RU92545U1 - DEVICE FOR DETERMINING THE DENSITY OF A SURFACE ELECTRIC CHARGE OF HETEROGENEOUS STRUCTURES ON THE EARTHED CONDUCTING SUBSTRATE - Google Patents
DEVICE FOR DETERMINING THE DENSITY OF A SURFACE ELECTRIC CHARGE OF HETEROGENEOUS STRUCTURES ON THE EARTHED CONDUCTING SUBSTRATE Download PDFInfo
- Publication number
- RU92545U1 RU92545U1 RU2009138866/22U RU2009138866U RU92545U1 RU 92545 U1 RU92545 U1 RU 92545U1 RU 2009138866/22 U RU2009138866/22 U RU 2009138866/22U RU 2009138866 U RU2009138866 U RU 2009138866U RU 92545 U1 RU92545 U1 RU 92545U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radio frequency
- voltage
- probe
- source
- substrate
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Устройство для определения плотности поверхностного электрического заряда гетерогенных структур на заземленной проводящей подложке, содержащее зонд, расположенный над заряженной поверхностью исследуемого образца, соединенный электрически с измерителем индуцированного напряжения, который состоит из заграждающего фильтра относительно радиочастоты, соединенного последовательно с селективным усилителем моделирующей частоты и индикатора, кроме того, в измеритель индуцированного напряжения включены последовательно соединенные избирательный фильтр, настроенный на радиочастоту, детектор, усилитель низкой частоты и индикатор выпрямленного напряжения, причем избирательный фильтр, настроенный на радиочастоту, параллельно соединен с заграждающим фильтром относительно радиочастоты, механически зонд соединен с вибратором звуковой или ультразвуковой частот, обеспечивающим периодическое перемещение зонда по нормали к слою исследуемого образца с определенной амплитудой, заземленная проводящая подложка соединена с источником переменного гармонического напряжения радиочастоты с вольтметром, отличающееся тем, что дополнительно устройство снабжено источником постоянного регулируемого напряжения с вольтметром, соединенным гальванически с подложкой с возможностью изменения полярности, а источник переменного гармонического напряжения радиочастоты соединен электрически с подложкой через разделительный конденсатор.A device for determining the density of the surface electric charge of heterogeneous structures on a grounded conductive substrate, containing a probe located above the charged surface of the test sample, electrically connected to an induced voltage meter, which consists of a trap filter relative to the radio frequency, connected in series with a selective modeling frequency amplifier and an indicator, except In addition, in series with the induced voltage meter a tuned filter tuned to the radio frequency, a detector, a low-frequency amplifier and a rectified voltage indicator, moreover, a selective filter tuned to the radio frequency is connected in parallel with the blocking filter relative to the radio frequency, the probe is mechanically connected to a vibrator of sound or ultrasonic frequencies, providing periodic probe movement along the normal to a layer of the test sample with a certain amplitude, the grounded conductive substrate is connected to a source of alternating harmonic voltage p diochastoty to a voltmeter, characterized in that the device further is provided with an adjustable source of DC voltage with a voltmeter connected electrically with the substrate, with the polarity inversion, and the source of radio frequency alternating harmonic voltage is electrically connected to the substrate via a capacitor.
Description
Полезная модель относиться к измерительной технике и предназначена для определения плотности заряда и его результирующей величины на каждой из заряженных поверхностей веществ имеющих гетерогенную структуру. Оно может использоваться как при проведении научных исследованиях, так и в производственных условиях контроля выпускаемой продукции.The utility model relates to measuring technique and is intended to determine the charge density and its resulting value on each of the charged surfaces of substances with a heterogeneous structure. It can be used both in scientific research and in production conditions for the control of products.
Известно устройство для измерения поверхностной плотности зарядов (А.С. №418815). Оно содержит электрод и индикатор, подключенный к электрической схеме преобразования сигнала измеряемой плотности. Воспринимающий электрод выполнен в виде последовательно соединенных коллектора, изолирующей шайбы и слоя люминофора, нанесенного на светопроницаемую основу, а электрическая схема - в виде моста с фоторезистором, расположенным в непосредственной близости от основы воспринимающего электрода. В этом устройстве используется явление электростатической индукции, в результате которого на измерительном плоском электроде - зонде индуцируется заряд, пропорциональный плотности поверхностного зарядаA device for measuring the surface density of charges (AS No. 4188815). It contains an electrode and an indicator connected to an electrical circuit for converting a signal of a measured density. The sensing electrode is made in the form of a collector connected in series, an insulating washer and a phosphor layer deposited on a translucent base, and the electrical circuit is in the form of a bridge with a photoresistor located in close proximity to the base of the receiving electrode. This device uses the phenomenon of electrostatic induction, as a result of which a charge is proportional to the density of the surface charge on the measuring flat electrode probe
, ,
где σ - поверхностная плотность заряда, S - площадь зонда, Н - толщина слоя, h - расстояние от зонда до заряженной поверхности слоя, ε - диэлектрическая проницаемость слоя. Обычно индуцированный на зонде заряд преобразуется в переменный электрический ток за счет перемещения зонда по нормали к заряженной поверхности по гармоническому закону за счет вибрации зонда (h=h0+Δhsinωt), что облегчает процесс измеренийwhere σ is the surface charge density, S is the probe area, H is the layer thickness, h is the distance from the probe to the charged surface of the layer, ε is the dielectric constant of the layer. Usually, the charge induced on the probe is converted into alternating electric current due to the probe moving along the normal to the charged surface according to the harmonic law due to probe vibration (h = h 0 + Δhsinωt), which facilitates the measurement process
. .
Недостатком является то, что оно определяет только величину поверхностного заряда исследуемого образца и не позволяет учитывать геометрические параметры слоя исследуемого образца.The disadvantage is that it determines only the surface charge of the test sample and does not allow to take into account the geometric parameters of the layer of the test sample.
Известно также устройство для бесконтактного измерения электрического потенциала заряженной поверхности (А.С. №1138765), содержащее электропроводящую подложку, металлический электрод, источник переменного напряжения, усилитель, к верху которого подключен демодулятор и конденсатор, включенный между входом усилителя и шиной нулевого потенциала. В него также введен МДП-диод, включенный между металлическим электродом и входом усилителя, источник одного напряжения и дифференциальный усилитель постоянного напряжения, первый вход которого подключен к выходу демодулятора, второй вход - к источнику опорного напряжения, а источник переменного напряжения включен между выходом дифференциального усилителя постоянного напряжения и электропроводящей подложкой. В этом устройстве используется параметрическое преобразование индуцированного на зонде заряда в электрический ток за счет изменения по гармоническому закону входной емкости индикатора.It is also known a device for non-contact measurement of the electric potential of a charged surface (AS No. 1138765), containing an electrically conductive substrate, a metal electrode, an AC voltage source, an amplifier, to the top of which a demodulator and a capacitor are connected, connected between the amplifier input and the zero potential bus. It also introduces an MIS diode connected between the metal electrode and the input of the amplifier, a single voltage source and a DC differential amplifier, the first input of which is connected to the output of the demodulator, the second input is connected to the reference voltage source, and the AC voltage source is connected between the output of the differential amplifier DC voltage and electrically conductive substrate. This device uses the parametric conversion of the charge induced on the probe into electric current due to a change in the input capacitance of the indicator according to the harmonic law.
Недостатком является также то, что устройство не позволяет учитывать влияние электрофизических и геометрических параметров слоя исследуемого образца на результат измерений.The disadvantage is that the device does not allow to take into account the influence of electrophysical and geometric parameters of the layer of the sample under study on the measurement result.
Наиболее близким к заявляемому объекту является устройство для измерения заряда электретов (прототип - А.С. №921322). Оно содержит измерительные электроды, один из которых, через преобразователь индуцированного заряда и селективный усилитель моделирующей частоты, включающий заграждающий фильтр относительно радиочастоты, соединен с первым детектором, связанным по цепи опорного напряжения с преобразователем индуцированного заряда. Этот измерительный электрод вместе с преобразователем индуцированного заряда является зондом. А второй измерительный электрод является проводящей подложкой, он соединен с источником напряжения. Также устройство содержит индикатор, соединенные последовательно полосовой избирательный фильтр, настроенный на радиочастоту включающий усилитель, второй детектор и блок сравнения. Причем вход полосового фильтра подключен к выходу преобразователя индуцированного заряда, вход первого детектора подключен ко второму входу блока сравнения, выход блока сравнения соединен с индикатором, а в качестве источника переменного гармонического напряжения применен генератор переменного напряжения. В этом устройстве в отклике зондовой системы может быть учтена только амплитуда колебаний зонда, вызванных включенным в зонд вибратором, обеспечивающего преобразование индуцированного в цепи зонда заряда в электрический ток.Closest to the claimed object is a device for measuring the charge of electrets (prototype - A.S. No. 921322). It contains measuring electrodes, one of which, through an induced charge converter and a selective modeling frequency amplifier, including a blocking filter relative to the radio frequency, is connected to the first detector connected via a reference voltage circuit to the induced charge converter. This measuring electrode, together with the induced charge converter, is a probe. And the second measuring electrode is a conductive substrate, it is connected to a voltage source. The device also contains an indicator connected in series with a band-pass selective filter tuned to a radio frequency including an amplifier, a second detector and a comparison unit. Moreover, the input of the bandpass filter is connected to the output of the induced charge converter, the input of the first detector is connected to the second input of the comparison unit, the output of the comparison unit is connected to an indicator, and an alternating voltage generator is used as a source of alternating harmonic voltage. In this device, in the response of the probe system, only the amplitude of the probe oscillations caused by the vibrator included in the probe can be taken into account, which ensures the conversion of the charge induced in the probe circuit into an electric current.
Недостатком устройства по прототипу является то, что оно измеряет только величину поверхностного заряда, но не учитывает электрофизические параметры, в частности диэлектрическую проницаемость слоя исследуемого образца, и геометрические параметры, такие как толщину и расстояние от зонда до заряженной поверхности исследуемого образца.The disadvantage of the prototype device is that it measures only the surface charge, but does not take into account the electrophysical parameters, in particular the dielectric constant of the layer of the test sample, and geometric parameters, such as the thickness and distance from the probe to the charged surface of the test sample.
Технической задачей является создание устройства, позволяющего получить информацию о дополнительном параметре слоя исследуемого образца, за счет чего повысить информативность электроемкостной системы.The technical task is to create a device that allows you to obtain information about an additional parameter of the layer of the studied sample, thereby increasing the information content of the electric capacitive system.
Техническая задача решается тем, что устройство для определения плотности поверхностного электрического заряда гетерогенных структур на заземленной проводящей подложке, содержит зонд, расположенный над заряженной поверхностью исследуемого образца, соединенный электрически с измерителем индуцированного напряжения, который состоит из заграждающего фильтра относительно радиочастоты соединенного последовательно с селективным усилителем моделирующей частоты и индикатора, кроме того в измеритель индуцированного напряжения включены последовательно соединенные избирательный фильтр, настроенный на радиочастоту, детектор, усилитель низкой частоты и индикатор выпрямленного напряжения, причем избирательный фильтр, настроенный на радиочастоту параллельно соединен с заграждающим фильтром относительно радиочастоты, механически зонд соединен с вибратором звуковой или ультразвуковой частот, обеспечивающим периодическое перемещение зонда по нормали к слою исследуемого образца с определенной амплитудой, заземленная проводящая подложка соединена с источником переменного гармонического напряжения радиочастоты с вольтметром, согласно полезной модели устройство снабжено источником постоянного регулируемого напряжения с вольтметром, соединенным гальванически с подложкой с возможностью изменения полярности, а источник переменного гармонического напряжения радиочастоты соединен электрически с подложкой через разделительный конденсатор.The technical problem is solved in that the device for determining the density of the surface electric charge of heterogeneous structures on a grounded conductive substrate contains a probe located above the charged surface of the test sample, electrically connected to an induced voltage meter, which consists of a trap filter relative to the radio frequency connected in series with a selective amplifier modeling frequency and indicator, in addition to the induced voltage meter included a selective filter tuned to a radio frequency, a detector, a low-frequency amplifier, and a rectified voltage indicator connected in series, the selective filter tuned to a radio frequency being connected in parallel with a trap filter relative to the radio frequency, a mechanical probe connected to a vibrator of sound or ultrasonic frequencies, providing periodic probe movement along the normal to the layer of the test sample with a certain amplitude, a grounded conductive substrate is connected to a source of changes th harmonic RF voltage with a voltmeter, useful according to the model device is provided with a DC regulated voltage to a voltmeter which is connected electrically with the substrate, with the polarity inversion, and the source of radio frequency alternating harmonic voltage is electrically connected to the substrate via a capacitor.
Отличием предлагаемой полезной модели от прототипа является то, что устройство снабжено источником постоянного регулируемого напряжения с вольтметром, соединенным гальванически с подложкой с возможностью изменения полярности, а источник переменного гармонического напряжения радиочастоты соединен электрически с подложкой через разделительный конденсатор.The difference between the proposed utility model and the prototype is that the device is equipped with a constant voltage source with a voltmeter connected galvanically to the substrate with the possibility of changing polarity, and the source of alternating harmonic voltage of the radio frequency is connected electrically to the substrate through an isolation capacitor.
На фигуре изображена схема устройства для определения плотности поверхностного электрического заряда гетерогенных структур на заземленной проводящей подложке.The figure shows a diagram of a device for determining the density of the surface electric charge of heterogeneous structures on a grounded conductive substrate.
Устройство содержит зонд 1, соединенный электрически с измерителем индуцированного напряжения, который состоит из заграждающего фильтра 2 относительно радиочастоты соединенного последовательно с селективным усилителем 3 моделирующей частоты и индикатора 4, кроме того в измеритель индуцированного напряжения включены последовательно соединенные избирательный фильтр 5, настроенный на радиочастоту, детектор 6, усилитель 7 низкой частоты и индикатор 8 выпрямленного напряжения, причем избирательный фильтр 5, настроенный на радиочастоту параллельно соединен с заграждающим фильтром 2 относительно радиочастоты, механически зонд 1 соединен с вибратором 9 звуковой или ультразвуковой частот, обеспечивающим периодическое перемещение зонда 1 по нормали к слою исследуемого образца 16 с определенной амплитудой, заземленная проводящая подложка 10 соединена с источником 12 переменного гармонического напряжения радиочастоты с вольтметром 13, согласно полезной модели устройство снабжено источником 14 постоянного регулируемого напряжения с вольтметром 15, соединенным гальванически с подложкой 10 с возможностью изменения полярности, а источник 12 переменного гармонического напряжения радиочастоты соединен электрически с подложкой через разделительный конденсатор 11.The device includes a probe 1, electrically connected to an induced voltage meter, which consists of a blocking filter 2 relative to the radio frequency connected in series with a selective amplifier 3 of the modeling frequency and indicator 4, in addition, a selective filter 5 tuned to a radio frequency is included in the meter of induced voltage, a detector 6, a low-frequency amplifier 7 and a rectified voltage indicator 8, wherein a selective filter 5 tuned to the radio frequency of the pairs it is connected to the blocking filter 2 with respect to the radio frequency, mechanically the probe 1 is connected to a vibrator 9 of sound or ultrasonic frequencies, providing periodic movement of the probe 1 along the normal to the layer of the sample 16 with a certain amplitude, the grounded conductive substrate 10 is connected to a source 12 of alternating harmonic voltage of the radio frequency with a voltmeter 13, according to a utility model, the device is equipped with a source 14 of constant adjustable voltage with a voltmeter 15 connected galvanically to a ozhkoy 10 capable of changing polarity, and the source 12 of alternating radio frequency harmonic voltage is electrically connected to the substrate via a capacitor 11.
Устройство работает следующим образом. Зонд 1 вибрирует по нормали к исследуемому образцу 16 с помощью вибратора 9. На подложке 10 действуют одновременно постоянное напряжение источника 14, измеряемое вольтметром 15 и переменное напряжение радиочастоты генератора 12 с вольтметром 13 отделенным от цепи постоянного напряжения конденсатором 11. В цепи зонда 1 индуцируется заряд, определяемый гармонической составляющей частоты Ω и амплитудно-модулируемым сигналом с несущей радиочастотой и моделирующей вибратора 9.The device operates as follows. The probe 1 vibrates normal to the test sample 16 using a vibrator 9. At the same time, the constant voltage of the source 14, measured by a voltmeter 15 and the alternating voltage of the radio frequency of the generator 12 with the voltmeter 13 separated from the DC voltage circuit of the capacitor 11, is simultaneously acting on the substrate 10. , determined by the harmonic component of the frequency Ω and the amplitude-modulated signal with a carrier radio frequency and a modeling vibrator 9.
Входное напряжение на селективном усилителе 5 и заграждающем фильтре 2 равноThe input voltage to the selective amplifier 5 and the blocking filter 2 is equal to
На выходе усилителя 3 будет действовать переменное напряжение, измеряемое индикатором 4, с амплитудойAt the output of amplifier 3, an alternating voltage, measured by indicator 4, with an amplitude
а на выходе усилителя 5 амплитуда несущей частоты равнаand at the output of amplifier 5, the amplitude of the carrier frequency is
После детектирования 6 напряжение модулирующей частоты усиливается и на выходе 7 действует напряжение, измеряемое индикатором 8, с амплитудойAfter detecting 6, the voltage of the modulating frequency is amplified and at the output 7 there is a voltage measured by indicator 8 with amplitude
Из (1) при U=0 следуетFrom (1) for U = 0 it follows
ОткудаWhere from
То есть, для измерения плотности заряда по поверхности слоя 16 кроме известных Uвых(Ω), Свх и К(Ω) необходима информация о толщине слоя Н, его диэлектрической проницаемости ε, расстоянии от зонда до слоя h0 и амплитуде вибрации Δh.That is, to measure the charge density on the surface of the layer 16, in addition to the known U o (Ω), C in and K (Ω), information is required on the thickness of the layer H, its dielectric constant ε, the distance from the probe to the layer h 0 and the vibration amplitude Δh.
Зависимость результата измерений от h и Δh исключается за счет компенсации действия поверхностного заряда напряжение источника 14 и поэтомуThe dependence of the measurement result on h and Δh is eliminated by compensating for the effect of the surface charge, the voltage of the source 14, and therefore
σSH-εε0SU=0σSH-εε 0 SU = 0
ИлиOr
. .
Диэлектрическая проницаемость выражается из (3)The dielectric constant is expressed from (3)
, ,
где все величины известны, кроме h0 и Н, которые, как правило, заданы.where all quantities are known, except h 0 and H, which are usually given.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009138866/22U RU92545U1 (en) | 2009-10-20 | 2009-10-20 | DEVICE FOR DETERMINING THE DENSITY OF A SURFACE ELECTRIC CHARGE OF HETEROGENEOUS STRUCTURES ON THE EARTHED CONDUCTING SUBSTRATE |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009138866/22U RU92545U1 (en) | 2009-10-20 | 2009-10-20 | DEVICE FOR DETERMINING THE DENSITY OF A SURFACE ELECTRIC CHARGE OF HETEROGENEOUS STRUCTURES ON THE EARTHED CONDUCTING SUBSTRATE |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU92545U1 true RU92545U1 (en) | 2010-03-20 |
Family
ID=42137806
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009138866/22U RU92545U1 (en) | 2009-10-20 | 2009-10-20 | DEVICE FOR DETERMINING THE DENSITY OF A SURFACE ELECTRIC CHARGE OF HETEROGENEOUS STRUCTURES ON THE EARTHED CONDUCTING SUBSTRATE |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU92545U1 (en) |
-
2009
- 2009-10-20 RU RU2009138866/22U patent/RU92545U1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11209480B2 (en) | Non-contact DC voltage measurement device with oscillating sensor | |
CN101629925B (en) | Method and device for measuring the conductivity of a pure or ultrarapture liquid | |
CN103605008A (en) | System and method for measuring high voltage cable space charges based on electroacoustic pulse method | |
JP4971504B2 (en) | Sensor device for capacitively detecting intervals | |
CN108534887B (en) | Vibration measuring device based on graphene film displacement sensing | |
JP4488400B2 (en) | Impedance detection circuit | |
Das et al. | A semi-cylindrical capacitive sensor used for soil moisture measurement | |
CN107643227B (en) | Device and method for measuring density and viscosity of liquid based on quartz crystal microbalance | |
CN117665419B (en) | Ion-flow-interference-resistant resonant electrostatic field sensor and measuring device | |
JP7455009B2 (en) | Measuring device, measuring method and program | |
RU92545U1 (en) | DEVICE FOR DETERMINING THE DENSITY OF A SURFACE ELECTRIC CHARGE OF HETEROGENEOUS STRUCTURES ON THE EARTHED CONDUCTING SUBSTRATE | |
CN101782418A (en) | Non-contact capacitance liquid level meter | |
JPS5818102A (en) | Capacitive displacement gauge | |
CN103460057A (en) | Method for the contactless determination of an electrical potential using an oscillating electrode, and device | |
CN102692544B (en) | Electrostatic voltage measurement device and method | |
Babu et al. | Design of a low cost signal conditioning circuit for self-compensated non contact capacitive type multi threshold liquid level sensor | |
JP6171866B2 (en) | Distance sensor | |
JP6486644B2 (en) | Voltage detection method | |
RU2069863C1 (en) | Analyzer of gas, liquid and loose media | |
JP2016099207A (en) | Voltage measuring device | |
CN103604995B (en) | A kind of electrode polarization correction method measured for fluid impedance | |
RU2231804C1 (en) | Method for measurement of parameters residual charge of flat dielectrics | |
RU2397515C1 (en) | Device for measuring atmospheric electrical conductivity | |
Danyluk et al. | Kelvin probe’s stray capacitance and noise simulation | |
RU133319U1 (en) | RESIDUAL ELECTRICITY METER FOR DIELECTRIC MATERIALS |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20100326 |