RU1783453C - Способ определени напр женности электрического пол в плоскости объема твердого диэлектрика - Google Patents

Abstract

Использование: изобретение относитс  к технике измерени  электрических полей и может быть использовано дл  неразрушающего контрол  внутренних электростатических полей в твердых диэлектриках. Сущность изобретени : способ заключаетс  в воздействии импульсов деформации на один из торцов образца, получении электрического сигнала на экране осциллографа и определении координаты исследуемой плоскости на шкале времени осциллографа. В способе осуществл ют компенсацию пол  в исследуемой плоскости путем подачи напр жени  на торцы образца и изменени  его от импульса деформации к импульсу до установлени  в упом нутой координате нулевого значени  сигнала, измер ют величину приложенного напр жени  и определ ют U напр женность пол  Е по формуле Е h где U - напр жение компенсации сигнала, h - толщина диэлектрика. Повышение точности и сокращение времени определени  обусловлены тем, что не требуетс  зар жать эталонные образцы и по ним определ ть электрическое поле. 2 ил. сл С

Description

Изобретение относитс  к технике измерени  электрических полей в твердых диэлектрических материалах и может быть использовано в радиотехнической и радиоэлектронной промышленности, а также в научно-исследовательских и заводских лаборатори х дл  неразрушающего контрол  внутренних электростатических полей в диэлектриках .

Известен компенсационный метод измерени  потенциалов в жидкой среде 1, при котором в жидкость, расположенную в ванне между двум  электродами, в заданную точку помещают зонд, определ ют координаты данной точки с помощью линеек.

расположенных по бортам ванны, осуществл ют компенсацию разности потенциалов между зондом и одним из электродов путем подачи напр жени  от внешнего источника на указанные зонд и электрод и изменени  этого напр жени  до получени  минимального показани  нуль-индикатора, включенного в цепь между зондом и внешним источником и определ ют потенциал пол  исследуемой точки по вольтметру, включенному между зондом и упом нутым электродом . Потенциал точки в этом случае равен потенциалу зонда. Зонд можно поместить в любую точку в жидкости и определить ее координаты и потенциал.

vi

00 Сл)

4 СЛ

со

Недостатком данного метода  вл етс  невозможность применени  дл  измерени  напр женности электрического пол  в плоскости внутри твердого диэлектрика, так как дл  помещени  зонда последовательно в множество точек в исследуемой плоскости необходимо сверлить каналы до этих точек, и образец диэлектрика практически будет разрезан на две части. То есть, применительно к твердым диэлектрикам данный метод  вл етс  разрушающим.

Наиболее близким техническим решением , выбранным в качестве прототипа,  вл етс  способ неразрушающего контрол  электрического пол  в твердых диэлектриках 2. В данном способе дл  определени  электрического пол  в плоскости в объеме диэлектрика воздействуют импульсом деформации на один из двух элекУрТэдов, полностью закрывающих торцы образца, между которыми расположен объект измерени . С противоположного электрода снимают и получают на экране осциллографа элекрический сигнал, характеризующий распределение электрического пол  в диэлектрике , определ ют координату t исследуемой плбскости на шкале времени осциллографа, использу  формулу

x Vt,

где х - рассто ние от торца образца, куда входит импульс деформации и до исследуемой плоскости;

V - скорость звука в материале исследуемого диэлектрика;

t - врем , за которое звукова  волна проходит рассто ние х, определ ют амплитуду электрического сигнала в координате t. Затем зар жают эталонный образец от внешнего источника до известного значени  напр женности пол , снимают с него электрический сигнал описанным способом и абсолютное значение напр женности пол  в плоскости в исследуемом образце определ ют путем сравнени  амплитуд сигналов от эталонного и исследуемого образцов.

Недостатком известного способа  вл етс  длительность процесса определени , обусловленна  тем, что необходимо зар жать эталонный образец, снимать с него электрический сигнал, а затем сравнивать амплитуды сигналов от эталонного и исследуемого образцов. На эти операции требуютс  значительные затраты времени. Другим недостатком приведенного способа  вл етс  неточность определени  абсолютного значени  напр женности пол  в плоскости с исследуемом образце. Это обусловлено тем, что процесс определени  абсолютного значени  пол  включает в себ 

много операций - выбор эталонного образца , идентичного исследуемому образцу, зар жение эталонного образца до известного значени  напр женности пол  в нем; получение сигнала от эталонного образца, сравнение амплитуд сигналов от эталонного и исследуемого образцов, нахождение функциональной св зи между напр женностью пол  и амплитудой сигнала. Кажда  операци  выполн етс , как правило, с определенными погрешност ми и в процессе определени  накапливаетс  значительна  ошибка. В св зи с этим результат определени  будет весьма неточным.

Целью предложенного изобретени   вл етс  повышение точности и сокращение времени определени .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известном способе определени  электрического пол  в плоскости объема твердого диэлектрика, заключающемс  в воздействии импульсов деформации на один из двух электродов, полностью зэкры вающих торцы образца, между которыми расположен объект измерени , получении электрического сигнала на экране осциллографа и определение координаты исследуемой плоскости на шкале времени осииллографа, согласно изобретению осуществл ют компенсацию

электрического пол  внутри образца в исследуемой плоскости путем подачи посто нного напр жени  на указанные электроды и изменени  его от импульса деформации к импульсу, до установлени  в упом нутой

координате нулевого значени  сигнала, измер ют величину приложенного компенсирующего напр жени  и определ ют напр женность электрического пол  Е по формуле

40

-1

где U - напр жение компенсации сигнала; h - толщина диэлектрика. На фиг,1 представлена схема реализа- ции предлагаемого способа; на фиг.2 - схе- матично изображены осциллограммы сигналов.

Исследуемый образец 1 диэлектрика толщиной h расположен между двум  элек- тродами 2 и 3, которые подключены к источнику посто нного напр жени  4. Электрод 3 соединен через конденсатор 5 с осциллографом 6. На электрод 2 воздействуют импульсами деформации. Конденсатор 5 предназначен дл  защиты осциллографа 6 от высокого напр жени  U, прикладываемого к электродам 2-й 3.

Дл  определени  электрического пол  в

плоскости 7, расположенной, например, на

рассто нии х от электрода 2, определ ют

врем  t, за которое звукова  волна проходит заданное рассто ние х в материале исследуемого диэлектрика, использу  формулу

x Vt,

где х - рассто ние от торца образца, куда входит импульс деформации, и до исследуемой плоскости;

V-скорость звука в материале исследуемого диэлектрика;

t - врем , за которое звукова  волна проходит рассто ние х.

Далее на электрод 2 и соответственно не торец образца 1 воздействуют импульсом деформации (на фиг,1 показан стрелкой ), например, от электрострикционного преобразовател , Бегуща  через образец 1 плоска  звукова  волна индуцирует в измерительном электроде 3 электрический сигнал , величина которого однозначно соответствует значению напр женности электрического пол  в деформированной области объема исследуемого образца 1. Электрический сигнал может быть индуцирован , например, в антенне, расположенной возле образца 1 и подключенной к осциллографу 6. Данный электрический сигнал регистрируют осциллографом б, на котором получают кривую 8 (см. фиг.2а), характеризующую распределение электрического пол  в объеме образца 1. Принимают за начало координат на шкале времени осциллографа 6 врем  входа импульса деформации в торец образца 1, в зар женном образце 1 это будет начало сигнала (начало кривой 8). Относительно этого начала (нул ) откладывают на шкале времени вычисленное врем  t (см. фиг.2б), за которое звукова  волна проходит рассто ние х от торца и до исследуемой плоскости 7. Это и есть координата исследуемой плоскости 7 на шкале времени времени осциллографа 6. По кривой 8 определ ют, что этой -координате t соответствует положительное значение напр женности электрического пол , и дл  компенсации этого пол  к электродам 2 и 3 прикладывают отрицательное напр жение U от источника 4. При этом на торец образца воздействуют следующими друг за другом монопол рными импульсами деформации, а напр жение от нулевого значени  увеличивают от импульса деформации к импульсу . Соответственно между электродами 2 и 3, представл ющими собой совместно с образцом 1 плоский конденсатор, возникает электрическое поле Е (пунктирна  пр ма  9), определ емое из формулы Р U

где U - напр жение, прикладываемое к электродам;

h - толщина образца диэлектрика. Это поле суммируетс  с отрицательны ми значени ми электрического пол , распределенного в образце 1, и вычитаетс  из

положительных значений распределенного пол , т.е. относительно оси времени крива  8 с увеличением приложенного к электродам 2 и 3 напр жени  будет перемещатьс  вниз, а точка 10 - координата плоскости

нулевого пол , будет двигатьс  к координате t. Все это наблюдают на экране осциллографа б при прохождении импульсов деформации через образец 1. Когда значение сигнала в координате становитс  равным нулю, т.е. когда точка 10 плоскости нулевого пол  совмещаетс  с точкой t, (см, фиг.2б), изменение напр жени  останавливают . Наличие нулевого сигнала в координате t обозначает, что приложенное к образцу

1 отрицательное электрическое поле по абсолютному значению равно положительному значению собственного электрического пол  в исследуемой плоскости 7 и оно компенсируют в заданной плоскости 7 имеющее там собственное электрическое поле, Исход  из этого, измер ют напр жение компенсации сигнала, т.е. напр жение, приложенное к электродам 2 и 3, при котором сигнал в заданной координате t равен нулю,

и определ ют напр женность электрического пол  Е между электродами 2 и 3 по формуле

,

где U - напр жение компенсации сигнала; h - толщина образца. Это и будет напр женность пол  в исследуемой плоскости 7. Измен   приложенное напр жение от отрицательных

значений к положительным, можно осуществить компенсацию сигнала во всем интервале времени от 0 до соответствующего образцу 1 и определить электрическое поле последовательно во многих плоскост х по

толщине образца 1 с заданным интервалом между ними и соответственно при малом интервале между плоскост ми получить количественное распределение электрического пол  по толщине диэлектрика.

Таким образом, использование предложенного способа позвол ет вести пр мое определение электрического пол  в плоскости в объеме диэлектрика, за счет компенса- ции определ емого пол  в заданной

плоскости образца. Это, в свою очередь, сокращает врем  определени  и повышает точность определени , так как исключена необходимость зар жать эталонные образцы и по ним определ ть поле. Кроме того, исключена необходимость использовани 

дорогосто щего оборудовани  дл  зар жени  эталонных образцов, исключено использование дл  этого электроэнергии и самих эталонных образцов, что удешевл ет предложенный способ по сравнению с прототипом .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ определени  напр женности электрического пол  в плоскости объема твердого диэлектрика, заключающийс  в воздействии импульсов деформации на один из двух электродов, полностью закрывающих противоположные торцы образца, получени  электрического сигнала на экране осциллографа и определении координаh

   S)

   фиг. 2.

   ты исследуемой плоскости на шкале времени осциллографа, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и сокращени  времени измерени , осуществл ют

   компенсацию пол  внутри образца в исследуемой плоскости путем подачи посто нного напр жени  на указанные электроды и изменени  его от импульса деформации к импульсу до установлени  в упом нутой

   координате нулевого значени  сигнала, измер ют величину приложенного компенсирующего напр жени  и определ ют напр женность электрического пол  Е по формуле Е U/h, где U - напр жение компенсации сигнала, h - толщина диэлектрика .