SU987508A1 - Вихретоковый датчик дл неразрушающих испытаний и способ его изготовлени - Google Patents

Description

размерами, в значительной мере определ ютс  недостаткаг/м его конструкц Цель изобретени  - повышение надежности испытаний и упрощение технологии изготовлени . Указанна  цель достигаетс  тем, что в вихретоковом датчике кажда  обмотка выполнена в виде не менее чем одной пары,соединенных последовательно согласно секций, расположе ных сикметрично одной из продольных плоскостей симметрии сердечника, в каждой секции рабочие проводники попарно симметричны относительно другой продольной плоскости симметрии сердечника,, перпендикул рной первой, и соединены между собой так что образуют на боковой поверхности сердечника, спираль. Л также тем, что датчик снабжен эластичной диэлектрической подложкой , закрепленной на сердечнике в один слой, а обмотка размещена на одной из сторон подложки. Секции обмотки могут быть размещ ны также и на второй стороне подлож ки, а контактные площадки секций одной стороны смещены относительно контактных площадок секций второй стороны вдоль оси сердечника. Кроме того, вихретоковый датчик может быть снабжен по крайней мере одной эластичной диэлектрической подложкой, закрепленной на сердечни ке в несколько слоев, а секции обмо ток расположены с одной или с двух сторон подложки. Кроме того, с целью упрощени  те нологии изготовлени  проходных датчиков , обмотку формируют на эластич ной диэлектрической подложке, габариты которой соответствуют габарита сердечника, после чего закрепл ют подложку на сердечнике. При этом в подложке выполн ют OT версти , затем ее металлизируют, секции обмоток формируют с обеих ст рон подложки так, чтобы начешо и ко нец пары секций обмотки на внутренней по отношению к стержню стороне подложки соедин лись с металлизированным слоем соответствующих отверс тий, а на другой ее стороне формиру ют контактные площгодки, каждую из которых соедин ют с металлизированным слоем соответствующего отверсти На фиг. 1 представлен вихретоковый датчик в испытуемом отверстии печатной платы; на фиг. 2 - датчик с многослойной обмоткой, выполненно на одной эластичной диэлектрической подложке, поперечное сечение; на фиг. 3 - плоска  подложка из эластичного диэлектрикс1 с расположенным на обеих ее сторонcix обмотками; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 3. Вихретоковый датчик 1 (фиг. 1) дл  неразрушающих испытаний качестна электропровод щих покрытий 2 в отверстии 3 печатной платы 4 содержит цилиндрический сердечник 5 и обмотки б и 7, проводники 8 и 9, 10 и 11 которых расположены параллельно оси Z сердечника 5. При этом их длина по крайней мере в 1,2 раза больше толщины печатной платы 4. Обмотки б и 7 выполнены кажда  из двух сек-- . ций 12, 13 и 14, 15 соответственно расположенных симметрично относительно одной из продо;1ьных плоскостей симметрии Х02цилиндрического сердечника 5. В каждой из секций 12, 13, 14, 15 проводники 8 и 9, 10 и Ц расположены попарно симметрично относительно другой продольной плоскости симметрии: сердечника 5, перпендикул рной плоскости YOZ . Проводники 8 и 9 секции 12 соединены между собой так, что образуют спираль, расположенную на боковой поверхности сердечника . То же относитс  и к проводникам секций 13, 14 и 15. Секции 12 и 13, вход щие в пару, соединены последовательно согласно. Аналогично выполнены и секции 14, 15 обмотки 7. Обмотка 7 подключена к генератору переменного тока высокой часто- ты (не показан) и служит дл  возбуждени  вихревых токов в электропровод щем покрытии 2 отверсти - 3 печат ной платы 4. Обмотка 6 предназначена дл  регистрации ЭДС, наводимой в ее витках и завис щей от параметров покрыти  2, в том числе от его толщины. Возможно выполнение датчика 1 с одной обмоткой 6 или 7 (параметрический вариант) , котора  служит дл  возбуждени  вихревых токов в покрытии 2 и регистрации величины ее сопротивлени , завис щего от параметров покрыти  2. Обмотки 6 и 7 датчика .расположены на противоположных сторонах эластичной -диэлектрической подложки 16, закрепл емой на сердечнике 5, например, с помощью кле . При этом сердечник предварительно покрывают тонким диэлектрическим слоем, чтобы избежать замыкани  витков внутренней по отношению к сердечнику 5 обмотки 7. Проводники В и 10, 9 и 11 обмоток б и 7 соответственно целесообразно располагать друг против друга на противоположных сторонах подложки 16 . Если датчик содержит одну обмотку 6, то она размещаетс  на внешней по отношению к сердечнику 5 стороне подложки 16. Дл  подключени  обмоток 6 и 7 к измерительному устройству и генератору соответственно служат контактные площадки 17 и 18 секций 12 и 14 и аналогичные им контактные площадки секций 13 и 15, а также гибкие проводники 19 и 20. Контактна  площадка 18 на наружной по отношению к сердечнику 5 поверхности подложки 1 соединена с проводником 11 через от верстие 21 в подложке 16. Соединени может быть осуществлено слоем метал лизации, осажденным на стенках отверсти  21 и соедин ющимс  с контак ной площадкой 18 и проводником 11 обмотки 7 через контактную площадку 22 на внутренней по отношению к стержню 5 стороне подложки 16. Контактные площадки 17 и 18, 22 смещены относительно друг друга вдо оси Z сердечника так, чтобы они не накладывались одна на другую. Дл  этого обмотка 6 на внешней стороне подложки 16 короче обмоток 7 на вну ренней стороне подложки. То же относитс  к контактным площадкам и дл нам обмоток секций 13 и 15. При это длина самого короткого проводника 9 более короткой обмотки 6 должна превышать по крайней мере в 1,2 раза толщину печатной платы 4. Возможен вариант выполнени  датчика с обмотками, размещенныгли на подложке в несколько электрически изолированных друг от друга слоев (фиг. 2). На сердечнике 5, покрытом изол ционным слоем 23, спирально в несколько слоев, например в четыре j закреплена подложка 16 с располохсен ными на ней проводниками 9, 10 обмо ток. .Соединени  обмоток, расположен ных в сло х, осуществл ютс  через металлизированные отверсти  в подложке 16 (фиг. 1). Датчик 1 с многослойной обмоткой (фиг. 2) может быть выполнен в пара метрическом варианте с одной обмоткой , содержащей несколько пар последовательно соединенных секций. Этот же датчик может быть выполнен в трансформаторном варианте с двум  обмоткогШ, возбуждающей и измерительной , кажда  из которых содержит несколько пар последовательно соединенных секций. Другой вариант датчика с многослойным размещением обмоток может быть выполнен в виде стержн  с несколькими , закрепленными одна на дру гой, подложками, на каждой из которых нанесены проводники обмоток. Возможен еще один вариант датчика , в котором пары секций обмоток смещены одна относительно другой на некоторый угол вокруг оси стержн Такой вариант датчика удобно осущес вить применением многослойной обмотки . При этом пара секций обмотки следующего сло  повернута на некото рый угол относительно пары секций предыдущего сло . Этим достигаетс  более равномерна  чувствительность датчика по его окружности. Описанные конструкции датчика изготавливают следующим образом. На плоской подложке 16 из эластичного диэлектрического материала, габариты которой соответствуют габаритам сердечника 5, формируют, например , методом фотолитографии секции 12, 13,14; 15 симметрично расположенных обмоток 6 и 7 (фиг. 3). Ширина К подложки 16 должна быть равна длине окружности цилиндрического сердечника 5, покрытого изол ционным слоем 23 (фиг. 2), при однослойном размещении подложки 16 на сердечнике 5. Если подложка закрепл етс  на сердечнике в несколько слоев, то ширина в подложке 16 должна быть соответственно увеличена, а число пар.секций обмоток на подложке 16 должно быть равно числу слоев. Формирование обмоток на плоской подложке с последующим закреплением подложки на сердечнике позвол ет избежать трудностей непосредственного формировани  обмоток на цилиндрической поверхности весьма малого диаметра и, тем самим упростить технологию изготовлени  датчика и повысить точность размеров обмоток. Целесообразно с помощью многоместного мультиплицированного фотошаблона формировать на одном листе подложки сразу несколько пар секций обмоток, а затем разрезать подложку в соответствии с требуе «ими размерами. Дл  соединени  обмоток, расположенных с внутренней по отношению к стержню 5 стороны подложки 16, к контактным площадкам 18 на внешней стороне подложки 16 в ней вначале выполн ют отверсти  21, затем подложку металлизируют, например, методом вакуумного напылени  металла. При этом металл, например медь, осаждаетс  на стенках отверстий 21, образу  переходной металлизированйый слой 24 и на остальной поверхности подложки 16. Затем, примен   метод фотолитографии, формируют обмотки с обеих сторон подложки так, чтобы контактные площадки 22, расположенные на внутренней по отношению к стержню 5 стороне подложки, соедин лись с металлизированными сло ми 24 отверстий 21, а металлизированный слой 24, в свою очередь, соедин лс  с контактными площадками 18. К контактным площадкам 17 и 18 подсоедин ют гибкие проводники 19 и 20 соответственно, с помощью которых датчик включаетс  в соответствующие электрические цепи. Вихретоковый датчик 1 (фиг. 1) . работает следующим образом. Цилиндрический стержень 5 с обмотками 6 и 7 вводитс  в испытуемое отверстие 3 печатной платы 4 и устанавливаетс  в нем соосно отверстию так чтобы более коротка  обмотка б зани ла среднее вдоль оси отверсти  3 по ложение. По обмотке 7 пропускаетс  переменный ток, который создает переменное магнитное поле вокруг да чика. Это магнитное поле возбуждает вихревые токи в покрытии 2 испытуем го отверсти  3, циркулирук дие вдоль оси отверсти . Частота тока в обмот ке 7 выбираетс  такой, чтобы глубин проникновени  вихревых токов в покрытие 2 отверсти  была пор дка его толщины, поэтому вихревые токи почт не проникают в периферийные области контактных площадок 25 и 26 отверсти  3, и возможные вариации парамет ров этих площадок практически не вли  ют на вихревые токи. В то же врем  вихревые токи завис т от толщины покрыти  2 отверсти  3 и от наличи  в нем продольных и поперечных трещи и других дефектов. Благодар  этому магнитное поле в отверстии и ЭДС, наведенна  в обмотке б, завис т от тех же факторов, и датчик 1 может быть применен дл  измерени  толщины покрыти  2 отверсти  3 и дл  обнаружени  в нем дефектов. Вследствие того, что длина самых коротких проводников более корот1 с й обмотки б превышает толщину испытуемой печатной платы 4 более, чем в 1,2 раза, возможные осевые смещени  датчика относительно испытуемого отверсти  3 вли ют незначительно на сигнал датчика. Датчик в пapa eтpичecкoм вариа.нте выполнени , содержащий только одну обмотку б, может быть включен в резо нансный контур автогенератора, либо резонансного усилител , либо в моетовую схему, одна диагональ которой подключена к генератору, а друга  к измерительному устройству. Все упом нутые включени  датчика общеизвестны . По изменению частоты и ампли туды колебаний автогенератора, .по изменению амплитуды выходного напр ж ни  резонансного усилител  или мосто вой схемы можно судить о параметрах покрыти  2, например о его толщине. Датчик в трансформаторном варианте (фиг. 1) своей возбуждак дей обмот кой 7 подключаетс  к генератору переменного тока (не показан), а измерительной обмоткой б - к измерительному устройству.(не показано). В этом случае амплитуда и фаза напр жени  обмотки б несет информацию о параметрах покрытиуг 2, например о его толщине. Датчик 1 с многоелейной обмоткой- (фиг. 2) включаетс  аналогично. Датчик обладает более высокой износоустойчивостью, так как проводники обмоток не выход т на торцовую часть поверхности , и веро тность их повреждени  при ударе торца датчика о твердую поверхность в процессе испытаний мала. Другое преимущество датчика состоит , в простоте его выполнени . Расположение проводников обмоток датчика без взаимного пересечени  позвол ет выполнить обмотки печатными, а применение эластичной диэлектрической подложки дает возможность формировать секции обмоток современными высок опр ои 3 води тель ными мет одами, например методом фотолитографии на плоской подложке, котора  затем закрепл етс  на стержне. Применение метода фотолитографии позвол ет получить точное расположение проводников обмоток на подложке при миниатюрных размерах обмоток и датчика, в -целом, диаметр .которого не более 1ММ. Использование многоместных мультиплицированных фотошаблонов позовл  ет одновременно изготавливс1ть обмотки групповым способом с оч€;нь малой разницей в геометрических параметрах, Это в свою очередь позвол ет получить еще одно преимущество предлагаемого, датчика, которое состоит в малой разнице отдельных экземпл ров датчиков . по их электрическим характеристикам, что весьма важно дл  их взаимозамен емости . В то же врем  выполнение обмоток датчика в виде симметричных секций позвол ет сохранить чувствительность к поперечным разрывам металлизации отверсти  и высокую точность измерени  благодар  малой зависимости сигнала датчика от napaiметров контактных площадок испытуемого отверсти , а также благодар  слс1бому вли нию возможных осевых смещений датчика в процессе испытаний. изобретени  1. Вихретоковый датчик .дл  нераэрушающих испытаний качества электррпровод щих покрытий в отверсти х печатных плат, содержащий цилиндрический сердечник и размещенные на нем-обмотки, рабочие участки проводников которых параллельны оси сердечника , отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности испытаний и упрощени  технологии изготовлени , кажда  обмотка выполнена в виде не менее чем одной пары соединенных последовательно согласно секций, расположенных симглетрично одной из продольных.плоскостей симметрии сердечника, в каладой секции рабочие проводники попарно симметричны относительно другой продольной плоскости симметрии сердечника , перпендикул рной первой, и соединены между собой так, что обраэуют на боковой поверхности сердечника спираль.

2.Датчик по П.1, о т л и а ющ и и с   тем, что, он снабжен эластичной диэлектрической подложкой, закрепленной на сердечнике в один слой, а обмотка размещена на одной

из сторон подложки.

3.Датчик по п.2, отличающий с   тем, что секции обмоток размещены также и на второй стороне подложки, а контактные площадки секции одной стороны смещены относительно контактных площадок секций второй стороны вдоль оси сердечника.

4.Датчик по П.1, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что он снабжен по крайней мере одной эластичной диэлектрической подложкой, закрепленной

на сердечнике в несколько- слоев, а секции обмоток расположены с одной или с двух сторон подложки.

5.Способ изготовлени  вихретокового датчика по пп.1-4, заключающийс в том, что обмотки фop шpyют методом нанесени  интегральных схем, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью упрощени  технологии изготовлени  проходных датчиков, обмотку формируют на, 3|ластичной диэлектрической подложке, габариты которой соответствуют габаритам сердечника, после чего закрепл ют подложку на сердечнике .

6. Способ по п.5, отличающийс  тем, что в подложке выполн ют отверсти , затем ее металлизируют , секции обмоток формируют с обеих сторон подложки так, чтобы начало и конец пары секций обмотки на внутренней по отношению к стержню стороне подложки соедин лись с металлизированным слоем соответствук цих отверстий , а на другой ее стороне формируют контактные площадки, каждую из которых соедин ют с металлизированным слоем соответствуилцего отверсти .

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1.Справочник Приборы дл  неразрущающего контрол  материалов и изделий . Кн. 2. М., Машиностроение, 1976, с. 94-95.

2.Авторское свидетельство СССР

563615, кл. G 01 N 27/86, .1978 (пртотип ) .

3.Патент США № 3504276, кл. 324-37, 1970 (прототип).

18

f

15

U-.

Г

..

-l

u-/

.2

±

Claims (6)

1. Формула изобретения

   1. Вихретоковый датчик для неразрушающих испытаний качества электр.опроводящих покрытий в отверстиях печатных плат, содержащий цилиндрический сердечник и размещенные на нем-обмотки, рабочие участки проводников которых параллельны оси сердечника, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности испытаний и упрощения технологии изготовления, каждая обмотка выполнена в виде не менее чем одной пары соединенных последовательно согласно секций, расположенных симметрично одной из продольных.плоскостей симметрии сердечника, в каждой секции рабочие проводники попарно симметричны относительно другой продольной плоскости симметрии сердечника, перпендикулярной первой, и соединены, между собой так, что обра- зуют на боковой поверхности сердечника спираль.
2. 2. Датчик по п.1, о т л и ца ющ и й с я тем, что, он снабжен эластичной диэлектрической подложкой, закрепленной на сердечнике в один 5 слой, а обмотка размещена на одной из сторон подложки.
3. 3. Датчик по п.2, отличающий с я тем, что секции обмоток размещены также и на второй стороне 10 подложки, а контактные площадки секции одной стороны смещены относительно контактных площадок секций второй стороны вдоль оси сердечника.
4. 4. Датчик по п.1, отличаю- 15 щ и й с я тем, что он снабжен по крайней мере одной эластичной диэлектрической подложкой, закрепленной на сердечнике в несколько- слоев, а секции обмоток расположены с одной 20 или с двух сторон подложки.
5. 5. Способ изготовления вихретокового датчика по пп.1-4, заключающийся в том, что обмотки формируют методом нанесения интегральных схем, о т л и -35 чающийся тем, что, с целью упрощения технологии изготовления проходных датчиков, обмотку формиру ют на\ эластичной диэлектрической подложке, габариты которой соответствуют габаритам сердечника, после чего закрепляют подложку на сердечнике.
6. 6. Способ поп.5, отличающийся тем, что в подложке выполняют отверстия, затем ее металлизируют, секции обмоток формируют с обеих сторон подложки так, чтобы начало и конец пары секций обмотки на внутренней по отношению к стержню стороне подложки соединялись с металлизированным слоем соответствующих отверстий, а на другой ее стороне формируют контактные площадки, каждую из которых соединяют с металлизированным слоем соответствующего отверстия.