RU2413180C1 - Apparatus for measuring thickness of dielectric coating - Google Patents

Apparatus for measuring thickness of dielectric coating Download PDF

Info

Publication number
RU2413180C1
RU2413180C1 RU2009148605/28A RU2009148605A RU2413180C1 RU 2413180 C1 RU2413180 C1 RU 2413180C1 RU 2009148605/28 A RU2009148605/28 A RU 2009148605/28A RU 2009148605 A RU2009148605 A RU 2009148605A RU 2413180 C1 RU2413180 C1 RU 2413180C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
dielectric
receiver
coating
detector
dielectric coating
Prior art date
Application number
RU2009148605/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Гурам Николаевич Ахобадзе (RU)
Гурам Николаевич Ахобадзе
Original Assignee
Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН filed Critical Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН
Priority to RU2009148605/28A priority Critical patent/RU2413180C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2413180C1 publication Critical patent/RU2413180C1/en

Links

Landscapes

  • Length-Measuring Devices Using Wave Or Particle Radiation (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: apparatus has a generator of electromagnetic oscillations 1, connected by the output to an emitter 2, a first receiver 3, a first detector 4, a second receiver 5 connected to the input of a second detector 6 and a computer 7. Operation of the apparatus is based on conversion of electric field strength of reflected electromagnetic waves from two boundary surfaces of media.
EFFECT: high accuracy of measuring thickness of dielectric coating deposited on a dielectric base.
1 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами.The invention relates to the field of measuring equipment and can be used in process control systems.

Известно устройство, реализуемое емкостным датчиком толщины покрытия (см. М.Чеховский. Контроль толщины эмали на кузове. Радио, №7, 2004, стр.47), в котором о толщине покрытия эмали на кузове легкового автомобиля судят по измерению емкости двух последовательно включенных конденсаторов, соединенных с измерителем емкости.A device is known that is implemented by a capacitive sensor of the coating thickness (see M. Chekhovsky. Control of the enamel thickness on the body. Radio, No. 7, 2004, p. 47), in which the enamel coating thickness on the car body is judged by measuring the capacitance of two series-connected capacitors connected to a capacitance meter.

Недостатками этого известного устройства являются контактность датчика с контролируемой поверхностью покрытия и погрешность измерения из-за температурных влияний на емкость конденсаторов.The disadvantages of this known device are the contactivity of the sensor with a controlled coating surface and the measurement error due to temperature effects on the capacitance of the capacitors.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятое автором за прототип устройство, реализующее способ определения толщины диэлектрического покрытия (см. Патент РФ №2262658, опубликованный 20.10.2005, Бюл. №29). В основе работы способа, реализуемого указанным устройством, лежит зондирование диэлектрического покрытия электромагнитными волнами и измерение напряженности электрического поля отраженной волны от контролируемого покрытия. Здесь для этого используются излучатель и приемник, выполненные в виде зеркальных антенн, которые соответственно осуществляют облучение покрытия и прием отраженного от него сигнала. При известных значениях направленности и мощности излучателя, путем измерения продетектированного сигнала амплитудного детектора определяют толщину диэлектрического покрытия, нанесенного на диэлектрическую основу.The closest technical solution to the proposed one is the device adopted by the author for the prototype, which implements a method for determining the thickness of the dielectric coating (see RF Patent No. 2262658, published October 20, 2005, Bull. No. 29). The operation of the method implemented by the specified device is based on sensing the dielectric coating with electromagnetic waves and measuring the electric field strength of the reflected wave from the controlled coating. Here, an emitter and a receiver are used for this, made in the form of mirror antennas, which respectively irradiate the coating and receive the signal reflected from it. With known values of the directivity and power of the emitter, by measuring the detected signal of the amplitude detector, the thickness of the dielectric coating deposited on the dielectric base is determined.

Недостатком этого изобретения следует считать неточность, связанную с изменением диэлектрической проницаемости диэлектрического покрытия.The disadvantage of this invention should be considered an inaccuracy associated with a change in the dielectric constant of the dielectric coating.

Задачей заявленного технического решения является повышение точности измерения толщины.The objective of the claimed technical solution is to increase the accuracy of measuring thickness.

Поставленная задача решается тем, что в устройство для измерения толщины диэлектрического покрытия, нанесенного на диэлектрическую основу, содержащее генератор электромагнитных колебаний, соединенный выходом с излучателем, первый приемник, подключенный ко входу первого детектора, излучатель и первый приемник выполнены в виде зеркальных антенн и расположены в одной плоскости на одном расстоянии от контролируемого покрытия, введены второй детектор, вычислитель и второй приемник, выполненный в виде зеркальной антенны и расположенный вместе с излучателем и первым приемником в одной плоскости, на одном расстоянии от контролируемого покрытия, при этом второй приемник подключен ко входу второго детектора, выход которого соединен с первым входом вычислителя, второй вход вычислителя подключен к выходу первого детектора.The problem is solved in that in the device for measuring the thickness of the dielectric coating deposited on a dielectric base, containing an electromagnetic oscillation generator connected to the output of the emitter, the first receiver connected to the input of the first detector, the emitter and the first receiver are made in the form of mirror antennas and are located in one plane at one distance from the controlled coating, introduced a second detector, calculator and a second receiver, made in the form of a mirror antenna and located in Este a transmitter and the first receiver in the same plane at the same distance from the controlled coating, wherein the second receiver is connected to the input of the second detector whose output is connected to the first input of the calculator, calculating a second input connected to the output of the first detector.

Существенными отличительными признаками указанной выше совокупности является наличие второго приемника, второго детектора и вычислителя.Salient features of the above population is the presence of a second receiver, a second detector and a computer.

В заявляемом техническом решении благодаря свойствам перечисленных признаков преобразование напряженности электрических полей отраженных от первой границы раздела сред «воздух - диэлектрическое покрытие» и второй границы раздела сред «диэлектрическое покрытие - диэлектрическая основа» волн дает возможность решить поставленную задачу: обеспечить повышение точности измерения толщины диэлектрического покрытия.In the claimed technical solution, due to the properties of the listed features, the conversion of the electric field strengths reflected from the first interface of the medium “air - dielectric coating” and the second interface of the medium “dielectric coating - dielectric base" of the waves makes it possible to solve the problem: to increase the accuracy of measuring the thickness of the dielectric coating .

На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого устройства.The drawing shows a functional diagram of the proposed device.

Устройство содержит генератор электромагнитных колебаний 1, излучатель 2, первый приемник 3, первый детектор 4, второй приемник 5, второй детектор 6 и вычислитель 7. На чертеже поз. 8 и 9 обозначены соответственно диэлектрическое покрытие и диэлектрическая основа.The device comprises an electromagnetic oscillation generator 1, an emitter 2, a first receiver 3, a first detector 4, a second receiver 5, a second detector 6 and a calculator 7. In the drawing, pos. 8 and 9 denote the dielectric coating and the dielectric base, respectively.

Устройство работает следующим образом. Электромагнитные волны излучателя 2, поступающие с выхода генератора электромагнитных колебаний 1, направляются в сторону диэлектрического покрытия 8, нанесенного на диэлектрическую основу 9. В этом случае согласно теории распространения электромагнитных волн может иметь место отражение волн от первой границы раздела сред «воздух - диэлектрическое покрытие», прохождение волн через диэлектрическое покрытие и отражение прошедших волн от второй границы раздела сред «диэлектрическое покрытие - диэлектрическая основа».The device operates as follows. The electromagnetic waves of the emitter 2 coming from the output of the electromagnetic oscillation generator 1 are directed towards the dielectric coating 8 deposited on the dielectric base 9. In this case, according to the theory of propagation of electromagnetic waves, reflection of waves from the first “air - dielectric coating” interface can take place , the passage of waves through a dielectric coating and the reflection of transmitted waves from the second interface of the media "dielectric coating - dielectric base".

Для коэффициента отражения от первой границы раздела сред k12 можно записать:For the reflection coefficient from the first media interface k 12, we can write:

Figure 00000001
Figure 00000001

где Епад1 - напряженность электрического поля падающей на первую границу раздела сред волны, Еотр1 - напряженность электрического поля отраженной от первой границы раздела сред волны.where E pad1 is the electric field strength of the wave incident on the first interface, E otp1 is the electric field strength of the wave reflected from the first interface.

В рассматриваемом случае при расположении диэлектрической основы с нанесенным на нее диэлектрическим покрытием в волновой зоне (см. стр.3, вышеприведенного патента) для Епад1 можно принимать:In the case under consideration, with the location of the dielectric base with a dielectric coating deposited on it in the wave zone (see page 3 of the above patent) for E pad1, you can take:

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

где R - расстояние от излучателя до поверхности диэлектрической основы, P - мощность излучателя, G - направленность излучателя и δ - толщина диэлектрического покрытия.where R is the distance from the emitter to the surface of the dielectric base, P is the power of the emitter, G is the directivity of the emitter and δ is the thickness of the dielectric coating.

В силу этого для Еотр1 получаем:By virtue of this, for otpr1 we get:

Figure 00000003
Figure 00000003

Формулу (2) с учетом того, что:Formula (2), taking into account that:

Figure 00000004
Figure 00000004

где ε2 - диэлектрическая проницаемость диэлектрического покрытия, можно переписать как:where ε 2 is the dielectric constant of the dielectric coating, can be rewritten as:

Figure 00000005
Figure 00000005

Здесь принимается, что диэлектрическая проницаемость воздуха εв равна единице и диэлектрическое покрытие не имеет потерь, т.е. g2=0, где g2 - проводимость диэлектрического покрытия.It is assumed here that the dielectric constant ε of air is equal to unity and the dielectric coating has no losses, i.e. g 2 = 0, where g 2 is the conductivity of the dielectric coating.

Из формулы (3) видно, что при постоянных значениях P, G и R для определения δ по величине Еотр1 необходимо иметь информацию о ε2, так как разные материалы, используемые для покрытия диэлектрической основы, могут иметь разные значения диэлектрической проницаемости.It can be seen from formula (3) that for constant values of P, G, and R, to determine δ from the value of E CP1, it is necessary to have information on ε 2 , since different materials used to coat the dielectric base can have different values of permittivity.

Для этого в предложенном устройстве используется отражение от второй границы раздела сред с коэффициентом отражения K23, определяемым следующим выражением:To do this, the proposed device uses reflection from the second interface of the media with a reflection coefficient K 23 defined by the following expression:

Figure 00000006
Figure 00000006

где Епад2 - напряженность электрического поля падающей на вторую границу раздела сред волны, Еотр2 - напряженность электрического поля отраженной волны от второй границы раздела сред.where E pad2 is the electric field strength of the wave incident on the second interface of media, E otp2 is the electric field of the reflected wave from the second media interface.

Согласно вышеприведенным условиям (расположение диэлектрической основы и покрытия в волновой зоне) для данного случая напряженность электрического поля падающей на вторую границу раздела сред (поверхность диэлектрической основы) волны можно представить как:According to the above conditions (the location of the dielectric base and coating in the wave zone) for this case, the electric field strength of the wave incident on the second interface (the surface of the dielectric base) of the wave can be represented as:

Figure 00000007
Figure 00000007

Как следует из последней формулы, в этом случае влияние толщины покрытия δ на формирование Епад2 не учитывается. Это объясняется тем, что при отсутствии покрытия на диэлектрической основе имеет место только одно отражение от поверхности диэлектрической основы (граница раздела сред «воздух - диэлектрическая основа»), которое может существовать и при наличии покрытия, но от другой границы раздела сред («диэлектрической покрытие - диэлектрическая основа») и с другим коэффициентом отражения. Поэтому при формировании Епад2 на второй границе раздела сред (расстояние от излучателя до поверхности диэлектрической основы без учета δ) нет необходимости учитывать толщину покрытия. В силу такого допущения формулу (4) с учетом того, что:As follows from the last formula, in this case, the influence of the coating thickness δ on the formation of E pad2 is not taken into account. This is explained by the fact that in the absence of a coating on a dielectric base, there is only one reflection from the surface of the dielectric base (the interface is “air - dielectric base”), which can exist in the presence of a coating, but from a different interface (“dielectric coating - dielectric base ") and with a different reflection coefficient. Therefore, when E pad2 is formed at the second interface (the distance from the emitter to the surface of the dielectric base without taking into account δ), there is no need to take into account the coating thickness. By virtue of this assumption, formula (4), taking into account that:

Figure 00000008
Figure 00000008

где ε3 - диэлектрическая проницаемость диэлектрической основы, можно переписать как:where ε 3 is the dielectric constant of the dielectric base, can be rewritten as:

Figure 00000009
Figure 00000009

Здесь принимается, что ε32 и диэлектрическая основа не имеет потерь, т.д. g3=0, где g3 - проводимость диэлектрической основы.It is assumed here that ε 3 > ε 2 and the dielectric base has no losses, etc. g 3 = 0, where g 3 is the conductivity of the dielectric base.

Из последней формулы видно, что в случае постоянных значений P, G, R и ε3=const, т.е. при одном и то же материале диэлектрической основы, величина Еотр2 становится функцией ε2.The last formula shows that in the case of constant values of P, G, R and ε 3 = const, i.e. with the same material of the dielectric base, the value of E OT2 becomes a function of ε 2 .

Пусть отраженная волна от первой границы раздела сред улавливается первым приемником 3, а отраженная волна от второй границы раздела сред - вторым приемником 5, которые далее поступают на входы первого 4 и второго 6 детекторов соответственно. В рассматриваемом случае из-за того, что значения напряженности Еотр1 одновременно изменяются от изменений ε2 и δ, а значения напряженности Еотр2 изменяются только от изменения ε2, их разделение по приему первым и вторым приемниками можно осуществить опытным путем.Let the reflected wave from the first media interface be caught by the first receiver 3, and the reflected wave from the second media interface by the second receiver 5, which then goes to the inputs of the first 4 and second 6 detectors, respectively. In the case under consideration, due to the fact that the values of the strength E Otr1 simultaneously change from changes in ε 2 and δ, and the values of the strength E Otr2 change only from changes in ε 2 , they can be separated by reception by the first and second receivers experimentally.

Согласно предлагаемому техническому решению сигнал, полученный на выходе первого детектора, зависящий от изменений ε2 и δ, далее поступает на первый вход вычислителя 7. Одновременно на второй вход вычислителя поступает выходной сигнал второго детектора, зависящий от ε2. В результате этого преобразование в вычислителе сигналов, описывающихся формулами (3) и (5), дает возможность определить толщину покрытия δ с учетом изменения ε2, т.е. диэлектрической проницаемости диэлектрического покрытия.According to the proposed technical solution, the signal received at the output of the first detector, which depends on changes in ε 2 and δ, is then fed to the first input of the calculator 7. At the same time, the output of the second detector, depending on ε 2, is fed to the second input of the calculator. As a result of this, the transformation in the computer of the signals described by formulas (3) and (5) makes it possible to determine the coating thickness δ taking into account the change in ε 2 , i.e. dielectric constant of dielectric coating.

Таким образом, в заявляемом техническом решении показано, что преобразованием напряженностей электрических полей отраженных волн от двух границ раздела сред можно обеспечить повышение точности измерения диэлектрического покрытия.Thus, in the claimed technical solution, it is shown that by converting the electric field strengths of the reflected waves from two media interfaces, it is possible to increase the accuracy of measuring the dielectric coating.

Claims (1)

Устройство для измерения толщины диэлектрического покрытия, нанесенного на диэлектрическую основу, содержащее генератор электромагнитных колебаний, соединенный выходом с излучателем, первый приемник, подключенный ко входу первого детектора, излучатель и первый приемник выполнены в виде зеркальных антенн и расположены в одной плоскости на одном расстоянии от контролируемого покрытия, отличающееся тем, что в него введены второй детектор, вычислитель и второй приемник, выполненный в виде зеркальной антенны и расположенный вместе с излучателем и первым приемником в одной плоскости на одном расстоянии от контролируемого покрытия, причем второй приемник подключен ко входу второго детектора, выход которого соединен с первым входом вычислителя, второй вход вычислителя подключен к выходу первого детектора. A device for measuring the thickness of a dielectric coating deposited on a dielectric base containing an electromagnetic oscillation generator connected to the output of the emitter, a first receiver connected to the input of the first detector, the emitter and the first receiver are made in the form of mirror antennas and are located in the same plane at the same distance from the controlled coating, characterized in that it introduced a second detector, calculator and a second receiver, made in the form of a mirror antenna and located along with the radiation the sensor and the first receiver in the same plane at the same distance from the controlled coating, the second receiver connected to the input of the second detector, the output of which is connected to the first input of the computer, the second input of the computer is connected to the output of the first detector.
RU2009148605/28A 2009-12-28 2009-12-28 Apparatus for measuring thickness of dielectric coating RU2413180C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009148605/28A RU2413180C1 (en) 2009-12-28 2009-12-28 Apparatus for measuring thickness of dielectric coating

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009148605/28A RU2413180C1 (en) 2009-12-28 2009-12-28 Apparatus for measuring thickness of dielectric coating

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2413180C1 true RU2413180C1 (en) 2011-02-27

Family

ID=46310677

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009148605/28A RU2413180C1 (en) 2009-12-28 2009-12-28 Apparatus for measuring thickness of dielectric coating

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2413180C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102042844B (en) Sound surface wave measuring sensor and parameter analytical method
RU2615195C1 (en) Method of measuring distance in multiple wells
CN106772393B (en) A kind of improved ultrasonic ranging method based on flight time detection
US10180342B2 (en) Level finding using multiple search steps
CN109669075B (en) Dielectric complex dielectric constant nondestructive reflection measurement method based on open rectangular waveguide
CN201837405U (en) Surface acoustic wave measuring sensor
CN103261854B (en) The determination of the dielectric property when level gauging
WO2016174675A2 (en) System devise and methods for measuring substances' dielectric properties using microwave sensors
Pinel et al. Influence of layer roughness for road survey by ground penetrating radar at nadir: theoretical study
Hua et al. A low-cost dynamic range-finding device based on amplitude-modulated continuous ultrasonic wave
RU2413180C1 (en) Apparatus for measuring thickness of dielectric coating
RU156519U1 (en) DEVICE FOR CONTACTLESS CONTROL OF ELECTROMAGNETIC PARAMETERS OF THIN FILMS AND NANOMATERIALS
CN104280458A (en) Quantitative evaluation method for detecting hole type defect by adopting ultrasonic phased array
Hartikainen et al. Algorithm to process the stepped frequency radar signal for a thin road surface application
Assous et al. Short pulse multi-frequency phase-based time delay estimation
Cai et al. Identification method of circumferential declination based on amplitude reduction of pipeline ultrasonic internal inspection signals
RU2434242C1 (en) Method of measuring distance and radio range finder with frequency modulation of probing radio waves (versions)
Baghdasaryan et al. Enhancement of air-ground matching by means of a chirped multilayer structure: Electromagnetic modeling with the method of single expression
Win et al. Ultrasonic system approach to obstacle detection and edge detection
Taheri et al. Correlation-based UWB radar for thin layer resolution
RU2410713C2 (en) Method of detecting range-extended target and device for realising said method
RU2332658C1 (en) Device to measure dielectric covering thickness
RU2350901C1 (en) Method for detection of dielectric coat thickness
RU2421758C1 (en) Method of determining geometrical and electrophysical parameters of plane layered medium
Shintani et al. Distance detection to a human body via a sensing technique based on changes of antenna characteristics

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181229