SU1095101A1 - Устройство дл контрол многослойных диэлектриков - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ, содержащее автогенератор, два образцовых генератора, автоматический переключатель , два неподвижных контакта которого соединены с выходами образцовьк генераторов соответственно, смеситель, один из входов которого соединен с выходом автогенератора, а другой - с подвижным контактом автоматического переключател , последовательно подключенные к выходу смесител  полосовой фильтр, частотный детектор, низкочастотный усилитель , синхронный детектор, первый интегратор, микропроцессор и индикатор , а также генератор синхросигнала , выход которого соединен с управл ющим входом автоматического переключател  и с синхронизирующим входом микропроцессора, многоканальный коммутатор из (п-1) основных переключателей, управл ющие входы которых соединены с (r-k) коммутирующими выходами микропроцессора соответственно, одна группа из (n-k) одноименных неподвижных контактов соединена с врем задающей цепью автогенератора, а друга  группа из (п-1) одноименньц неподвижных контактов подключена к общей шине устройства, и измерительный датчик, представл ющий собой накладной измерительный конденсатор и имеющий диэлектрическое основание, на котором размещены выполненные в В1оде компланарных концентрических колец электроды, один из которых, внешний, соединен с корпусом устройства, а внутренние электроды, число которых (п-К) равно количеству слоев § контролируемого объекта, соединены с соответствующими подвижными кон (Л тактами- основных переключателей многоканального коммутатора, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерени  малых приращений емкости при селективном контроле диэлектрических параметров слоистых сред с получением информа ции о каждом слое в отдельности, в ел него дополнительно введены управл емый фазоинвертор, выход которого cofдинен с опорным входом синхронного детектора, а сигнальный и задающий входы соединены соответственно с вьгхо дом генератора синхросигнала и программным выходом микропроцессбра, второй интегратор, выход которого соединен с корректирующим входом автогенератора , прерыватель, выход которого соединен с входом второго интегратора , сигнальный вход подключен к выходу синхронного детектора, а управл ющий вход - к стробирующему выходу микропроцессора, образцоый датчик и дополнительный пере

Description

ключатель, управл юпщй вход которого соединен с N-M коммутируюпц1м выходом микропроцессора, неподвижные контакты подключены параллельно одноименным неподвижным контактам многоканального коммутатора соответственно , к врем задающей цепи автогенератора и к общей шине устройства , а подвижный контакт соединен с первым выводом образцового датчика, второй вывод которого соединен с

общей шиной устройства. о

Изобретение Относитс  к средствам неразрушающег.о контрол  композиционных диэлектрических материалов , веществ и изделий, в частности многослойных диэлектриков, и может быть использовано дл  исследовани  диэлектрических характеристик слоистых сред и в производстве многослойных материалов на основе диэлектрико дл  контрол  технологических параметров , св занных с их диэлектрическими св.ойствами. Известно устройство дл  многопараметрического контрол  физических характеристик композиционных материа лов, основанное на измерении разност диэлектрических параметров различных участков или слоев объекта и получении информации о каждом из них в отдельности и содержащее задающий тракт с генератором качающейс  частоты и широкополосный тракт преобразовани  информационных сигналов и установленные в различных зонах контролируемого объекта измерительны датчики, многоканальньпЧ коммутатор, микропроцессор и индикатор f 1 . Однако это устройство не позвол ет получить достаточно точных измерений из-за нелинейности амплитудночастотной характеристики широкополосного приемно-усилительного тракта а также температурно-временной нестабильности параметров элементов задакнцей части и изменени  информативных , параметров объекта под вли нием температуры и других побочных факторов, что вносит дополнительную погрешность при измерении малых приращений емкости, св занных с дизлект рическими параметрами контролируемог объекта. Наиболее близким к предложенному по технической сущности  лл етс  устройство, предназначенное дл  многопараметрического контрол  диэлектрических параметров слоистых сред, основанное на измерении разности параметров накладного электрического конденсатора, емкость которого периодически измен етс  между двум  крайними значени ми при варьировании глубины проникновени  электрического пол  в исследуемый материал, и содержащее автогенератор и два образцовых генератора, автоматический переключатель , неподвижные контакты которого соединены с выходами образцовых генераторов соответственно, смеситель, один из входов которого соединен с выходом автогенератора, а другой - с подвижным контактом автоматического переключател , последовательно подключенные к выходу смесител  измеритель частоты с отдельно выведенным блоком сброса показаний и индикатор, а также коммутатор, один из неподвижных контактов которого подключен к врем задающей цепи автогенератора, а другой соединен с корпусом устройства, микропроцессор , коммутирующие выходы которого соединены с управл ющими входами коммутатора и автоматического переключател  соответственно, и измерительный датчик, представл ющий собой накладной измерительный конденсатор и имеющий диэлектрическое основание , на котором размещены два основных электрода, посто нно подключенйых к корпусу устройства и к врем задающей цепи автогенератора соответственно,и по меньшей мере один дополнительный электрод, соединенный с подвижным контактом коммутатора , причем частота одного из образцовых генераторов выше, а другого ниже частоты автогенератора С 2 . Недостатком.известного устройства  вл етс  невысока  точность измерени  малых приращений емкости вследствие погрешностей из-за нелинейности аналого-цифрового преобразо вани  малых по уровню сигналов и сложности их масштабировани , а также вследствие использовани  пассивной компенсации температурного дрейфа параметров датчика. Цель изобретени  - повышение точности измерени  малых приращений емкости при селективном контроле диэлектрических параметров слоистых сред с получением информации о каждом слое в отдельности. Поставленна  цель достигаетс  тем что в устройство дл  мноГопараметрического контрол  многослойных диэлектриков, содержащее автогенератор , два образцовых генератора, автоматический переключатель, два неподвижных контакта которого соединены с выходами образцовых генераторов соответственно, смеситель, один из входов которого соединен с выходо автогенератора, а другой - с подвижным контактом автоматического переключател , последовательно подключенные к выходу смесител  полосовой фильтр, частотный детектор, низкочастотный усилитель, синхронный детектор , первый интегратор, микропроцессор и индикатор, а также генератор синхросигнала, выход которого соединен с управл кнцим входом автоматического переключател  и с синхронизирующим входом микропроцессора , многоканальный коммутатор из (п-1) основных переключателей, управл ющие входы которых соединены с (h-1) коммутирующими выходами микропроцессора соответственно, одна груп па из {п-)с) одноименных неподвижных контактов соединена с врем задающей цепью автогенератора, а друга  группа из (п-1) одноименных неподвижных контактов подключена к общей шипе устройства, и измерительный датчик, представл ющий собой накладной измерительный конденсатор и имеюш 1й диэлектрическое основание, на котором размещены выполненные в виде компланарных концентрических колец электроды , один из которых, внешний, соединен с корпусом устройства, а внутренние электроды, число которых (n-tc) равно количеству слоев контролируемого объекта, соединены с соответствуюпщми подвижными контактами основных переключателей MHoroKaf

лини ) и прерывател  (2 э,пр моугольные импульсы), на управл ющих входах основных (За - Зг) и дополнительного (ЗЭ) переключателей многоканального коммутатора.

Дл  упрощени  на фиг. 1 - 4 иллюстрируетс  частный случай селективного контрол  диэлектрических 014 нального коммутатора, дополнительно введены управл емый фазоинвертор, выход которого соединен с опорным входом синхронного детектора, а сиг нальный и задающий входы соединены соответственно с выходом генератора синхросигнала и программным выходом микропроцессора, второй интегратор, выход которого соединен с корректирук цим входом автогенератора, прерыватель , выход которого соединен с входом второго интегратора, сигнальный вход подключен к выходу синхронного детектора, а управл кнций вход - к стробирующему выходу микропроцессора , образцовый датчик и дополнительный переключатель, управл кшщй вход которого соединен с п-м коммутирующим выходом микропроцессора , неподвижные контакты подключены параллельно одноименным неподвижным контактам г ногоканального коммутатора соответственно к врем задающей цепи автогенератора и к общей шине устройства, а подвижный контакт соединен с первым вьгоодом образцового датчика, второй вывод которого соединен с общей шиной устройства. На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2о(- спектр несущих частот выходных сигналов авто- генератора, двух образцовых генераторов и несущей частоты выходного сигнала генератора синхросигнала с rapMdHHKaMH, используемыми дл  формировани  сигналов управлени  и коммутации; на фиг. 26 - 2з, а также на фиг. 3 и 4 - эпюры напр жений в различных точках схемы: на выходе генератора синхросигнала (2Б) и частотного детектора (2в), на про«граммном вькоде микропроцессора (2 г, 4а, & , 9 , ) , на выходе управл емого фазоинвертора (2d) и синхронного детектора (2е, 4б, г , е, 3), на накопительных элементах (пунктирна  лини ) и на выходе усредн ющего звена (сплошна  лини ) первого интегратора (2ж), на выходе второго интегратора (2 з, пунктирна 

параметров четырехслойного объекта с получением информации о третьем слое (отсчет ведетс  со стороны измерительного датчика, сечение которого дано на фиг. 1) - фиг. 2 и о каадом в отдельности - фиг, 4 а дл  сохранени  общности изложени  на эпюрах изображены разрывы между первыми четьфьм  тактами и последним гу-м тактом периода работы устройства, условно показывающие , что при увеличении количаства слоев в контролируемом объекте соответственно увеличитс  число тактов в указанном периоде, а его длительность возрастет на (fi-5)/ пЙ , где Tt I nS - длительность одного такта, кроме того, представленные на фиг. 2е, з, А б,г,е,зэпюры напр жений синусоидальных сигнаов изображены в пр моугольной форме.

Устройство содержит автогенератор 1, образцовые генераторы 2 и 3, змерительный датчик 4, состо щий з диэлектрического основани  5, на котором укреплены выполненные в виде компланарных концентрических колец злекзгдрд. 6, 7/ - 7, , в электрическом поле которых расположены четЕфе сло  8j,- 84 контролируемого объекта, многоканальный коммутатор 9, имеющий четыре основных переключател  9 и дополнительный переключатель 9 t автоматический переключатель 10, второй интегратор 11, смеситель 12, полосовой фильтр 13, частотный детектор 14, низкочастотный усилитель 15, синхронный детектор 16, прерыватель 17, первый интегратор 18, образцовый датчик 19, управл емый фазоинвертор 20, генератор синхросигнала 21, микропроцессор 22 и иидикатор 23.

Устройство работает следующим образом.

Гармонический сигнал зондирующей частоты ьи° с выхода автогенератора

1 подаетс  на смеситель 12. Образцовые генераторы 2 и 3, служащие источниками сигналов опорных частот ш и ujg (фиг. 2с() соответственно, с помощью автоматического переключател  10, управл емого пр моугольным напр жением частоты лшЭ (фиг. 26) генератора синхросигнала 21, поочередно подключаютс  к второму входу смесител , в результате чего на его выходе формируетс  частотно-модулированный сигнал, модулирующа  частота которого равна mn Si , а несуща  частота периодически измен етс , принима  поочередно значени  сЪ и ujj . Зондирующа  частота UJ зависит как от собственной емкости измерительного и образцового датчика 4 и 19, поочередно подключаемых к врем задакндей цепи автогенератора 1 в определенные такты работы многоканального коммутатора.9 через его основные переключатели . и дополнительный 9 соответственно, так и от диэлектрических параметров

5 соответствующей группы слоев контролируемого объекта.

Режим работы многоканального коммутатора 9 определ етс  микропроцессором 22, который преобразует

0 поступающее на синхронизирующий вход с генератора синхросигнала 21 напр жение частоты тпЯ в напр жени  кратных частот 7 и hfi , используемые дл  формировани  сигналов

коммутации (фиг. 3), которые подаютс  на управл ющие входы основных и дополнительного переключателей с соответствующих коммутирующих выходов микропроцессора и импульса

стробировани , управл ющего работой прерывател  17. В зависимости от состо ни  основных переключателей 9 внутренние электроды измерительного датчика 4  вл ютс  высокопотенциальными или низкопотенциальными . При этом электрическое поле, создаваемое комбинацией таких . электродов, проникает в контролируемый объект на глубину, завис щую от рассто ни  между соседними высокопотенциальным и низкопотенциальным электродами. Принима  во внимание указанное обсто тельство и толщину каждого из слоев 8 - В. контролируемого объекта, рассто ние между )-м и ()-м электродами выбрано так, что создаваемое между ними поле проникает на глубину If-го сло , а дл  того, чтобы собственна  емкость системы высокб- и низкопотенциальных

электродов, образующейс  при подключении первых k электродов (отсчет ведетс  от электрода наименьшего радиуса ) к врем задающей цепи автогенератора 1 и остальных (Л-1) электродов - к корпусу устройства, не измен лась, по мере роста радиуса электродов их пприна убывает и, кро-, ме того, ширина электродов должна быть гораздо меньше рассто ни  межд ними (в представленном на фиг. 1 сечении измерительного датчика последние два обсто тельства не отражены ) . Сигналы управлени  (фиг. 3), поступа  одновременно на управл ющи входы с;оответствующих переключателе 9-,- 9с, обеспечивают периодичность работы многоканального коммутатора и определ ют очередность подключен внутренних электродов 7 измери тельного датчика 4 и одного из выво дов образцового датчика 19 к врем задающей цепи автогенератора 1, При контроле четырехслойного объекта период работы коммутатора 9 длитель ностью п /S делитс  на 5 тактов длительностью / . В первый такт к врем задающей цепи автогенератора 1 через контакты переключател  9 подключаетс  электрод 7,. что соответствует высокому уровню сигнала коммутации на управл ющем входе основного переключател  9 (фиг. За), а все остальные электроды /2- 74. и образцовый датчик 19. соедин ютс  с низкопотенциальным электродом 6, что соответствует низким уровн м соответствующих сигналов коммутации (фиг. Зб- 33). При этом электрическое поле, создаваемое между высокопотенциальным 7 и низкопотенциальным 7 электродами , проникает только в глубину поверхностного сло  8., и величина приращени  собственной емкости измерительного датчика пропорциональна диэлектрической проницаемости сло  8.., , а зондирующа  частота автогенератора изменитс  соответственно на величину ли . В следующем текте работы коммутатора к врем задающей цепи автогенератора через переключатель 9 подключитс  еще один электрод 7 и,поскольку рассто ние между высокопотенциальным и низкопотенциальным электродами (электроды 7о и 7 соответственно ) возросло, создаваемое между ними поле проникает на глубину второго сло  Bj- В этом случае изменение зондирующей частоты на величину d и, обусловлено диэлектрическими параметрами поверхностного сло  8 и более глубокого сло  82- Последовательное подключение остальных вр ем  задающей электродов цепи автогенератора приведет к соот ветствующему изменению зондирующей частоты автогенератора на величину 4U/, и Ли).. В дополнительном п том такте электроды 7,-7- соедин ютс  с корпусом устройства, а к врем задающей цепи автогенератора подключаетс  с помощью дополнительного переключател  9у образцовый датчик 19, собственные параметры которого подобраны эквивалентными собственным параметрам измерительного датчика 4 (в отсутствие контролируемого объекта ) . При этом величина расстройки зондирующей частоты определ етс  тапько вли нием неинформативньпс факторов , а именно: температурный дрейф параметров образцового датчика и врем задающей цепи автогенератора, конструктивна  неидентичность датчиков 4 и 19, нестабильность питающих напр жений. По окончании дополнительного (п того) цикл работы многоканального коммутатора 9 повтор етс . Параметры датчиков 4 и 19 при начальной установке нул  (в отсутствие контролируемого объекта) должны быть согласованы с врем задающей цепью автогенератора 1 таким образом , чтобы при равенстве собственньпс емкостей датчиков и отсутствии внешних воздействий в любой из тактов коммутации выполн лось условие симметрии опорных и зондирующей частот, т.е. (фиг. 2oi) , (1 1-1 где iw - начальное значение зондирующей частоты автогенератора 1, определ емое собственными параметрами датчиков 4 и 19 и параметрами врем задающей цепи в отсутствие внешних воздействий (информативных и неинформативных Lo и ujj - несущие частоты выходных сигналов образцовых генераторов 2 и 3 соответственно. Кроме того, разнос опорных частот должен быть таким, чтобы при воздействии только информативных факторов (при введении контролируемого объекта в зону чувствительности измерительного датчика) сохран лось условие баланса частот и;2.{(и,Плш,),(а;Пли;,(), ))/ш, (2)

где /iLU:), леи, , л U),, 11 зсол - информа-, тивные приращени  зондирующей частоты автогенератора 1, определ емые диэлектрическими параметрами соответственно сло  8 , двух слоев 8 и 8-,

8, 8 и 8 и четырех

трех слоев слоев BJ,- i 5. контролируемого объекта, Чтобы получить информаи 1Ю о диэлектрических параметрах поверхностного сло  (8,), необходимо из совокупности сигналов, полученных за один период работы устройства, выделить сигнал, пропорциональный величинедои, а .например, дл  получени  информации 15 о третьем слое 8, необходимо вьщелить сигнал, пропорциональный разности абсолютных значений соответствующих информативных приращений зондирующей частоты: (l cuj|-| u,|) . Поскольку указанные побочные факторы также вли ют на параметры врем задающей цепи автогенератора , обусловлива  температурно-временную нестабильность зонди рующей частоты его, то дополнительное неинформативное изменение ее начального значени  to может привести к нарушению услови  баланса частот (2) и к существенному искажению результатов контрол . Поэтому дл  30 коррекции частоты автогенератора, осуществл емой по условию симметрии (1), используетс  сигнал, получаемый в дополнительном п том такте йри подключении образцового датчика 19. 35 Процесс селективного контрол  и получени  информации о диэлектрических параметрах третьего сло  8 и режим коррекции происходит следую- 40 щим образом. Если под вли нием неинформативных факторов (медленный температурный дрейф параметров, датчиков и врем задающей цепи автогенератора) 45 зондирующа  частота u) изменилась на величину ЛШ и сохран ет свое значение при посто нстве других факторов (информативных) в течение нескольких периодов работы. Тогда при воздействии всех внешних факторов (информативных и неинформативных ) частота автогенератора в течение одного периода работы многоканального коммутатора 9 последовательно принимает значени  (фиг.2с() u.(4u,Au;Ji

и)°-{ды 4ы |; )5-());

4 О t

W (Х1

4/

0.0, (Ъ

ЛШ. 10 г т п н н д т с га ро из зн на ча су с ни из ча ДШ, неинформативное приращение начального значени  зондирующей частоты ш° автогенератора 1, величина которого в течение некоторого времени посто нна (величина/SU)., дл  упрощени  дальнейшего описани  условно вз та со знаком +); текущее значение зондирующей частоты автогенератора , определ емое величиной приращени  duij начального значени  зондирующей частоты t обусловленного только вли нием информативных факторов на врем задающие цепи автогенератора; значени  несущей частоты выходного сигнала автогенератора , обусловленные как информативными приращени ми частоты в Г - IV тактах соответственно, так и неинформативным uui. ри этом врем , в течение котороеинформативное приращение Л wо нно (так называема  посто ндрейфа автогенератора , ), должыть гораздо больще двух периоработы многоканального коммура 9 (27f /Л ) . аким образом, на смеситель 12 тогенератора поступает квазионический сигнал, частота котопериодически с частотой mnSi н емс , последовательно принима  ени  iv, (V, (и, lu и to, а ругой вход смесител  подаетс  отно-модулированный сигнал, не  частота которого периодически стотой тпЯ принимает значеIU2 и lUj. Полосовой фильтр 13 меси частот ввдел ет разностный . отно-модулированный сигнал, модулирующа  частота которого равна m п И , а несуща  частота в каждый такт работы коммутатора 9 (т.е. за промежуток . времени 77/п 5 ) принимает периодически (с частотой nnnSi ) два значени , за ,( 1 Р V- )- , 2) () - )р4.(ди).+Д1х U,,,-U):.Wp где|й „::- среднее значение несущей частоты разностного частотномодулированного сигнала, вьздел емог полосовым фильтром 13. В выходной цепи полосового фильт ра имеетс  звено амплитудного ограничени , необходимое дл  устранени  паразитной амплитудной модулт ции разностного частотно-модулированног сигнала. Кроме того, вьщел емые полосовым фильтром разностные часто ты, а также зондирующа  частота автогенератора , опорные частоты образ цовых генераторов и частоты коммутации и управлени  должны подчин ть с  соотношению: n n2«fTinS «u p« mmfuj lOD, . (ь) Частотно-модулированный разностный сигнал поступает в частотный де тектор 14, на выходе которого образуетс  амплитудно-модулированное на пр жение пр моугольнрй формы (фиг. 2 с несущей частотой tnnS , амплитуда которого пропорциональна девиации среднего значени  разностной частот Л р за период IT/nS2 (за один такт т.е. амплитуда напр жени  на выход частотного детектора в первые четыре такта работы коммутатора 9 опред л етс  суммарным воздействием инфор мативного фактора, соответствующего данному такту, и всех неинформативных (см. соотношени  4), а при под ключении образцового датчика 19, собственные параметры которого экви валентны собственным параметрам измерительного датчика 4, амплитуда напр жени  на выходе детектора 14 определ етс  только неинформативными факторами (CH. соотношение 5). Низкочастотный усилитель 15, настро енный на пЁрвую гармонику частоты 1 1 вис щие от разности частот выходного сигнала автогенератора и частот и lAJj образцовых генераторов , поступающих на смеситель в I. - ii такты соответственно (фиг. 2а). . ( .йр-(и)4Ли;) -ш - Ы шр-(ДU)-t-Д 01) )p-(utx)Aio) u.-u,.u)p-4U) , из пр моугольного амплитудно-модулированного напр жени  выдел ет синусоидальный сигнал, амплитуда которого в каждом из тактов пропорциональна алгебраической сумме неинформативного приращени  Л1л и соответствующему дaннoky такту информативного приращени  частоты ав-/ тогенератора, а именно ), . ), U,.:k|dW,+ 4UJ. I у э 1с i ) U5--1 |Au; | , k - результирующий коэффициент преобразовани  -цепи элементов 12-15; Ц-и значени  амплитуды выходного сигнала (амппитудномодулированного ) низко tjfacTOTHoro усилител  15 в 1, | , Ш , IV , V такты соответственно . Амплитудно-модулированный синусоидальный сигнал, содержащий информацию о диэлектрических параметрах всех слоев контролируемого объекта, полученную в результате послойного зондировани , поступает в синхронный детектор 16, на опорный вход которого подаетс  напр жение той же частот tvwИ (фиг. ) , вырабатываемое генератором синхросигнала 21. Дл  получени  информации о диэлектрических параметрах сло  8 необходимо вьщвлить сигнал, амплитуда которого пропорциональна величине разности информативных приращений зондирующей частоты Чо автогенератора 1, возникающих соответственно во fi и W такты работы устройства, т.е , уровень посто нна вьвсоде первого него напр жени  интегратора 18 должен бють пропорционален величине (см. соотношение 7) MH 3|-H-,I) дл  чего фаза напр жени  частоты .тпЯ, поступающего в I, 5, V данного периода работы коммутатора 9 (Я /57 ) на опорный вход синхронного детектора 16 с выхода генератора синхросигнала 21, должна быть сдвинута в те же такты очеред ного периода на Т80° а фазы указанного напр жени  во IJ и Ж та тах, остава сь в каждом из периодов jr/S7 посто нными, должны быть сдвинуты между собой в одном и том же периоде на 180°. Дл  удовлетворени  этих условий между выходом генератора синхросигнала 21 и опор ным входом ттетектора 16 включен уп равл емый фазоинвертор 20, на зада «нций вход которого с программного выхода микропроцессора 22 поступает соответствующий кодовый сигнал (фиг. 2i). Высокий и низкий уровни кодового сигнала, череду сь в посл довательности, устанавливаемой микр процессором по алгоритму получени  заданного результата (информации о слое 8э), обеспечивают прохождение на опорный вход синхронного де тектора 16 пр мого и инверсного напр жений частоты с генератора син хросигнала 21 . После синхронного детектировани  входного синусоидального сигнала, изменени  амплитуды которого (в соответствующие тaкtы) несут информацию о диэлектрических параметрах каждого из слоев контролируемого объекта и одновременно обо всех информативных факторах, вли ющих на частоту автогенератора, на выход детектора 16 по витс  напр жение в виде пакетов выпр мленных полувол синусоиды частоты п1пЯ,,амплитуда которых в каждом из тактов (длител ностью /пй ) определ етс  амплит дой входного синусовдального сигна в соответствующих тактах, а пол рность полуволн в пакете зависит от фазы напр жени  той же частоты (тиЛ) в опорной цепи детектора, и 1 . 14 в данном случае (фиг. 2с) пакет, соответствующий W такту каждого периода (J/S ),.содержит полуволны синусоиды отрицательного знака, а пакет, соответствующий такту каждого периста - полуволны положительного знака, во всех остальных тактах (1,61 и 9 ) полуволны синусоиды имеют положительный знак в одном периоде и отрицательный - в следующем. Пакетное разнопол рное напр жение (фиг. 2 е), поступа  на первый интегратор 18, вызовет периодический процесс перезар да его накопительных злементов, при этом все составл кнцие зар да равной амплитуды, но чередующейс  пол рности, взаимокомпенсируютс , вследствие чего уровень пульсирующего напр жени , усредненного на выходе интегратора (фиг-,2) за два периода работы многоканального коммутатора (2л/57 ) равен величине разности абсолютных значений амплитуды Полуволн синусоиды П и Ш тактов , т.е. величине I и , пропорциональной разности приращений зондирующей частоты автогенератора (|4U)j|-(ДЦ)) , определ емой только диэлектрическими параметрами сло  Таким образом, на индикатор 23 с выхода первого интегратора 18 ( через микропроцессор 22) поступает посто нное напр жение, среднее значение которого за период 2 7f /Я зависит только от диэлектрических свойств одного из слоев контролируемого объекта (в зависимости от характера кодового сигнала, поступающего на задающий вход управл емого фазоинвертора с программного выхода микропроцессора ), в данном случае - сло  8j. Пульсации этого напр жени  сглаживаютс  при соответствующем выборе посто нной интегрировани  f.., котора  определ етс  из услови  Cc,ir fjr/S , (9) где f   - посто нна  времени первого интегратора 18; некотора  посто нна  времени , в течение которого величина неинформативной расстройки Д1А) зондирующей частоты автогенератора не измен етс . Микропроцессор 22 обеспечивает автоматическую задержку текущего результата контрол , содержащего информацию о диэлектрических параметрах какого-либо сло  на врем  (пор дка %g), необходимое дл  подстройки зондирующей частоты автогенератора по условию симметрии (соотношение 1), запоминание и сброс предьщущего показани , вьщачу текущего результата, выборку и поступление на задающий.вход управл е мого фазоинвертора очередного кодо вого сигнала (из набора сигналов фиг. А , в , Э , X ,. сформированных аналогично указанному алгоритму), необходимо дл  получени  информации о диэлектрических параметрах следующего сло , при этом в микропроцессоре может быть предусмотрен ручной режим управлени  дл  селективного контрол  диэлектрических параметров одного определенного сло . Отличие характера кодового сигнала , обеспечивак цего получение информации о первом (поверхностном слое, от кодовых сигналов, необходимых при вьщелении информации о глубинных сло х контролируемого объекта, заключаетс , как показано на фиг. 4, в том .;4то в первом случае уровень сигнала в дополнительны тактах периода 2 /Я работы устро ства посто нно высокий (или в зависимости от уровн  сигнала в I такте , посто нно низкий), т.е. всегда противоположен уровню сигнала в I такте (фиг. 4а), что необходимо дл  компенсации неинформативной составл ющей амплитуды сигнала I такта, I содержащего информацию только о поверхностном слое (фиг. 45), а во втором случае при селективном контроле V-го сло  (где 1 2,3... п-1) компенсаци  неинформативной составл ющей амплитуды сигнала, получаемого в 1( -и такт данного пери ода Л/52 работы многоканального коммутатора, осуществл етс  за счет аналогичной составл ющей сигнала (1с-1)-го такта противоположной пол  ности (фиг. 4t,e,3 ) и дл  исключени  вли ни  сигналов, получаемых в данный период Ji/Q на выходе синх ронного детектора в остальных тактах , в том числе и в дополнительном такте пол рность этих сигналов в очередном периоде ЗГ/Я работы комму татора измен ет знак вслед за изме нением уровн  соответствующего код вого сигнала (фиг. 4в, в , ). Отскд следует, что при коррекции зондирующей частоты автогенератора, осуществл емой в моменты подключени  к его врем задающей цепи образцового датчика 19 дл  поддержани  услови  баланса частот (2), необходимо из выходного разнопол рного напр жени  синхронного детектора вьщелить только те дополнительные такты, пол рность сигнала в которых сохран ет знак при получении информации о любом из контролируемых слоев, т.е. необходимо стробировать разнопол рное напр жение в те дополнительные такты, в которых уроЬни всех кодовых сигналов совпадают. Поскольку в рассматриваемом примере указанным услови м соответствует дополнительный такт первого периода TT/S работы коммутатора, то прерыватель 17, подключенный к выходу синхронтного детектора параллельно первому интегратору и управл емый стробимпульсами длительностью /nS , следующими с частотой S со стробирукщего выхода.микропроцессора, формирует из пакетного разнопол рного напр жени  детектора 16 корректирующий сигнал в виде периодической последовательности пакетов длительностью , следующих с частотой Si и состо щих из выпр мленных полуволн синусоиды частоты только одной пол рности, амплитуда которых пропорциональна только неинформативному приращению зондирующей частоты- ijU| (фиг. 2з - пр моугольные импульсы). Корректирующий сигнал усредн етс  во втором интеграторе 11,и на корректирующий вход автогенератора подаетс  посто нное напр жение (фиг. 2з- пунктирна  лини ), пульсации которого сглаживаютс  за счет соответствукмдего подбора посто нной времени Т второго интегратора. Это напр жение, воздейству  на врем задающую цепь ав- тогекератора при правильном выборе фазовых соотношений с входньи сигналом (пропорциональным девиации среднего значени  разностной частоты . вли нием неинформативных факторов) и посто нной времени второго интегратора (го(), измен ет зондирующую частоту автогенератора до тех пор, пока ее текущее значение не совпадет с начальнь1М значением зондирующей частоты, т.е. пока не выполнитс  равенство 17 iw -cu с точностью до ошибки некомпенёации замкнутой системы, состо щей из элементов 1-12-13-1415-16-17-11-1 . Остаточное напр жение корректирующего сигнала, св занное с ошибкой некомпенсации указанной замкнутой системы, не вносит дополнительную погрешность в результаты контрол  в том случае если Ъно обусловлено только медленными температурными дрейфами параметров врем задающей цепи авто генератора и собственных параметро идентичных датчиков 4 и 19, поскольку неинформативные составл ющ амплитуды выходного сигнала синхронного детектора взаимно компенсируютс  в первом интеграторе 18 за счет инверсии фазы сигнала в соответствующих тактах периода по этой же причине неинформативна  составл юща  амплитуды выходного сигнала детектора 16, обусловленна неидентичностью собственных емкост не вносит дополнительную датчиков. if 01 погрешность при получении информации о глубинных сло х контролируемого объекта.Неидентичность датчиков внесет дополнительную погрешность только при получении информапии о поверхностном слое. Эта логрешность устран етс  при начальной калибровке устройства. Режим калибровки Установка нул  устройства аналогичен режиму измерени  и производитс  в отсутствие контролируемого объекта. С помощью подстроечного элемента автогенератора 1 (на фиг. 1 не показан) и образцового датчика (на фиг. 1 показан регулируемый образцовый датчик), регулирующего емкость датчика 19, зондирующа  частота автогенератора измен етс  до тех пор, пока не будет вьшолнено услов11е симметрии частот, устанавливаемое соотношением (1), при этом собственные емкости измерительного и образцового датчиков станут равными и на индикаторе 23 установитс  нулевое показание.

1

- flfl4 l 1095101

f-4Wj-H -AlVf ЛШк

О)

Частота

Wi

aj2-uj/(.

а э-э-Ъ

Фиг.2

....l

r 1

24f21Lrt

т

- Шк- бШуГ тг.

ZJ tlflCll

п

ж

пп

тшц

ад

4iw/(-M«ii

((

X

ппп

uU

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ, содержащее автогенератор, два образцовых генератора, автоматический переключатель, два неподвижных контакта которого соединены с выходами образ· цовьи генераторов соответственно, смеситель, один из входов которого соединен с выходом автогенератора, а другой - с подвижным контактом автоматического переключателя, последовательно подключенные к выходу смесителя полосовой фильтр, частотный детектор, низкочастотный усилитель, синхронный детектор, первый интегратор, микропроцессор и индикатор, а также генератор синхросигнала, выход которого соединен с управляющим входом автоматического переключателя и с синхронизирующим входом микропроцессора, многоканальный коммутатор из (и-к) основных переключателей, управляющие входы которых соединены с (n-k) коммутирующими выходами микропроцессора соответственно, одна группа из (n-k) одноименных неподвижных контактов соединена с времязадающей цепью автогенератора, а другая группа из (n-fc) одноименные неподвижных контактов подключена к общей шине устройства, и измерительный датчик, представляющий собой накладной измерительный конденсатор и имеющий диэлектрическое основание, на котором размещены выполненные в виде компланарных концентрических колец электроды, один из которых, внешний, соединен с корпусом устройства, а внутренние электроды, число которых (n-k) равно количеству слоев контролируемого объекта, соединены с соответствующими подвижными контактами· основных переключателей многоканального коммутатора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения малых приращений емкости при селективном контроле диэлектрических параметров слоистых сред с получением информа<ции о каждом слое в отдельности, в него дополнительно введены управляемый фазоинвертор, выход которого соединен с опорным входом синхронного детектора, а сигнальный и задающий входы соединены соответственно с выко дом генератора синхросигнала и программным выходом микропроцессора, второй интегратор, выход которого соединен с корректирующим входом автогенератора, прерыватель, выход которого соединен с входом второго интегратора, сигнальный вход подключен к выходу синхронного детектора, а управляющий вход - к стробирующему выходу микропроцессора, образцоый датчик и дополнительный пере- fOIS601 ключатель, управляющий вход которого соединен с N-м коммутирующим выходом микропроцессора, неподвижные контакты подключены параллельно одноименным неподвижным контактам многоканального коммутатора соответ1.095101 ственно, к времязадающей цепи автогенератора и к общей шине устройства, а подвижный контакт соединен с первым выводом образцового датчика, второй вывод которого соединен с общей шиной устройства.