к входу блока обработки и входу блока управления, выход которого подключен к генератору.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где приведена структурная схема предложенного устройства.
Устройство состоит из генератора 1, выход которого подключен к входу излучателя электромагнитного сигнала 2, на пути следования электромагнитного сигнала к объекту контроля 3 дополнительно введен разветвитель сигнала 4, второй выход которого электромагнитно соединен с приемником опорного сигнала 5, выход которого подключен к первому входу измерителя амплитуды и фазы 6, второй вход которого подключен к выходу приемника отраженного от объекта контроля сигнала 7, а выход измерителя амплитуды и фазы 6 подключен к входу блока обработки 8 и входу блока управления 9, выход которого подключен к генератору 1.
Устройство работает следующим образом. Генератор 1 формирует переменное напряжение, которое с помощью излучателя электромагнитного сигнала 2 преобразуется в электромагнитный сигнал. На выходах разветвителя формируются опорный сигнал Фо, поступающий на приемник опорного сигнала 5, и зондирующий сигнал Ф1, который отражается от объекта контроля 3, и, приобретая информацию о его параметрах, поступает на приемник отраженного сигнала 7, с выхода которого передается на измеритель амплитуды и фазы 6. Данные об амплитудах и фазах опорного Фо и отраженного Ф2 сигналов являются исходными для вычисления проводимости, диэлектрической и магнитной проницаемостей объекта контроля. Параллельно данные об амплитуде и фазе передаются в блок управления 9, в котором последовательно выбираются две частоты работы генератора ω1 и ω2 исходя из критерия максимальной разницы амплитуд и фаз. Это дает возможность составить систему уравнений относительно трех искомых параметров.
Известно, что диэлектрическая проницаемостью ε и проводимость σ образуют комплексную абсолютную диэлектрическую проницаемость среды:
Известно также, что магнитная проницаемость µ есть комплексная величина 
, но в данном устройстве будет контролироваться ее модуль 
. Искомые параметры определяются из системы уравнений:
где А(ωi), φ(ωi) - конкретные числовые значения относительной амплитуды и фазы отраженного сигнала на частоте ωi, полученные по данным измерительной процедуры;
приближенное равенство соответствует газовой среде распространения зондирующего и отраженного сигналов;
µ, σ, ε - электромагнитные параметры среды распространения сигнала,
c - скорость света в вакууме;
µx, σx, εx - искомые электромагнитные параметры отражающей среды;
R - расстояние от излучателя до контролируемой пленки.
Выражения (2), (3) получены на основе известной формулы для коэффициента отражения электромагнитного излучения от среды при малых углах падения [Бреховских, Л.М. Волны в слоистых средах. М.: Наука, 1973]:
где Zz, Z - волновые сопротивления контактирующих сред, определяемые через электромагнитные параметры по формуле
Система (2) определяет средние значения электромагнитных параметров в исследуемом диапазоне частот, в котором непосредственно сами контролируемые параметры мало зависят от частоты, и принимается допущение, что 
, но изменение сигналов происходит за счет изменения волнового сопротивления в соответствии с формулой (5). В этом случае искомые параметры определяются по любым трем уравнениям в системе (2). В блоке обработки производится решение системы уравнений (2) численными методами.
Следует отметить, что в зависимости от частоты, на которой работает устройство, конструкция излучателя и приемников электромагнитных сигналов может быть выполнена в виде катушек, антенн или щелевых излучателей. Также важно отметить, что устройство может функционировать как при отражении электромагнитного сигнала от объекта контроля, так и при прохождении сигнала через него. В последнем случае изменятся формулы для расчета конечных параметров.
Предложенная конструкция устройства позволяет бесконтактно измерять амплитуду и фазу отраженного сигнала, а также проводить измерения на разных частотах автоматически выбирая их, что дает возможность вычислить сразу три электромагнитных параметра объекта контроля: проводимость, диэлектрическую и магнитную проницаемости, что расширяет функциональные возможности существующих методов.
Claims (1)
- Устройство бесконтактного контроля электромагнитных параметров тонких плёнок и наноматериалов, содержащее генератор, выход которого подключен к входу излучателя электромагнитного сигнала, и блок обработки, отличающееся тем, что в устройство на пути следования электромагнитного сигнала к объекту контроля дополнительно введён разветвитель сигнала, второй выход которого электромагнитно соединен с приёмником опорного сигнала, выход которого подключен к первому входу измерителя амплитуды и фазы, второй вход которого подключен к выходу приемника отражённого от объекта контроля сигнала, а выход измерителя амплитуды и фазы подключён к входу блока обработки и входу блока управления, выход которого подключен к генератору.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015127578/28U RU156519U1 (ru) | 2015-07-08 | 2015-07-08 | Устройство бесконтактного контроля электромагнитных параметров тонких плёнок и наноматериалов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015127578/28U RU156519U1 (ru) | 2015-07-08 | 2015-07-08 | Устройство бесконтактного контроля электромагнитных параметров тонких плёнок и наноматериалов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU156519U1 true RU156519U1 (ru) | 2015-11-10 |
Family
ID=54536678
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015127578/28U RU156519U1 (ru) | 2015-07-08 | 2015-07-08 | Устройство бесконтактного контроля электромагнитных параметров тонких плёнок и наноматериалов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU156519U1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU168724U1 (ru) * | 2016-06-07 | 2017-02-17 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" | Устройство бесконтактного контроля электромагнитных параметров тонких плёнок |
| RU185095U1 (ru) * | 2018-07-17 | 2018-11-21 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" | Устройство бесконтактного контроля электромагнитных параметров тонких плёнок, нанесенных на подложку конечной толщины |
| RU2697473C1 (ru) * | 2019-01-10 | 2019-08-14 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный университет" | Способ измерения электропроводности тонких металлических пленок |
-
2015
- 2015-07-08 RU RU2015127578/28U patent/RU156519U1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU168724U1 (ru) * | 2016-06-07 | 2017-02-17 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" | Устройство бесконтактного контроля электромагнитных параметров тонких плёнок |
| RU185095U1 (ru) * | 2018-07-17 | 2018-11-21 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" | Устройство бесконтактного контроля электромагнитных параметров тонких плёнок, нанесенных на подложку конечной толщины |
| RU2697473C1 (ru) * | 2019-01-10 | 2019-08-14 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный университет" | Способ измерения электропроводности тонких металлических пленок |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103156581B (zh) | 基于磁纳米粒子交流磁化强度的在体温度测量方法及系统 | |
| RU156519U1 (ru) | Устройство бесконтактного контроля электромагнитных параметров тонких плёнок и наноматериалов | |
| RU2015117546A (ru) | Калиброванная система для электромагнитной съемки | |
| CN109163769B (zh) | 一种管道流量电磁阵列传感器的检测方法 | |
| Greening et al. | Comparison of shear wave velocity measurements in different materials using time and frequency domain techniques | |
| Huang et al. | A novel eddy current method for defect detection immune to lift-off | |
| RU168724U1 (ru) | Устройство бесконтактного контроля электромагнитных параметров тонких плёнок | |
| RU2626573C1 (ru) | Устройство бесконтактного измерения электромагнитных параметров тонких пленок | |
| US9335151B2 (en) | Film measurement | |
| Wöckel et al. | Acousto-capacitive tomography of liquid multiphase systems | |
| RU185095U1 (ru) | Устройство бесконтактного контроля электромагнитных параметров тонких плёнок, нанесенных на подложку конечной толщины | |
| NO20140185A1 (no) | System og fremgangsmåte for flerfase strømningsmålinger | |
| RU2507505C1 (ru) | Способ обнаружения и идентификации взрывчатых и наркотических веществ и устройство для его осуществления | |
| RU2550778C1 (ru) | Способ определения состояния поверхности дороги | |
| RU2350901C1 (ru) | Способ определения толщины диэлектрического покрытия | |
| RU2610878C1 (ru) | Способ бесконтактного измерения электромагнитных параметров материалов | |
| RU2350899C1 (ru) | Способ определения толщины диэлектрического покрытия | |
| RU2632564C1 (ru) | Способ обнаружения и идентификации взрывчатых и наркотических веществ и устройство для его осуществления | |
| Sinaga et al. | UHF sensor array for partial discharge location in transformers | |
| RU2723987C1 (ru) | Способ обнаружения и идентификации взрывчатых и наркотических веществ и устройство для его осуществления | |
| JP2019028068A (ja) | 情報抽出方法と装置及び物品検出装置 | |
| Tong et al. | Grain moisture content measurement system based on time-domain transmission technology | |
| RU2532858C2 (ru) | Способ измерения толщины неферромагнитного электропроводящего покрытия стали | |
| Hirnschrodt et al. | Ultrasonic characterization of liquids using resonance antireflection | |
| CN107270808B (zh) | 一种可同时测量金属工件位移及厚度的涡流传感器及方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD9K | Change of name of utility model owner | ||
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20180709 |