СВЧ СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ В ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЯХ НА МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОДЛОЖКЕ Российский патент 2016 года по МПК G01N22/02 G01N15/06 

Предлагаемое изобретение относится к способам определения неоднородностей электрофизических и геометрических параметров диэлектрических и магнитодиэлектрических покрытий на поверхности металла и может быть использовано при контроле качества твердых покрытий на металле в процессе разработки и эксплуатации неотражающих и поглощающих покрытий, а также в химической, лакокрасочной и других отраслях промышленности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению (прототипом) является СВЧ способ локализации неоднородностей диэлектрических и магнитодиэлектрических покрытий на металле и оценки их относительной величины [Патент RU №2256165, МПК⁷ G01N 22/02, G01R 27/26, Заявл. 01.09.03. Опубл. 10.07.05. Бюл №19], заключающийся в создании электромагнитного поля медленной поверхностной E-волны над диэлектрическим покрытием на электропроводящей подложке и последующей регистрации изменения параметров, характеризующих высокочастотное поле, расчете коэффициента затухания α напряженности поля медленной поверхностной E-волны в нормальной плоскости относительно ее направления распространения в разнесенных точках и последующем определении границ неоднородностей.

Недостаткам данного способа является низкая вероятность обнаружения неоднородностей, обусловленная тем, что выбор порогового значения коэффициента затухания напряженности поля медленной поверхностной Е-волны, по которому производится обнаружение неоднородностей, производится оператором, выполняющим измерения.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение вероятности обнаружения неоднородностей за счет определения порогового значения коэффициента затухания напряженности поля медленной поверхностной Е-волны применительно к индивидуальным характеристикам исследуемого покрытия.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном СВЧ способе обнаружения неоднородностей в диэлектрических покрытиях на металлической подложке, заключающемся в создании электромагнитного поля медленной поверхностной Е-волны над диэлектрическим покрытием на электропроводящей подложке и последующей регистрации изменения параметров, характеризующих высокочастотное поле, расчете коэффициента затухания α напряженности поля медленной поверхностной Е-волны в нормальной плоскости относительно ее направления распространения в разнесенных точках и определении границ неоднородностей, предварительно измеряют действительную часть диэлектрической проницаемости ε′ и толщину b эталонного образца покрытия, по которым определяют пороговое значение коэффициента затухания напряженности поля медленной поверхностной Е-волны α₀, сравнивают в каждой точке измерений сканируемой поверхности покрытия текущее значение коэффициента затухания напряженности поля поверхностной медленной волны α с пороговым значением коэффициента затухания α₀, и если α<α₀, то принимают решение о наличии отслоения покрытия d в данной точке и рассчитывают его величину,

где α - текущее значение коэффициента затухания напряженности поля поверхностной медленной Е-волны, - волновое число свободного пространства; $$k_1=\sqrt{\frac{2\pi }{{\lambda }_{г}}}\sqrt{\epsilon \text{'}}$$ - волновое число в слое исследуемого покрытия; λ_г - длина волны СВЧ-генератора, ε′ - действительная часть диэлектрической проницаемости исследуемого покрытия, b - толщина слоя исследуемого покрытия.

Сущность изобретения состоит в следующем. В прототипе величина порогового значения коэффициента затухания α_порог напряженности поля медленной поверхностной Е-волны выбирается оператором, выполняющим измерения, без учета электрофизических параметров покрытия (диэлектрическая проницаемость ε′ и толщина b), что в конечном итоге значительно уменьшает вероятность правильного обнаружения неоднородностей в нем. Предлагаемый способ, в отличие от прототипа, позволяет повысить вероятность правильного обнаружения неоднородностей за счет того, что величина порогового значения коэффициента затухания напряженности поля медленной поверхностной Е-волны α₀ вычисляется применительно к индивидуальным характеристикам исследуемого покрытия по измеренным значениям диэлектрической проницаемости ε′ и толщины b эталонного образца покрытия.

На фигуре представлен один из возможных вариантов реализации предлагаемого СВЧ способа обнаружения неоднородностей в диэлектрических покрытиях на металлической подложке, где цифрами обозначено 1 - измерительный приемник, 2 - схема сравнения, 3 - блок расчета величины отслоения покрытия, 4 - блок определения порогового значения коэффициента затухания напряженности поля поверхностной медленной волны - α₀, 5 - блок ввода параметров исследуемого покрытия, 6 - блок измерения действительной части диэлектрической проницаемости ε′ и толщины b эталонного покрытия.

Назначение элементов схемы.

Измерительный приемник 1 присущ аналогу (прототипу) и включает в себя систему приемных вибраторов, механизм их перемещения и блок вычисления текущего значения коэффициента затухания α напряженности поля поверхностной медленной Е-волны.

Схема сравнения 2 присуща аналогу (прототипу) и реализует сравнение текущего значения коэффициента затухания α напряженности поля поверхностной медленной волны с пороговым значением α₀.

Блок расчета величины отслоения покрытия 3 предназначен для определения по действительной части диэлектрической проницаемости ε′ и толщине b исследуемого покрытия величины отслоения покрытия d в данной точке измерения по формуле (1). Блок 3 может быть реализован на основе микроконтроллера ATmega2560 [ATmega2560. Datasheet [Электронный ресурс] URL: http://www.atmel.com/Images/Atmel-2549-8-bit-AVR-Microcontroller-ATmega640-1280-1281-2560-2561_datasheet.pdf. (Дата обращения: 10.1 1.2015)]. Выражение (1) вычисляется с помощью подпрограммы, которая загружается в микроконтроллер блока 3.

Блок определения порогового значения коэффициента затухания напряженности поля поверхностной медленной Е-волны 4 предназначен для определения по измеренным значениям действительной части диэлектрической проницаемости ε′ и толщины слоя b эталонного образца покрытия порогового значения коэффициента затухания α₀. Определение порогового значения коэффициента затухания α₀ может быть осуществлено, например, путем решения трансцендентного уравнения для определения коэффициентов ослабления поверхностных волн E-типа [формула (2.21), стр. 79 [Федюнин П.Α., Казьмин А.И. Способы радиоволнового контроля параметров защитных покрытий авиационной техники. М.: Физматлит. 2013]. Решение данного уравнения можно реализовать с помощью программы, которая загружается в блок 4, при этом он может быть реализован на основе микроконтроллера ATmega2560 [ATmega2560. Datasheet [Электронный ресурс] URL: http://www.atmel.com/Images/Atmel-2549-8-bit-AVR-Microcontroller-ATmega640-1280-1281-2560-2561_datasheet.pdf. (Дата обращения: 10.11.2015)].

Блок ввода параметров исследуемого покрытия 5 предназначен для записи значений действительной части диэлектрической проницаемости ε′ и толщины b исследуемого покрытия в блок 3. Данный блок может быть реализован, например, на основе матричной клавиатуры. Она подключается к микроконтроллеру блока расчета величины отслоения покрытия 3 [Подключение матричной клавиатуры к микроконтроллеру AVR [Электронный ресурс] URL: http://radioparty.ru/prog-avr/program-c/455-lesson-matrix-keyboard (Дата обращения: 10.11.2015)].

Назначение блока 6 измерения действительной части диэлектрической проницаемости ε′ и толщины b эталонного покрытия 6 следует из названия самого блока. При этом блок 6 может быть, реализован, например, на основе радиоволнового метода поверхностных электромагнитных волн и с помощью измерительно-вычислительной системы радиоволнового контроля, которая его реализует [Федюнин П.А. Казьмин А.И. Способы радиоволнового контроля параметров защитных покрытий авиационной техники. М: Физматлит. 2013. С. 143-151].

Схема работает следующим образом. Перед началом проведения измерений исследуемого покрытия, предварительно измеряют действительную часть диэлектрической проницаемости ε′ и толщину слоя b эталонного образца покрытия с помощью блока 6.

С помощью измерительного приемника 1 производят определение текущего значения коэффициента затухания α напряженности поля поверхностной медленной E-волны исследуемого покрытия.

Текущее значение коэффициента затухания α напряженности поля поверхностной медленной E-волны исследуемого покрытия поступает на первый вход схемы сравнения 2, на второй вход которой поступает пороговое значение коэффициента затухания α₀.

Если α<α₀, то принимают решение о наличии отслоения покрытия d в данной точке измерения и рассчитывают его величину в блоке расчета отслоения покрытия 3. Значения действительной части диэлектрической проницаемости исследуемого покрытия ε′ и его толщины b в блок 3 записывают с помощью блока ввода параметров исследуемого покрытия 5.

Если α≥α₀, то отслоение d принимается равным нулю d=0.

Запоминается значение величины отслоения d покрытия для каждой точки измерения и формируется массив отслоений покрытия d. Распределение d по поверхности покрытия показывает обнаруженные неоднородности и их границы.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить вероятность обнаружения неоднородностей покрытия за счет того, что пороговое значения коэффициента затухания напряженности поля медленной поверхностной E-волны определяется применительно к индивидуальным характеристикам исследуемого покрытия.

Изобретение относится к способу определения неоднородностей электрофизических и геометрических параметров диэлектрических и немагнитных покрытий на поверхности металла и может быть использовано при контроле качества твердых покрытий на металле в процессе разработки и эксплуатации неотражающих и поглощающих покрытий, а также в химической, лакокрасочной и других отраслях промышленности. Техническим результатом изобретения является повышение вероятности обнаружения неоднородностей за счет определения порогового значения коэффициента затухания напряженности поля медленной поверхностной E-волны применительно к индивидуальным характеристикам исследуемого покрытия. Указанный технический результат достигается тем, что в известном СВЧ способе обнаружения неоднородностей в диэлектрических покрытиях на металлической подложке, заключающемся в создании электромагнитного поля медленной поверхностной E-волны над диэлектрическим покрытием на электропроводящей подложке и последующей регистрации изменения параметров, характеризующих высокочастотное поле, при расчете коэффициента затухания α напряженности поля медленной поверхностной E-волны в нормальной плоскости относительно ее направления распространения в разнесенных точках и определении границ неоднородностей, предварительно измеряют действительную часть диэлектрической проницаемости ε′ и толщину b эталонного образца покрытия, по которым определяют пороговое значение коэффициента затухания напряженности поля медленной поверхностной Е-волны α₀, при этом сравнивают в каждой точке измерений сканируемой поверхности покрытия текущее значение коэффициента затухания напряженности поля поверхностной медленной волны α с пороговым значением коэффициента затухания α₀, и если α<α₀, то принимают решение о наличии отслоения покрытия d в данной точке. 1 ил.

СВЧ способ обнаружения неоднородностей в диэлектрических покрытиях на металлической подложке, заключающийся в создании электромагнитного поля медленной поверхностной Е-волны над диэлектрическим покрытием на электропроводящей подложке и последующей регистрации изменения параметров, характеризующих высокочастотное поле, расчете коэффициента затухания α напряженности поля медленной поверхностной Е-волны в нормальной плоскости относительно ее направления распространения в разнесенных точках и определении границ неоднородностей, отличающийся тем, что предварительно измеряют действительную часть диэлектрической проницаемости ε′ и толщину b эталонного образца покрытия, по которым определяют пороговое значение коэффициента затухания напряженности поля медленной поверхностной Е-волны α₀, сравнивают в каждой точке измерений сканируемой поверхности покрытия текущее значение коэффициента затухания напряженности поля поверхностной медленной волны α с пороговым значением коэффициента затухания α₀, и если α<α₀, то принимают решение о наличии отслоения покрытия d в данной точке и рассчитывают его величину,
,
где α - текущее значение коэффициента затухания напряженности поля поверхностной медленной Е-волны, - волновое число свободного пространства; - волновое число в слое исследуемого покрытия; - длина волны СВЧ-генератора, ε′ - действительная часть диэлектрической проницаемости исследуемого покрытия, b - толщина слоя исследуемого покрытия.