способ определения толщины диэлектрического покрытия
Классы МПК: | G01N22/00 Исследование или анализ материалов с использованием сверхвысоких частот |
Автор(ы): | Ахобадзе Г.Н. (RU) |
Патентообладатель(и): | Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2004-11-01 публикация патента:
20.09.2005 |
Изобретение относится к области измерительной техники. Заявленный способ основан на измерении времени запаздывания между зондирующим поверхность покрытия и прошедшим через диэлектрическое покрытие и диэлектрическое основание проникающим сигналами и времени запаздывания между зондирующим и отраженным от поверхности покрытия сигналами и вычитании этих времен запаздывания. Техническим результатом изобретения является упрощение процедуры получения информативного сигнала о толщине покрытия. 1 ил.
Формула изобретения
Способ определения толщины диэлектрического покрытия, нанесенного на диэлектрическое основание, при котором зондируют диэлектрическое покрытие электромагнитным сигналом приемопередающей антенны и принимают прошедший через диэлектрическое покрытие и диэлектрическое основание проникающий сигнал приемной антенной, отличающийся тем, что улавливают отраженный от зондируемой поверхности контролируемого покрытия сигнал приемопередающей антенной, измеряют время запаздывания между зондирующим и проникающим сигналами и время запаздывания между зондирующим и отраженным сигналами, вычисляют разность этих измеренных времен запаздывания и толщину диэлектрического покрытия dп определяют по формуле
где с - скорость распространения электромагнитной волны в воздухе; - разность времен запаздывания сигналов; x1 - расстояние между приемопередающей антенной и обращенной к ней поверхностью диэлектрического основания; do - толщина диэлектрического основания; х2 -расстояние между приемной антенной и обращенной к ней поверхностью диэлектрического основания.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами.
Известен способ, реализующий импульсный метод измерения толщины покрытия (см. В.А.Викторов, Б.В.Лункин. А.С.Совлуков. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов, 1998, стр.55-56), в котором по величине интервала времени между максимумами огибающих радиоимпульсов, отраженных от границы слоя, судят о толщине покрытия.
Недостатком этого известного способа является сложность выполнения условия полного разрешения отраженных от границы слоя сигналов в зависимости от изменения толщины контролируемого покрытия.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятый автором за прототип способ определения толщины слоя, реализующий геометрический метод измерения толщины в режимах на отражение и на прохождение электромагнитного луча (см. В.А.Викторов, Б.В.Лункин, А.С.Совлуков. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов, 1998, стр.51-52). В устройстве, реализующем указанный способ, по величине расстояния между лучом, отраженным от передней поверхности слоя или прошедшим через нее, и лучом, отраженным от задней поверхности слоя или прошедшим через нее, определяют толщину слоя.
Недостатком данного геометрического способа следует считать сложность разделения отраженных от передней поверхности и от задней поверхности слоя сигналов или прошедших через них. Задачей заявляемого технического решения является упрощение процедуры получения информативного сигнала о толщине контролируемого диэлектрического покрытия.
Поставленная задача решается тем, что в способе определения толщины диэлектрического покрытия, нанесенного на диэлектрическое основание, предусматривающем зондирование диэлектрического покрытия электромагнитным сигналом приемопередающей антенны и прием прошедшего через диэлектрическое покрытие и диэлектрическое основание проникающего сигнала приемной антенны, улавливают отраженный от зондируемой поверхности контролируемого покрытия сигнал приемопередающей антенной, измеряют время запаздывания между зондирующим и проникающим сигналами и время запаздывания между зондирующим и отраженным сигналами, вычисляют разность этих измеренных времен запаздывания и толщину диэлектрического покрытия dп определяют по формуле
где с - скорость распространения электромагнитного сигнала в воздухе; - разность времен запаздывания сигналов; x1 - расстояние между приемопередающей антенной и обращенной к ней поверхностью диэлектрического основания; do - толщина диэлектрического основания; х2 - расстояние между приемной антенной и обращенной к ней поверхностью диэлектрического основания.
Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что при зондировании поверхности контролируемого диэлектрического покрытия электромагнитным сигналом, по разности измеренных времен запаздывания между зондирующим и прошедшим через диэлектрическое покрытие и диэлектрическое основание проникающим сигналами и между зондирующим и отраженным от поверхности диэлектрического покрытия сигналами определяют толщину диэлектрического покрытия.
Наличие в заявляемом способе совокупности перечисленных существующих признаков позволяет решить поставленную задачу определения толщины диэлектрического покрытия на основе изменения времени запаздывания между зондирующим и проникающим сигналами и между зондирующим и отраженным сигналами с желаемым техническим результатом, т.е. упрощением процедуры получения информативного о толщине сигнала.
На чертеже приведена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.
Устройство, реализующее данное техническое решение, содержит микроволновой генератор 1, соединенный с первым плечом тройника 2, подключенный со вторым плечом к первому входу измерителя времени запаздывания между зондирующим и отраженным сигналами 3, соединенный вторым входом с третьим плечом циркулятора 4, подключенный вторым плечом к приемопередающей антенне 5, излучающую в сторону поверхности диэлектрического покрытия 6, нанесенного на диэлектрическое основание 7, вычислитель разности времен запаздывания 8, соединенный вторым входом с выходом измерителя времени запаздывания между зондирующим и проникающим сигналами 9, подключенный вторым входом к приемной антенне 10.
Суть предлагаемого способа заключается в зондировании поверхности диэлектрического покрытия электромагнитной волной, измерении времени запаздывания между зондирующим и отраженным от поверхности покрытия сигналами и времени запаздывания между зондирующим и прошедшим через диэлектрическое покрытие и диэлектрическое основание проникающим сигналами и определении толщины покрытия по разности измеренных указанных времен запаздывания.
При зондировании диэлектрического покрытия, нанесенного на диэлектрическое основание, электромагнитным сигналом фиксированной частоты, излучаемым приемопередающей антенной, для времени запаздывания 1 между зондирующим поверхность диэлектрического покрытия и отраженным от нее сигналами можно записать
где x1 - расстояние между приемопередающей антенной и обращенной к ней поверхностью диэлектрического основания; dп - толщина диэлектрического покрытия; с - скорость распространения электромагнитной волны в воздухе.
Одновременно с этим в рассматриваемом случае ввиду того, что изменение толщины диэлектрического покрытия не влияет на величину пути пройденного волной от приемопередающей антенны до диэлектрического основания, то для времени запаздывания 2 между зондирующим поверхность диэлектрического покрытия сигналом и прошедшим через диэлектрическое покрытие и диэлектрическое основание приникающим сигналом, улавливаемым приемной антенной, можно записать
где do - толщина диэлектрического основания; х2 - расстояние между приемной антенной и обращенной к ней поверхностью диэлектрического основания.
При выходе указанных выше формул принималось, что свойства диэлектрического покрытия и диэлектрического основания по отражению и поглощению одинаковы и их поглощающие свойства близки к поглощающим свойствам воздуха.
При условии 2> 1 для разности указанных выше времен запаздывания можно написать
Отсюда для толщины покрытия получаем:
Из последней формулы вытекает, что паи известных значениях с, x1, dо и х2 путем вычисления можно определить толщину диэлектрического покрытия, нанесенного на диэлектрическое основание.
Для этого в устройстве, реализующем предлагаемый способ, сначала электромагнитные волны, генерируемые генератором 1, поступают в тройник 2, где подведенный электромагнитный сигнал делится поровну между вторым и третьим плечами. Сигнал с третьего плеча тройника поступает в первое плечо циркулятора 4 и далее в приемопередающую антенну 5. После этого электромагнитный сигнал направляется в сторону диэлектрического покрытия 6, нанесенного на диэлектрическое основание 7. Отраженный от поверхности диэлектрического покрытия сигнал улавливается приемопередающей антенной и далее через циркулятор (согласно принципу действия циркулятора) поступает на второй вход измерителя времени запаздывания между зондирующим и отраженным сигналами 3, на первый вход которого поступает сигнал со второго плеча тройника. В этом измерителе в силу поступления на его входы одновременно зондирующего и отраженного сигналов можно определить время запаздывания 1 между ними.
Согласно предлагаемому техническому решению прошедший через диэлектрическое покрытие и диэлектрическое основание проникающий сигнал принимается приемной антенной 10, и далее он переносится на второй вход измерителя времени запаздывания между отраженным и проникающим сигналами 9. Так как на первый вход измерителя 9 поступает часть зондирующего сигнала со второго плеча тройника, то в результате этого с помощью данного измерителя времени запаздывания можно определить величину 2.
Выходные сигналы измерителей 3 и 9, соответствующие временам запаздывания 1 и 2, поступают на соответствующие входы вычислителя разности времени запаздывания 8, который дает возможность вычислить величину разности , связанной с толщиной диэлектрического покрытия, нанесенного на диэлектрическое основание.
Таким образом, получение информативного сигнала о толщине диэлектрического покрытия на основе предлагаемого способа, связанное с измерением времени запаздывания между зондирующим и отраженным сигналами и времени запаздывания между зондирующим и прошедшим через диэлектрическое покрытие и диэлектрическое основание проникающим сигналами и их вычитанием, можно считать несложной процедурой.
Класс G01N22/00 Исследование или анализ материалов с использованием сверхвысоких частот