СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ПОВЕРХНОСТЕЙ Российский патент 1997 года по МПК G01R5/28 

Изобретение касается исследования физических параметров состояния объектов металлических, биологических и др.), находящихся в различном состоянии, связанном, например, с технологической обработкой, направленной на улучшение качества изделий. Область практического применения технология авиационного и космического двигателя и аппаратостроения (инструментальное и основное производство), медицинская диагностика состояния человека и др.

Известен способ исследования электроннофизического состояния поверхностей, заключающийся в том, что материал, одну из граней которого исследуют, фиксируют с макроскопическим зазором относительно приемного электрода, приемный электрод подключают к входу операционного усилителя в качестве первого каскада и дифференциального усилителя в качестве второго каскада, выделяющего и усиливающего только изменяющуюся часть сигнала, операционный усилитель охватывают обратной связью через RC-цепь из конденсатора и резистора, свободную грань материала соединяют через резистор со свободным входом операционного усилителя, имеющим соединение с корпусом прибора, а измерение сигнала производят на выходе дифференциального усилителя [1]
Недостатки существующего способа, связанные с утечкой заряда через входную цепь усилителя в момент измерения и, следовательно, внесением систематической погрешности, во-первых, и низкой точностью при измерении слабых электростатических параметров, во-вторых, (т.к. усиление сигнала достигается лишь за счет измерения тока через приемный электрод в момент его приближения к поверхности, когда происходит изменение емкости между поверхностью и электродом), не позволяют использовать способ для идентификации вещества и категории состояния объекта.

Известен способ исследования электростатических полей поверхностей, преимущественно после различной технологической обработки, направленной на улучшение качества изделий, заключающийся в том, что материал, одну из поверхностей которого исследуют, фиксируют с равномерным зазором относительно пластины приемного электрода, при этом приемный электрод подключают к входу электрометрического усилителя, причем последний выполняют на дифференциальном усилителе, с выходов которого сигналы поступают на входы операционного усилителя, а электрометрический усилитель охватывают параллельной отрицательной обратной связью через конденсатор, на котором с приемного электрода индуцируется заряд без предварительной модуляции электрического поля в момент его приближения к исследуемой поверхности, и измеряют напряжение при выходе [2]
Недостатки способа:
утечки заряда через усилитель;
низкая точность при исследовании слабых полей;
однопараметрическое исследование, не позволяющее производить идентификацию вещества или категории состояния объекта.

Под идентификацией понимают установление того факта, относится ли исследуемое вещество или состояние объекта к одному из известных для которых на базе предварительных экспериментальных данных произведено соответствующее ранжирование (систематизация) по спектру регистрируемых характеристик (например, в рентгеноструктурном анализе по наличию той или иной линии в спектре вторичного рентгеновского излучения судят об исследуемом объекте его составе или состоянии, например, выделении различных химических фазовых составляющих).

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве ближайшего аналога, является способ исследования электромагнитных полей поверхностей, заключающийся в том, что объект исследования и пластину приемный электрод помещают в экранированную изолированную камеру, объект исследования подключают к земляной шине измерительного прибора, исследуемую поверхность располагают неподвижно на фиксированном расстоянии относительно приемного электрода, приемный электрод подключают к входу операционного усилителя через электронный коммутатор напряжения, усилитель охватывают параллельной отрицательной обратной связью через конденсатор, на котором с приемного электрода индуцируют заряд, устанавливают заданную частоту коммутации, создают на выходе усилителя импульсы входного тока и импульсный ток через емкость "исследуемая поверхность приемный электрод", увеличивают индуцируемый на конденсаторе отрицательный обратной связи заряд путем интегрирования импульсного приращения входного тока усилителя в течение заданного периода времени и измеряют выходное напряжение [3]
Недостаток ближайшего аналога однопараметрическое исследование, не позволяющее производить идентификацию вещества или категории состояния объекта, в том числе с учетом наличия локальных мест отключений в составе вещества и состояния объекта. Конкретные размеры локальных неоднородностей могли бы быть определены при традиционном сканировании поверхностей объекта. Другой недостаток узкие функциональные возможности за счет отсутствия измерения сдвига фаз между различными частотными составляющими спектра электромагнитного излучения.

Цель достигается тем, что в способе исследования электромагнитных полей поверхностей, заключающемся в том, что объект исследования и пластину - приемный электрод помещают в экранированную изолированную камеру, объект исследования подключают к земляной шине измерительного прибора, пиемный электрод подключают к входу операционного усилителя через электронный коммутатор напряжения, операционный усилитель охватывают параллельной отрицательной обратной связью через конденсатор, на котором с приемного электрода индуцируется заряд, устанавливают заданную частоту коммутации, создают на входе операционного усилителя импульсы входного тока и импульсный ток через емкость "исследуемая поверхность приемный электрод", увеличивают индуцируемый на конденсаторе отрицательной обратной связи заряд путем интегрирования импульсного приращения входного тока усилителя в течение заданного периода времени, измеряют выходное напряжение, в отличие от прототипа производят изменение частоты коммутации в заданном диапазоне, определяют соответствующее каждому значению частоты выходное напряжение и строят зависимость частоты коммутации выходное напряжение, затем по построенной спектральной зависимости определяют значение частоты коммутации, соответствующей линии экстремального выходного напряжения, и используют наличие этой линии и ее интенсивности для идентификации.

На чертеже приведена эквивалентная схема реализации способа исследования электромагнитных полей поверхностей объектов как способа прототипа, так и предложенного способа.

Видно, что изменение входного напряжения равно

где f частота коммутации, ω = 2πf
R_вх входное сопротивление операционного усилителя.

Через емкость C_i течет импульсный ток, пропорциональный входному напряжению U_вх равному U_вх+ΔU_вх
Использование электронного коммутатора напряжения, подключение его непосредственно к входу операционного усилителя; установление частоты коммутации f, создание на входе усилителя импульсов входного тока и создание импульсного тока через емкость исследуемая поверхность приемный электрод, интегрирование импульсного приращения входного тока усилителя в течение заданного периода времени с целью увеличения индуцируемого на конденсаторе обратной связи заряда исследуемой металлической поверхности позволяют в совокупности точно произвести измерение слабых электростатических полей поверхностей.

Дополнительно частоту коммутации изменяют в заданном диапазоне, выходное напряжение определяют для каждого нового значения частоты, строят зависимость "частота коммутации выходное напряжение", определяют максимум построенной спектральной зависимости и используют наличие этой линии (максимума) и ее интенсивность для идентификации.

Использование: изобретение касается исследования физических параметров объектов, находящихся в различном состоянии. Сущность изобретения: способ отличается тем, что производят изменение частоты коммутации в заданном диапазоне, определяют соответствующее каждому значению частоты выходное напряжение и строят зависимость частота коммутации - выходное напряжение, затем по построенной спектральной зависимости определяют значение частоты коммутации, соответствующей линии экстремального выходного напряжения и используют наличие этой линии и ее интенсивность для идентификации. 1 ил.

Способ исследования электромагнитных полей поверхностей, заключающийся в том, что объект исследования и пластину-электрод помещают в экранированную изолированную камеру, объект исследования подключают к земляной шине измерительного прибора, приемный электрод к входу операционного усилителя через электронный коммутатор напряжения, операционный усилитель охватывают параллельной отрицательной обратной связью через конденсатор, на котором с приемного электрода индуцируется заряд, устанавливают заданную частоту коммутации, создают на входе операционного усилителя импульсы входного тока и импульсный ток через емкость исследуемая поверхность приемный электрод, увеличивают индуцируемый на конденсаторе отрицательной обратной связи заряд путем интегрирования импульсного приращения входного тока усилителя в течение заданного периода времени и измеряют выходное напряжение, отличающийся тем, что производят изменение частоты коммутации в заданном диапазоне, определяют соответствующие каждому значению частоты выходное напряжение и строят зависимость частота коммутации выходное напряжение, затем по построенной спектральной зависимости определяют значение частоты коммутации, соответствующей линии экстремального выходного напряжения, и используют наличие этой линии и ее интенсивность для идентификации.