RU2193184C2 - Свч-способ определения диэлектрической проницаемости и толщины диэлектрических покрытий на металле - Google Patents
Свч-способ определения диэлектрической проницаемости и толщины диэлектрических покрытий на металле Download PDFInfo
- Publication number
- RU2193184C2 RU2193184C2 RU2001102116A RU2001102116A RU2193184C2 RU 2193184 C2 RU2193184 C2 RU 2193184C2 RU 2001102116 A RU2001102116 A RU 2001102116A RU 2001102116 A RU2001102116 A RU 2001102116A RU 2193184 C2 RU2193184 C2 RU 2193184C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- dielectric
- thickness
- metal
- determination
- wavelengths
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для определения диэлектрической проницаемости и толщины слоя жидкости и твердых образцов на поверхности металла. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей - дополнительное определение диэлектрической проницаемости Е, и повышение точности определения толщины. Способ определения толщины диэлектрических покрытий на электропроводящей основе заключается в создании электромагнитного поля в объеме контролируемого диэлектрического материала и электропроводящей подложки и последующей регистрации свойств преобразователя. Создают СВЧ-электромагнитное поле бегущей поверхностной волны над поверхностью диэлектрик - металл типа Е в одномодовом режиме, измеряют к нормали поверхности диэлектрик - металл коэффициенты затухания αE1 и αE2 на двух соответственно длинах волны λE1 и λE2, при этом относительную диэлектрическую проницаемость покрытия и его толщину определяют по приведенным математическим зависимостям. 2 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для определения диэлектрической проницаемости и толщины слоя жидкости и твердых образцов на поверхности металла, и может найти применение в различных отраслях промышленности при контроле состава и свойств жидких и твердых сред.
Известен способ определения толщины покрытий на изделиях из ферромагнитных материалов, в основу которого положен пондероматорный принцип, а именно измерение силы отрыва или притяжении постоянных магнитов и электромагнитов к контролируемому объекту (см. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник под ред. В.В. Клюева. - 2-е издание, перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1986. С.68).
Данный способ обладает следующими недостатками:
- не позволяет быстродействующего сканирования больших поверхностей;
- не чувствителен к изменению диэлектрической проницаемости;
- не чувствителен к немагнитной металлической поверхности.
- не позволяет быстродействующего сканирования больших поверхностей;
- не чувствителен к изменению диэлектрической проницаемости;
- не чувствителен к немагнитной металлической поверхности.
Известен способ определения свойств контролируемого материала с использованием двухэлектродных иди трехэлектродных емкостных преобразователей (см. А. В. Бугров. Высокочастотные емкостные преобразователи и приборы контроля качества. - М: Машиностроение, 1982. Стр.44). В общем случае свойства преобразователя зависят как от размеров, конфигурации и взаимного расположения электродов, так и от формы, электрофизических свойств контролируемого материала и его расположения по отношению к электродам,
Данный способ обладает следующими недостатками:
- не позволяет быстродействующего сканирования больших поверхностей;
- нет возможности разделения возбудителя сканирующего поля и приемного устройства;
- требуются специальные методы отстройки от зазора;
- способ служит для измерения диэлектрической проницаемости или толщины;
- при измерении толщины требуется использовать металлическую поверхность в качестве электрода, в этом случае измерения зависят от вариации диэлектрической проницаемости.
Данный способ обладает следующими недостатками:
- не позволяет быстродействующего сканирования больших поверхностей;
- нет возможности разделения возбудителя сканирующего поля и приемного устройства;
- требуются специальные методы отстройки от зазора;
- способ служит для измерения диэлектрической проницаемости или толщины;
- при измерении толщины требуется использовать металлическую поверхность в качестве электрода, в этом случае измерения зависят от вариации диэлектрической проницаемости.
За прототип принят способ определения толщины диэлектрических покрытий на электропроводящей основе (см. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник под ред. В.В. Клюева. - 2-е издание, перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1988. С.120-125), заключающийся в создании вихревых токов в электропроводящей подложке и последующей регистрации комплексных напряжений U или сопротивлений Z вихретокового преобразователя как функции электропроводности подложки и величины зазора.
Недостатками данного способа являются
- дополнительная погрешность, вызванная неплотным прилеганием токовихревого датчика;
- нет возможности измерения диэлектрической проницаемости покрытия;
- чувствителен к изменению параметров подложки (удельной электропроводности и магнитной проницаемости).
- дополнительная погрешность, вызванная неплотным прилеганием токовихревого датчика;
- нет возможности измерения диэлектрической проницаемости покрытия;
- чувствителен к изменению параметров подложки (удельной электропроводности и магнитной проницаемости).
- не позволяет быстродействующего сканирования больших поверхностей;
- нет возможности разделения возбудителя сканирующего поля и приемного устройства;
Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей (дополнительное определение диэлектрической проницаемости ε) и повышение точности определения толщины.
- нет возможности разделения возбудителя сканирующего поля и приемного устройства;
Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей (дополнительное определение диэлектрической проницаемости ε) и повышение точности определения толщины.
Это достигается тем, что в способе определения толщины диэлектрических покрытий на электропроводящей основе, заключающемся в создании электромагнитного поля в объеме контролируемого диэлектрического материала и электропроводящей подложки и последующей регистрации свойств преобразователя, создают СВЧ - электромагнитное поле бегущей поверхностной волны над поверхностью диэлектрик - металл типа Е в одномодовом режиме, измеряют к нормали поверхности диэлектрик - металл коэффициенты затухания αE1 и αE2 на двух соответственно длинах волн λE1 и λE2, так чтобы разность λE1-λE2 удовлетворяла неравенству
при этом относительная диэлектрическая проницаемость покрытия определяют по формуле
а толщину покрытия
при условии
На фиг. 1 представлена, структурная схема предлагаемого способа: 1 - поверхность металла, 2 - исследуемый диэлектрик с неизвестными диэлектрической проницаемостью ε и толщиной b, 3 - излучающая система, 4 - приемные вибраторы, расположенные нормально.
при этом относительная диэлектрическая проницаемость покрытия определяют по формуле
а толщину покрытия
при условии
На фиг. 1 представлена, структурная схема предлагаемого способа: 1 - поверхность металла, 2 - исследуемый диэлектрик с неизвестными диэлектрической проницаемостью ε и толщиной b, 3 - излучающая система, 4 - приемные вибраторы, расположенные нормально.
На фиг.2 показан метод борьбы с прямой волной, влияющей на точность измерений.
Сущность способа заключается в следующем.
Создают СВЧ электромагнитное (ЭМ) поле бегущей поверхностной медленной волны над поверхностью диэлектрик-металл с помощью излучающей системы 3 (рупор, например), расположенной над поверхностью так, что поток излучения находится под углом, который обеспечивает полное внутреннее отражение в системе магнитодиэлектрик-металл.
Последовательно могут реализовываться Е, Н и гибридные поверхностные волны в одномодовом режиме.
При возбуждении Е волны основного типа (n=0) измеряется коэффициент затухания по нормали к поверхности αy в соответствии с выражением
где ε - относительная диэлектрическая проницаемости; λr = λE1,λE2 - одна из двух возможных длин волн генератора λE1 или λE2(αE = λE2,λE1 - затухание не диссипативное, а определяется мерой эалипания поля поверхностной волны);
λE2 = λE1-Δλ.
Обозначим
и при условии
уравнение (1) можно записать
Решается система двух уравнений (2) с двумя неизвестными ε и b на λr = λE1 и λr = λE2.
определяются величины ε и b в любой конкретной точке вне возбудителя поля с помощью, например, двух вибраторов, расположенных на одной вертикали на фиксированном расстоянии d
Экспериментальная проверка предлагаемого способа на длине волны генератора λr≈9,68 см показала, что при толщине покрытия b≈2 мм с ε≈6-7 (кварцевое стекло) коэффициент затухания по нормали составил αE≈8,67, т.е. расстояние между вибраторами, соответствующее изменению напряженности поля в два раза, составляет ≈ 8 см.
где ε - относительная диэлектрическая проницаемости; λr = λE1,λE2 - одна из двух возможных длин волн генератора λE1 или λE2(αE = λE2,λE1 - затухание не диссипативное, а определяется мерой эалипания поля поверхностной волны);
λE2 = λE1-Δλ.
Обозначим
и при условии
уравнение (1) можно записать
Решается система двух уравнений (2) с двумя неизвестными ε и b на λr = λE1 и λr = λE2.
определяются величины ε и b в любой конкретной точке вне возбудителя поля с помощью, например, двух вибраторов, расположенных на одной вертикали на фиксированном расстоянии d
Экспериментальная проверка предлагаемого способа на длине волны генератора λr≈9,68 см показала, что при толщине покрытия b≈2 мм с ε≈6-7 (кварцевое стекло) коэффициент затухания по нормали составил αE≈8,67, т.е. расстояние между вибраторами, соответствующее изменению напряженности поля в два раза, составляет ≈ 8 см.
Исходя из принципа электродинамического подобия пропорциональное изменение (например, уменьшение) длины волны генератора вызывает пропорциональное уменьшение порога чувствительности измерения толщины.
Эксперимент показал также, что необходимо устранять прямую волну путем введения, например, переизлучающей или поглощающей пластины (фиг.2).
Таким образом предлагаемый способ позволяет наряду с определением толщины определять и диэлектрическую проницаемость покрытия. А так как измерения относительные и не зависят от расстояния вибраторов от поверхности, то не требуется специальных мер отстройки от зазора. Это повышает точность и дает возможность быстрого сканирования поверхности без перемещения возбудителя Е волны. На результате измерений не сказывается также изменение удельной электропроводности и магнитной проницаемости подложки, так как глубина проникновения ЭМ волны в глубь проводящей подложки составляет доли мкм (для меди, например), что значительно (на несколько порядков) меньше измеряемой толщины.
Claims (1)
- Способ определения толщины диэлектрических покрытий на электропроводящей основе, заключающийся в создании электромагнитного поля в объеме контролируемого диэлектрического материала и электропроводящей подложки и последующей регистрации свойств преобразователя, отличающийся тем, что создают СВЧ - электромагнитное поле бегущей поверхностной волны типа Е над поверхностью диэлектрик - металл в одномодовом режиме, измеряют по нормали к поверхности диэлектрик - металл коэффициенты затухания αE1 и αE2 на двух соответственно длинах волн λE1 и λE2 так, чтобы разность λE1-λE2 удовлетворяла неравенству
при этом относительную диэлектрическую проницаемость ε покрытия определяют по формуле:
а толщину покрытия b по формуле
при условии
где λr = λE1, λE2- одна из двух возможных длин волн генератора λE1 или λE2;
αE = αE1, αE2- коэффициент затухания электромагнитной волны по нормали к поверхности диэлектрик - металл на двух соответственно длинах волн λE1, λE2.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001102116A RU2193184C2 (ru) | 2001-01-23 | 2001-01-23 | Свч-способ определения диэлектрической проницаемости и толщины диэлектрических покрытий на металле |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001102116A RU2193184C2 (ru) | 2001-01-23 | 2001-01-23 | Свч-способ определения диэлектрической проницаемости и толщины диэлектрических покрытий на металле |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2193184C2 true RU2193184C2 (ru) | 2002-11-20 |
Family
ID=20245171
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001102116A RU2193184C2 (ru) | 2001-01-23 | 2001-01-23 | Свч-способ определения диэлектрической проницаемости и толщины диэлектрических покрытий на металле |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2193184C2 (ru) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2552106C1 (ru) * | 2014-04-29 | 2015-06-10 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Свч-способ определения диэлектрической проницаемости и толщины покрытий на металле |
| RU2694110C1 (ru) * | 2018-08-10 | 2019-07-09 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Способ определения диэлектрической проницаемости и толщины многослойных диэлектрических покрытий на металле в диапазоне СВЧ |
| RU2750119C1 (ru) * | 2020-10-15 | 2021-06-22 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Способ определения комплексной диэлектрической проницаемости и толщины многослойных диэлектрических покрытий в диапазоне свч |
| RU2758390C1 (ru) * | 2020-12-29 | 2021-10-28 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Способ определения электрофизических параметров диэлектрических и магнитодиэлектрических покрытий с частотной дисперсией в диапазоне свч |
| CN115388755A (zh) * | 2022-10-27 | 2022-11-25 | 中国航空制造技术研究院 | 基于微波频率谱的吸波涂层测厚方法和装置 |
-
2001
- 2001-01-23 RU RU2001102116A patent/RU2193184C2/ru active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник/Под ред. В.В.Клюева. - М.: Машиностроение, 1986, с.120-125. * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2552106C1 (ru) * | 2014-04-29 | 2015-06-10 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Свч-способ определения диэлектрической проницаемости и толщины покрытий на металле |
| RU2694110C1 (ru) * | 2018-08-10 | 2019-07-09 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Способ определения диэлектрической проницаемости и толщины многослойных диэлектрических покрытий на металле в диапазоне СВЧ |
| RU2750119C1 (ru) * | 2020-10-15 | 2021-06-22 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Способ определения комплексной диэлектрической проницаемости и толщины многослойных диэлектрических покрытий в диапазоне свч |
| RU2758390C1 (ru) * | 2020-12-29 | 2021-10-28 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Способ определения электрофизических параметров диэлектрических и магнитодиэлектрических покрытий с частотной дисперсией в диапазоне свч |
| CN115388755A (zh) * | 2022-10-27 | 2022-11-25 | 中国航空制造技术研究院 | 基于微波频率谱的吸波涂层测厚方法和装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Edwards et al. | Depth gauging of defects using low frequency wideband Rayleigh waves | |
| US20170292920A1 (en) | A biosensor with integrated antenna and measurement method for biosensing applications | |
| Avila et al. | A novel dual modality sensor with sensitivities to permittivity, conductivity, and permeability | |
| JPH06317401A (ja) | 鉄基板上の非鉄塗装および導電性基板上の非導電性塗装のための併用塗装厚さゲージ | |
| Trushkevych et al. | Characterisation of small defects using miniaturised EMAT system | |
| US8717012B2 (en) | Eddy current probe for surface and sub-surface inspection | |
| Xu et al. | A new differential eddy current testing sensor used for detecting crack extension direction | |
| Edwards et al. | Enhancement of the Rayleigh wave signal at surface defects | |
| RU2193184C2 (ru) | Свч-способ определения диэлектрической проницаемости и толщины диэлектрических покрытий на металле | |
| US5847562A (en) | Thickness gauging of single-layer conductive materials with two-point non linear calibration algorithm | |
| JPS6193949A (ja) | 渦電流検査装置 | |
| EP0329781B1 (en) | Magnetic bridge devices | |
| Bowler et al. | Measurement and calculation of transient eddy-currents in layered structures | |
| Faraj et al. | Investigate the effect of lift-off on eddy current signal for carbon steel plate | |
| Cao et al. | Nondestructive two-dimensional phase imaging of embedded defects via on-chip spintronic sensor | |
| RU2439541C1 (ru) | Способ определения электропроводности и толщины полупроводниковых слоев | |
| RU2251073C2 (ru) | Свч способ измерения магнитодиэлектрических параметров и толщины спиновых покрытий на металле | |
| Shull et al. | Characterization of capacitive array for NDE applications | |
| Yin et al. | Capacitive imaging technique for NDE | |
| RU2258214C1 (ru) | Свч-способ измерения длины, толщины и диэлектрической проницаемости диэлектрического покрытия на металлической поверхности | |
| Xu et al. | Eddy current testing probe composed of double uneven step distributing planar coils for crack detection | |
| RU2516238C2 (ru) | Способ определения электропроводности и энергии активации примесных центров полупроводниковых слоев | |
| Kim et al. | Eddy current methods for evaluation of the transformed fraction of metals by voltage source | |
| Sasi et al. | Eddy current giant magnetoresistive (GMR) sensor for non-destructive detection of deep-surface defects | |
| Avila et al. | A novel dual modality sensor with sensitivities to permittivity and conductivity |