способ контроля параметров диэлектрика на металлическом основании

Формула изобретения

СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ДИЭЛЕКТРИКА НА МЕТАЛЛИЧЕСКОМ ОСНОВАНИИ, включающий облучение исследуемого образца излучением СВЧ и ВЧ и измерение величин продетектированных сигналов, отраженных от образца, отличающийся тем, что, с целью обеспечения одновременного контроля толщины и величины диэлектрической проницаемости в широком диапазоне измеряемых значений, облучение в СВЧ- и ВЧ-диапазонах осуществляют одновременно, причем частоту ВЧ-излучения выбирают из условия обеспечения величины скин-слоя, меньшей толщины металлического основания, дополнительно измеряют величины продетектированных сигналов в отсутствии диэлектрика и в его присутствии определяют толщину и диэлектрическую проницаемость по соотношениям

d= b_кU^к₁;

= ab_кUUⁱ₂,

где n - степень используемого полинома;

a_ij - коэффициенты полиномов, описывающих калибровочную совокупность значений диэлектрической проницаемости, как функции продетектированного сигнала и толщины;

b_к - коэффициент полинома, описывающего калибровочную зависимость величины продетектированного сигнала от толщины;

U₁ , U₂ - изменения величин продетектированных сигналов соответственно в ВЧ- и СВЧ-диапазонах.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, например, для одновременного контроля в ходе технологического процесса двух параметров толщины и диэлектрической проницаемости, диэлектрических пленок, наносимых на металлическое основание.

Цель изобретения - обеспечение одновременного контроля толщины и величины диэлектрической проницаемости в широком диапазоне измеряемых значений.

На чертеже приведена конструкция устройства, реализующего способ контроля параметров диэлектрика на металлическом основании.

Устройство содержит корпус 1 измерительного датчика, диод 2 Ганна; детекторный СВЧ-диод 3, катушку 4 индуктивности ВЧ-генератора, настроечный поршень 5, фторопластовую заглушку 6.

Способ осуществляется следующим образом.

Измерительный датчик представляет собой волноводный СВЧ-генератор, собранный по схеме автодинного детектора. Поверх волновода вблизи переднего фланца расположена катушка индуктивности ВЧ-генератора, при этом ВЧ-генератор становится нечувствительный к толщине металлического основания.

Толщину и диэлектрическую проницаемость определяют из соотношений

d= b_кU^к₁ /1/

= ab_кUUⁱ₂ /2/ где d - толщина исследуемого диэлектрика,

- диэлектрическая проницаемость исследуемого диэлектрика,

n - степень используемого полинома,

a_ij - коэффициенты полиномов, описывающих калибровочную совокупность значения диэлектрической проницаемости, как функции продетектирования сигнала и толщины,

b_к - коэффициенты полинома, описывающего калибровочную зависимость величины продетектированного сигнала от толщины,

U₁ - изменение величины продетектированного сигнала на ВЧ,

U₂ - изменение величины продетектированного сигнала на СВЧ.

Перед началом измерения производится калибровка измерительного датчика, заключающаяся в определении коэффициентов a_ij и b_к.

Для определения коэффициентов b_к берется комплект из не менее n-образцов, /n - показатель степени используемого полинома, т. е. чтобы найти b_к/ где к= 1 n/, необходимо решить систему уравнения, в которой количество уравнений должно быть не менее количества неизвестных/. В данном случае n выбирается равной 5, количество образцов равно 7. Образцы должны быть с известной заранее толщиной и равные по толщине.

Измерительный датчик устанавливается на металлическое основание, фиксируется величина продетектированного сигнала на ВЧ, затем на металлическое основание кладется первый калиброванный образец, на образец устанавливается измерительный датчик, вновь фиксируется величина продетектированного сигнала на ВЧ, вычисляется U₁, записывается уравнение

d₁= b_кU^к₁

Также проводятся измерения по всем остальным образцам и заполняется система уравнений

d_q= b_кU^к_1q, q= 1, . . . 7 /3/

Методом наименьших квадратов вычисляются коэффициенты b_к.

Для определения коэффициентов a_ij сначала определяют коэффициенты C_i системы

= C_iUⁱ₂ /4/

где n= 5; = 7; = 7.

Для определения необходимо семь комплектов по семь образцов в каждом.

В каждом отдельном комплекте толщина образцов постоянная, а диэлектрическая проницаемость разная. В каждом комплекте одинаковый набор по , т. е.

₁₁ = ₁₂ = ₁₃ = ₁₄ = ₁₅ = ₁₆ = _{17 21} = ₂₂ = ₂₃ = ₂₄ = ₂₅ = ₂₆ = ₂₇ и т. д.

/ - порядковый номер образца в комплекте, - порядковый номер комплекта/.

Между собой комплекты различаются по толщине образцов. Системы /4/ заполняются так же, как и системы /3/, после чего методом наименьших квадратов вычисляются коэффициенты C_i . После этого из коэффициентов C_i и известных d_i /при = const d_i равны между собой, т. е. d_i - толщины образцов в комплектах/ заполняется система

C_i= a_ijd^j_i /5/

Коэффициенты a_ij также находятся методом наименьших квадратов.

После определения b_к и a_ij калибровка измерительного датчика закончена и можно начинать измерение исследуемых образцов. Для этого определяют режимы работы по постоянному току на СВЧ и ВЧ присутствие и в отсутствие исследуемого образца, определяют изменения U₁ и U₂и по соотношениям 1 и 2 находят толщину и диэлектрическую проницаемость исследуемого образца.

В качестве примера по калибровочным образцам с = 1-14 и d= 0,001-10 мм были определены b_к и a_ij.

Используя коэффициенты b_к и a_ij для образца с толщиной 1 мм и диэлектрической проницаемостью 9, получены результаты: d= 0,99 мм, = 9,02.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет проводить измерения в более широком диапазоне непосредственно в технологическом процессе. (56) Конев В. А. , Михнев В. А. Двухпараметровый контроль листовых материалов диэлектрическими волновыми датчиками. "Дефектоскопия", 1989 , N 1, с. 51-56.

Авторское свидетельство СССР N 1831121, кл. G 01 N 22/00, 1988.