Устройство для контроля многослойных диэлектриков Советский патент 1984 года по МПК G01R27/26 

ключатель, управляюпщй вход которого соединен с N-M коммутируюпц1м выходом микропроцессора, неподвижные контакты подключены параллельно одноименным неподвижным контактам многоканального коммутатора соответственно, к времязадающей цепи автогенератора и к общей шине устройства, а подвижный контакт соединен с первым выводом образцового датчика, второй вывод которого соединен с

общей шиной устройства. о

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ, содержащее автогенератор, два образцовых генератора, автоматический переключатель, два неподвижных контакта которого соединены с выходами образцовьк генераторов соответственно, смеситель, один из входов которого соединен с выходом автогенератора, а другой - с подвижным контактом автоматического переключателя, последовательно подключенные к выходу смесителя полосовой фильтр, частотный детектор, низкочастотный усилитель, синхронный детектор, первый интегратор, микропроцессор и индикатор, а также генератор синхросигнала, выход которого соединен с управляющим входом автоматического переключателя и с синхронизирующим входом микропроцессора, многоканальный коммутатор из (п-1) основных переключателей, управляющие входы которых соединены с (r-k) коммутирующими выходами микропроцессора соответственно, одна группа из (n-k) одноименных неподвижных контактов соединена с времязадающей цепью автогенератора, а другая группа из (п-1) одноименньц неподвижных контактов подключена к общей шине устройства, и измерительный датчик, представляющий собой накладной измерительный конденсатор и имеющий диэлектрическое основание, на котором размещены выполненные в В1оде компланарных концентрических колец электроды, один из которых, внешний, соединен с корпусом устройства, а внутренние электроды, число которых (п-К) равно количеству слоев § контролируемого объекта, соединены с соответствующими подвижными кон(Л тактами- основных переключателей многоканального коммутатора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения малых приращений емкости при селективном контроле диэлектрических параметров слоистых сред с получением информа ции о каждом слое в отдельности, в ел него дополнительно введены управляемый фазоинвертор, выход которого cofдинен с опорным входом синхронного детектора, а сигнальный и задающий входы соединены соответственно с вьгхо дом генератора синхросигнала и программным выходом микропроцессбра, второй интегратор, выход которого соединен с корректирующим входом автогенератора, прерыватель, выход которого соединен с входом второго интегратора, сигнальный вход подключен к выходу синхронного детектора, а управляющий вход - к стробирующему выходу микропроцессора, образцоый датчик и дополнительный пере

Изобретение Относится к средствам неразрушающег.о контроля композиционных диэлектрических материалов, веществ и изделий, в частности многослойных диэлектриков, и может быть использовано для исследования диэлектрических характеристик слоистых сред и в производстве многослойных материалов на основе диэлектрико для контроля технологических параметров, связанных с их диэлектрическими св.ойствами. Известно устройство для многопараметрического контроля физических характеристик композиционных материа лов, основанное на измерении разност диэлектрических параметров различных участков или слоев объекта и получении информации о каждом из них в отдельности и содержащее задающий тракт с генератором качающейся частоты и широкополосный тракт преобразования информационных сигналов и установленные в различных зонах контролируемого объекта измерительны датчики, многоканальньпЧ коммутатор, микропроцессор и индикатор f 1 . Однако это устройство не позволяет получить достаточно точных измерений из-за нелинейности амплитудночастотной характеристики широкополосного приемно-усилительного тракта а также температурно-временной нестабильности параметров элементов задакнцей части и изменения информативных, параметров объекта под влиянием температуры и других побочных факторов, что вносит дополнительную погрешность при измерении малых приращений емкости, связанных с дизлект рическими параметрами контролируемог объекта. Наиболее близким к предложенному по технической сущности ялляется устройство, предназначенное для многопараметрического контроля диэлектрических параметров слоистых сред, основанное на измерении разности параметров накладного электрического конденсатора, емкость которого периодически изменяется между двумя крайними значениями при варьировании глубины проникновения электрического поля в исследуемый материал, и содержащее автогенератор и два образцовых генератора, автоматический переключатель, неподвижные контакты которого соединены с выходами образцовых генераторов соответственно, смеситель, один из входов которого соединен с выходом автогенератора, а другой - с подвижным контактом автоматического переключателя, последовательно подключенные к выходу смесителя измеритель частоты с отдельно выведенным блоком сброса показаний и индикатор, а также коммутатор, один из неподвижных контактов которого подключен к времязадающей цепи автогенератора, а другой соединен с корпусом устройства, микропроцессор, коммутирующие выходы которого соединены с управляющими входами коммутатора и автоматического переключателя соответственно, и измерительный датчик, представляющий собой накладной измерительный конденсатор и имеющий диэлектрическое основание, на котором размещены два основных электрода, постоянно подключенйых к корпусу устройства и к времязадающей цепи автогенератора соответственно,и по меньшей мере один дополнительный электрод, соединенный с подвижным контактом коммутатора, причем частота одного из образцовых генераторов выше, а другого ниже частоты автогенератора С 2 . Недостатком.известного устройства является невысокая точность измерения малых приращений емкости вследствие погрешностей из-за нелинейности аналого-цифрового преобразо вания малых по уровню сигналов и сложности их масштабирования, а также вследствие использования пассивной компенсации температурного дрейфа параметров датчика. Цель изобретения - повышение точности измерения малых приращений емкости при селективном контроле диэлектрических параметров слоистых сред с получением информации о каждом слое в отдельности. Поставленная цель достигается тем что в устройство для мноГопараметрического контроля многослойных диэлектриков, содержащее автогенератор, два образцовых генератора, автоматический переключатель, два неподвижных контакта которого соединены с выходами образцовых генераторов соответственно, смеситель, один из входов которого соединен с выходо автогенератора, а другой - с подвижным контактом автоматического переключателя, последовательно подключенные к выходу смесителя полосовой фильтр, частотный детектор, низкочастотный усилитель, синхронный детектор, первый интегратор, микропроцессор и индикатор, а также генератор синхросигнала, выход которого соединен с управлякнцим входом автоматического переключателя и с синхронизирующим входом микропроцессора, многоканальный коммутатор из (п-1) основных переключателей, управляющие входы которых соединены с (h-1) коммутирующими выходами микропроцессора соответственно, одна груп па из {п-)с) одноименных неподвижных контактов соединена с времязадающей цепью автогенератора, а другая группа из (п-1) одноименных неподвижных контактов подключена к общей шипе устройства, и измерительный датчик, представляющий собой накладной измерительный конденсатор и имеюш 1й диэлектрическое основание, на котором размещены выполненные в виде компланарных концентрических колец электроды, один из которых, внешний, соединен с корпусом устройства, а внутренние электроды, число которых (n-tc) равно количеству слоев контролируемого объекта, соединены с соответствуюпщми подвижными контактами основных переключателей MHoroKaf

линия) и прерывателя (2 э,прямоугольные импульсы), на управляющих входах основных (За - Зг) и дополнительного (ЗЭ) переключателей многоканального коммутатора.

Для упрощения на фиг. 1 - 4 иллюстрируется частный случай селективного контроля диэлектрических 014 нального коммутатора, дополнительно введены управляемый фазоинвертор, выход которого соединен с опорным входом синхронного детектора, а сиг нальный и задающий входы соединены соответственно с выходом генератора синхросигнала и программным выходом микропроцессора, второй интегратор, выход которого соединен с корректирукяцим входом автогенератора, прерыватель, выход которого соединен с входом второго интегратора, сигнальный вход подключен к выходу синхронного детектора, а управлякнций вход - к стробирующему выходу микропроцессора, образцовый датчик и дополнительный переключатель, управлякшщй вход которого соединен с п-м коммутирующим выходом микропроцессора, неподвижные контакты подключены параллельно одноименным неподвижным контактам г ногоканального коммутатора соответственно к времязадающей цепи автогенератора и к общей шине устройства, а подвижный контакт соединен с первым вьгоодом образцового датчика, второй вывод которого соединен с общей шиной устройства. На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2о(- спектр несущих частот выходных сигналов авто- генератора, двух образцовых генераторов и несущей частоты выходного сигнала генератора синхросигнала с rapMdHHKaMH, используемыми для формирования сигналов управления и коммутации; на фиг. 26 - 2з, а также на фиг. 3 и 4 - эпюры напряжений в различных точках схемы: на выходе генератора синхросигнала (2Б) и частотного детектора (2в), на про«граммном вькоде микропроцессора (2 г, 4а, & , 9 , ) , на выходе управляемого фазоинвертора (2d) и синхронного детектора (2е, 4б, г , е, 3), на накопительных элементах (пунктирная линия) и на выходе усредняющего звена (сплошная линия) первого интегратора (2ж), на выходе второго интегратора (2 з, пунктирная

параметров четырехслойного объекта с получением информации о третьем слое (отсчет ведется со стороны измерительного датчика, сечение которого дано на фиг. 1) - фиг. 2 и о каадом в отдельности - фиг, 4 а для сохранения общности изложения на эпюрах изображены разрывы между первыми четьфьмя тактами и последним гу-м тактом периода работы устройства, условно показывающие, что при увеличении количаства слоев в контролируемом объекте соответственно увеличится число тактов в указанном периоде, а его длительность возрастет на (fi-5)/ пЙ , где Tt I nS - длительность одного такта, кроме того, представленные на фиг. 2е, з, А б,г,е,зэпюры напряжений синусоидальных сигнаов изображены в прямоугольной форме.

Устройство содержит автогенератор 1, образцовые генераторы 2 и 3, змерительный датчик 4, состоящий з диэлектрического основания 5, на котором укреплены выполненные в виде компланарных концентрических колец злекзгдрд. 6, 7/ - 7, , в электрическом поле которых расположены четЕфе слоя 8j,- 84 контролируемого объекта, многоканальный коммутатор 9, имеющий четыре основных переключателя 9 и дополнительный переключатель 9 t автоматический переключатель 10, второй интегратор 11, смеситель 12, полосовой фильтр 13, частотный детектор 14, низкочастотный усилитель 15, синхронный детектор 16, прерыватель 17, первый интегратор 18, образцовый датчик 19, управляемый фазоинвертор 20, генератор синхросигнала 21, микропроцессор 22 и иидикатор 23.

Устройство работает следующим образом.

Гармонический сигнал зондирующей частоты ьи° с выхода автогенератора

1 подается на смеситель 12. Образцовые генераторы 2 и 3, служащие источниками сигналов опорных частот ш и ujg (фиг. 2с() соответственно, с помощью автоматического переключателя 10, управляемого прямоугольным напряжением частоты лшЭ (фиг. 26) генератора синхросигнала 21, поочередно подключаются к второму входу смесителя, в результате чего на его выходе формируется частотно-модулированный сигнал, модулирующая частота которого равна mn Si , а несущая частота периодически изменяется, принимая поочередно значения сЪ и ujj . Зондирующая частота UJ зависит как от собственной емкости измерительного и образцового датчика 4 и 19, поочередно подключаемых к времязадакндей цепи автогенератора 1 в определенные такты работы многоканального коммутатора.9 через его основные переключатели . и дополнительный 9 соответственно, так и от диэлектрических параметров

5 соответствующей группы слоев контролируемого объекта.

Режим работы многоканального коммутатора 9 определяется микропроцессором 22, который преобразует

0 поступающее на синхронизирующий вход с генератора синхросигнала 21 напряжение частоты тпЯ в напряжения кратных частот 7 и hfi , используемые для формирования сигналов

коммутации (фиг. 3), которые подаются на управляющие входы основных и дополнительного переключателей с соответствующих коммутирующих выходов микропроцессора и импульса

стробирования, управляющего работой прерывателя 17. В зависимости от состояния основных переключателей 9 внутренние электроды измерительного датчика 4 являются высокопотенциальными или низкопотенциальными. При этом электрическое поле, создаваемое комбинацией таких . электродов, проникает в контролируемый объект на глубину, зависящую от расстояния между соседними высокопотенциальным и низкопотенциальным электродами. Принимая во внимание указанное обстоятельство и толщину каждого из слоев 8 - В. контролируемого объекта, расстояние между )-м и ()-м электродами выбрано так, что создаваемое между ними поле проникает на глубину If-го слоя, а для того, чтобы собственная емкость системы высокб- и низкопотенциальных

электродов, образующейся при подключении первых k электродов (отсчет ведется от электрода наименьшего радиуса) к времязадающей цепи автогенератора 1 и остальных (Л-1) электродов - к корпусу устройства, не изменялась, по мере роста радиуса электродов их пприна убывает и, кро-, ме того, ширина электродов должна быть гораздо меньше расстояния межд ними (в представленном на фиг. 1 сечении измерительного датчика последние два обстоятельства не отражены) . Сигналы управления (фиг. 3), поступая одновременно на управляющи входы с;оответствующих переключателе 9-,- 9с, обеспечивают периодичность работы многоканального коммутатора и определяют очередность подключен внутренних электродов 7 измери тельного датчика 4 и одного из выво дов образцового датчика 19 к времязадающей цепи автогенератора 1, При контроле четырехслойного объекта период работы коммутатора 9 длитель ностью п /S делится на 5 тактов длительностью / . В первый такт к времязадающей цепи автогенератора 1 через контакты переключателя 9 подключается электрод 7,. что соответствует высокому уровню сигнала коммутации на управляющем входе основного переключателя 9 (фиг. За), а все остальные электроды /2- 74. и образцовый датчик 19. соединяются с низкопотенциальным электродом 6, что соответствует низким уровням соответствующих сигналов коммутации (фиг. Зб- 33). При этом электрическое поле, создаваемое между высокопотенциальным 7 и низкопотенциальным 7 электродами, проникает только в глубину поверхностного слоя 8., и величина приращения собственной емкости измерительного датчика пропорциональна диэлектрической проницаемости слоя 8.., , а зондирующая частота автогенератора изменится соответственно на величину ли . В следующем текте работы коммутатора к времязадающей цепи автогенератора через переключатель 9 подключится еще один электрод 7 и,поскольку расстояние между высокопотенциальным и низкопотенциальным электродами (электроды 7о и 7 соответственно) возросло, создаваемое между ними поле проникает на глубину второго слоя Bj- В этом случае изменение зондирующей частоты на величину d и, обусловлено диэлектрическими параметрами поверхностного слоя 8 и более глубокого слоя 82- Последовательное подключение остальных вр емя задающей электродов цепи автогенератора приведет к соот ветствующему изменению зондирующей частоты автогенератора на величину 4U/, и Ли).. В дополнительном пятом такте электроды 7,-7- соединяются с корпусом устройства, а к времязадающей цепи автогенератора подключается с помощью дополнительного переключателя 9у образцовый датчик 19, собственные параметры которого подобраны эквивалентными собственным параметрам измерительного датчика 4 (в отсутствие контролируемого объекта) . При этом величина расстройки зондирующей частоты определяется тапько влиянием неинформативньпс факторов, а именно: температурный дрейф параметров образцового датчика и времязадающей цепи автогенератора, конструктивная неидентичность датчиков 4 и 19, нестабильность питающих напряжений. По окончании дополнительного (пятого) цикл работы многоканального коммутатора 9 повторяется. Параметры датчиков 4 и 19 при начальной установке нуля (в отсутствие контролируемого объекта) должны быть согласованы с времязадающей цепью автогенератора 1 таким образом, чтобы при равенстве собственньпс емкостей датчиков и отсутствии внешних воздействий в любой из тактов коммутации выполнялось условие симметрии опорных и зондирующей частот, т.е. (фиг. 2oi) , (1 1-1 где iw - начальное значение зондирующей частоты автогенератора 1, определяемое собственными параметрами датчиков 4 и 19 и параметрами времязадающей цепи в отсутствие внешних воздействий (информативных и неинформативных Lo и ujj - несущие частоты выходных сигналов образцовых генераторов 2 и 3 соответственно. Кроме того, разнос опорных частот должен быть таким, чтобы при воздействии только информативных факторов (при введении контролируемого объекта в зону чувствительности измерительного датчика) сохранялось условие баланса частот и;2.{(и,Плш,),(а;Пли;,(), ))/ш, (2)

где /iLU:), леи, , л U),, 11 зсол - информа-, тивные приращения зондирующей частоты автогенератора 1, определяемые диэлектрическими параметрами соответственно слоя 8 , двух слоев 8 и 8-,

8, 8 и 8 и четырех

трех слоев слоев BJ,- i 5. контролируемого объекта, Чтобы получить информаи 1Ю о диэлектрических параметрах поверхностного слоя (8,), необходимо из совокупности сигналов, полученных за один период работы устройства, выделить сигнал, пропорциональный величинедои, а .например, для получения информации 15 о третьем слое 8, необходимо вьщелить сигнал, пропорциональный разности абсолютных значений соответствующих информативных приращений зондирующей частоты: (l cuj|-| u,|) . Поскольку указанные побочные факторы также влияют на параметры времязадающей цепи автогенератора, обусловливая температурно-временную нестабильность зонди рующей частоты его, то дополнительное неинформативное изменение ее начального значения to может привести к нарушению условия баланса частот (2) и к существенному искажению результатов контроля. Поэтому для 30 коррекции частоты автогенератора, осуществляемой по условию симметрии (1), используется сигнал, получаемый в дополнительном пятом такте йри подключении образцового датчика 19. 35 Процесс селективного контроля и получения информации о диэлектрических параметрах третьего слоя 8 и режим коррекции происходит следую- 40 щим образом. Если под влиянием неинформативных факторов (медленный температурный дрейф параметров, датчиков и времязадающей цепи автогенератора) 45 зондирующая частота u) изменилась на величину ЛШ и сохраняет свое значение при постоянстве других факторов (информативных) в течение нескольких периодов работы. Тогда при воздействии всех внешних факторов (информативных и неинформативных) частота автогенератора в течение одного периода работы многоканального коммутатора 9 последовательно принимает значения (фиг.2с() u.(4u,Au;Ji

и)°-{ды 4ы |; )5-());

4 О t

W (Х1

4/

0.0,(Ъ

ЛШ. 10 г т п н н д т с га ро из зн на ча су с ни из ча ДШ, неинформативное приращение начального значения зондирующей частоты ш° автогенератора 1, величина которого в течение некоторого времени постоянна (величина/SU)., для упрощения дальнейшего описания условно взята со знаком +); текущее значение зондирующей частоты автогенератора, определяемое величиной приращения duij начального значения зондирующей частоты t обусловленного только влиянием информативных факторов на времязадающие цепи автогенератора; значения несущей частоты выходного сигнала автогенератора, обусловленные как информативными приращениями частоты в Г - IV тактах соответственно, так и неинформативным uui. ри этом время, в течение котороеинформативное приращение Л wоянно (так называемая постояндрейфа автогенератора , ), должыть гораздо больще двух периоработы многоканального коммура 9 (27f /Л ) . аким образом, на смеситель 12 тогенератора поступает квазионический сигнал, частота котопериодически с частотой mnSi няемся, последовательно принимая ения iv, (V, (и, lu и to, а ругой вход смесителя подается отно-модулированный сигнал, нея частота которого периодически стотой тпЯ принимает значеIU2 и lUj. Полосовой фильтр 13 меси частот ввделяет разностный . отно-модулированный сигнал, модулирующая частота которого равна m п И , а несущая частота в каждый такт работы коммутатора 9 (т.е. за промежуток . времени 77/п 5 ) принимает периодически (с частотой nnnSi ) два значения, за ,( 1 Р V- )- , 2) () - )р4.(ди).+Д1х U,,,-U):.Wp где|й „::- среднее значение несущей частоты разностного частотномодулированного сигнала, вьзделяемог полосовым фильтром 13. В выходной цепи полосового фильт ра имеется звено амплитудного ограничения, необходимое для устранения паразитной амплитудной модултяции разностного частотно-модулированног сигнала. Кроме того, вьщеляемые полосовым фильтром разностные часто ты, а также зондирующая частота автогенератора, опорные частоты образ цовых генераторов и частоты коммутации и управления должны подчинять ся соотношению: n n2«fTinS «u p« mmfuj lOD, . (ь) Частотно-модулированный разностный сигнал поступает в частотный де тектор 14, на выходе которого образуется амплитудно-модулированное на пряжение прямоугольнрй формы (фиг. 2 с несущей частотой tnnS , амплитуда которого пропорциональна девиации среднего значения разностной частот Л р за период IT/nS2 (за один такт т.е. амплитуда напряжения на выход частотного детектора в первые четыре такта работы коммутатора 9 опред ляется суммарным воздействием инфор мативного фактора, соответствующего данному такту, и всех неинформативных (см. соотношения 4), а при под ключении образцового датчика 19, собственные параметры которого экви валентны собственным параметрам измерительного датчика 4, амплитуда напряжения на выходе детектора 14 определяется только неинформативными факторами (CH. соотношение 5). Низкочастотный усилитель 15, настро енный на пЁрвую гармонику частоты 1 1 висящие от разности частот выходногосигнала автогенератора и частот и lAJj образцовых генераторов, поступающих на смеситель в I. - ii такты соответственно (фиг. 2а). . ( .йр-(и)4Ли;) -ш - Ы шр-(ДU)-t-Д 01) )p-(utx)Aio) u.-u,.u)p-4U) , из прямоугольного амплитудно-модулированного напряжения выделяет синусоидальный сигнал, амплитуда которого в каждом из тактов пропорциональна алгебраической сумме неинформативного приращения Л1л и соответствующему дaннoky такту информативного приращения частоты ав-/ тогенератора, а именно ), . ), U,.:k|dW,+ 4UJ. I у э 1с i ) U5--1 |Au; | , k - результирующий коэффициент преобразования -цепи элементов 12-15; Ц-и значения амплитуды выходного сигнала (амппитудномодулированного) низко tjfacTOTHoro усилителя 15 в 1, | , Ш , IV , V такты соответственно. Амплитудно-модулированный синусоидальный сигнал, содержащий информацию о диэлектрических параметрах всех слоев контролируемого объекта, полученную в результате послойного зондирования, поступает в синхронный детектор 16, на опорный вход которого подается напряжение той же частот tvwИ (фиг. ) , вырабатываемое генератором синхросигнала 21. Для получения информации о диэлектрических параметрах слоя 8 необходимо вьщвлить сигнал, амплитуда которого пропорциональна величине разности информативных приращений зондирующей частоты Чо автогенератора 1, возникающих соответственно во fi и W такты работы устройства, т.е , уровень постоянна вьвсоде первого него напряжения интегратора 18 должен бють пропорционален величине (см. соотношение 7) MH 3|-H-,I) для чего фаза напряжения частоты .тпЯ, поступающего в I, 5, V данного периода работы коммутатора 9 (Я /57 ) на опорный вход синхронного детектора 16 с выхода генератора синхросигнала 21, должна быть сдвинута в те же такты очеред ного периода на Т80° а фазы указанного напряжения во IJ и Ж та тах, оставаясь в каждом из периодов jr/S7 постоянными, должны быть сдвинуты между собой в одном и том же периоде на 180°. Для удовлетворения этих условий между выходом генератора синхросигнала 21 и опор ным входом ттетектора 16 включен уп равляемый фазоинвертор 20, на зада «нций вход которого с программного выхода микропроцессора 22 поступает соответствующий кодовый сигнал (фиг. 2i). Высокий и низкий уровни кодового сигнала, чередуясь в посл довательности, устанавливаемой микр процессором по алгоритму получения заданного результата (информации о слое 8э), обеспечивают прохождение на опорный вход синхронного де тектора 16 прямого и инверсного напряжений частоты с генератора син хросигнала 21 . После синхронного детектирования входного синусоидального сигнала, изменения амплитуды которого (в соответствующие тaкtы) несут информацию о диэлектрических параметрах каждого из слоев контролируемого объекта и одновременно обо всех информативных факторах, влияющих на частоту автогенератора, на выход детектора 16 появится напряжение в виде пакетов выпрямленных полувол синусоиды частоты п1пЯ,,амплитуда которых в каждом из тактов (длител ностью /пй ) определяется амплит дой входного синусовдального сигна в соответствующих тактах, а полярность полуволн в пакете зависит от фазы напряжения той же частоты (тиЛ) в опорной цепи детектора, и 1 . 14 в данном случае (фиг. 2с) пакет, соответствующий W такту каждого периода (J/S ),.содержит полуволны синусоиды отрицательного знака, а пакет, соответствующий такту каждого периста - полуволны положительного знака, во всех остальных тактах (1,61 и 9 ) полуволны синусоиды имеют положительный знак в одном периоде и отрицательный - в следующем. Пакетное разнополярное напряжение (фиг. 2 е), поступая на первый интегратор 18, вызовет периодический процесс перезаряда его накопительных злементов, при этом все составлякнцие заряда равной амплитуды, но чередующейся полярности, взаимокомпенсируются, вследствие чего уровень пульсирующего напряжения, усредненного на выходе интегратора (фиг-,2) за два периода работы многоканального коммутатора (2л/57 ) равен величине разности абсолютных значений амплитуды Полуволн синусоиды П и Ш тактов, т.е. величине I и , пропорциональной разности приращений зондирующей частоты автогенератора (|4U)j|-(ДЦ)) , определяемой только диэлектрическими параметрами слоя Таким образом, на индикатор 23 с выхода первого интегратора 18 (через микропроцессор 22) поступает постоянное напряжение, среднее значение которого за период 2 7f /Я зависит только от диэлектрических свойств одного из слоев контролируемого объекта (в зависимости от характера кодового сигнала, поступающего на задающий вход управляемого фазоинвертора с программного выхода микропроцессора), в данном случае - слоя 8j. Пульсации этого напряжения сглаживаются при соответствующем выборе постоянной интегрирования f.., которая определяется из условия Cc,ir fjr/S , (9) где f я - постоянная времени первого интегратора 18; некоторая постоянная времени, в течение которого величина неинформативной расстройки Д1А) зондирующей частоты автогенератора не изменяется. Микропроцессор 22 обеспечивает автоматическую задержку текущего результата контроля, содержащего информацию о диэлектрических параметрах какого-либо слоя на время (порядка %g), необходимое для подстройки зондирующей частоты автогенератора по условию симметрии (соотношение 1), запоминание и сброс предьщущего показания, вьщачу текущего результата, выборку и поступление на задающий.вход управляе мого фазоинвертора очередного кодо вого сигнала (из набора сигналов фиг. А , в , Э , X ,. сформированных аналогично указанному алгоритму), необходимо для получения информации о диэлектрических параметрах следующего слоя, при этом в микропроцессоре может быть предусмотрен ручной режим управления для селективного контроля диэлектрических параметров одного определенного слоя. Отличие характера кодового сигнала, обеспечивакяцего получение информации о первом (поверхностном слое, от кодовых сигналов, необходимых при вьщелении информации о глубинных слоях контролируемого объекта, заключается, как показано на фиг. 4, в том .;4то в первом случае уровень сигнала в дополнительны тактах периода 2 /Я работы устро ства постоянно высокий (или в зависимости от уровня сигнала в I такте, постоянно низкий), т.е. всегда противоположен уровню сигнала в I такте (фиг. 4а), что необходимо для компенсации неинформативной составляющей амплитуды сигнала I такта, I содержащего информацию только о поверхностном слое (фиг. 45), а во втором случае при селективном контроле V-го слоя (где 1 2,3... п-1) компенсация неинформативной составляющей амплитуды сигнала, получаемого в 1( -и такт данного пери ода Л/52 работы многоканального коммутатора, осуществляется за счет аналогичной составляющей сигнала (1с-1)-го такта противоположной поля ности (фиг. 4t,e,3 ) и для исключения влияния сигналов, получаемых в данный период Ji/Q на выходе синх ронного детектора в остальных тактах, в том числе и в дополнительном такте полярность этих сигналов в очередном периоде ЗГ/Я работы комму татора изменяет знак вслед за изме нением уровня соответствующего код вого сигнала (фиг. 4в, в , ). Отскд следует, что при коррекции зондирующей частоты автогенератора, осуществляемой в моменты подключения к его времязадающей цепи образцового датчика 19 для поддержания условия баланса частот (2), необходимо из выходного разнополярного напряжения синхронного детектора вьщелить только те дополнительные такты, полярность сигнала в которых сохраняет знак при получении информации о любом из контролируемых слоев, т.е. необходимо стробировать разнополярное напряжение в те дополнительные такты, в которых уроЬни всех кодовых сигналов совпадают. Поскольку в рассматриваемом примере указанным условиям соответствует дополнительный такт первого периода TT/S работы коммутатора, то прерыватель 17, подключенный к выходу синхронтного детектора параллельно первому интегратору и управляемый стробимпульсами длительностью /nS , следующими с частотой S со стробирукщего выхода.микропроцессора, формирует из пакетного разнополярного напряжения детектора 16 корректирующий сигнал в виде периодической последовательности пакетов длительностью , следующих с частотой Si и состоящих из выпрямленных полуволн синусоиды частоты только одной полярности, амплитуда которых пропорциональна только неинформативному приращению зондирующей частоты- ijU| (фиг. 2з - прямоугольные импульсы). Корректирующий сигнал усредняется во втором интеграторе 11,и на корректирующий вход автогенератора подается постоянное напряжение (фиг. 2з- пунктирная линия), пульсации которого сглаживаются за счет соответствукмдего подбора постоянной времени Т второго интегратора. Это напряжение, воздействуя на времязадающую цепь ав- тогекератора при правильном выборе фазовых соотношений с входньи сигналом (пропорциональным девиации среднего значения разностной частоты . влиянием неинформативных факторов) и постоянной времени второго интегратора (го(), изменяет зондирующую частоту автогенератора до тех пор, пока ее текущее значение не совпадет с начальнь1М значением зондирующей частоты, т.е. пока не выполнится равенство 17 iw -cu с точностью до ошибки некомпенёации замкнутой системы, состоящей из элементов 1-12-13-1415-16-17-11-1. Остаточное напряжение корректирующего сигнала, связанное с ошибкой некомпенсации указанной замкнутой системы, не вносит дополнительную погрешность в результаты контроля в том случае если Ъно обусловлено только медленными температурными дрейфами параметров времязадающей цепи авто генератора и собственных параметро идентичных датчиков 4 и 19, поскольку неинформативные составляющ амплитуды выходного сигнала синхронного детектора взаимно компенсируются в первом интеграторе 18 за счет инверсии фазы сигнала в соответствующих тактах периода по этой же причине неинформативная составляющая амплитуды выходного сигнала детектора 16, обусловленна неидентичностью собственных емкост не вносит дополнительную датчиков. if 01 погрешность при получении информации о глубинных слоях контролируемого объекта.Неидентичность датчиков внесет дополнительную погрешность только при получении информапии о поверхностном слое. Эта логрешность устраняется при начальной калибровке устройства. Режим калибровки Установка нуля устройства аналогичен режиму измерения и производится в отсутствие контролируемого объекта. С помощью подстроечного элемента автогенератора 1 (на фиг. 1 не показан) и образцового датчика (на фиг. 1 показан регулируемый образцовый датчик), регулирующего емкость датчика 19, зондирующая частота автогенератора изменяется до тех пор, пока не будет вьшолнено услов11е симметрии частот, устанавливаемое соотношением (1), при этом собственные емкости измерительного и образцового датчиков станут равными и на индикаторе 23 установится нулевое показание.

1

- flfl4 l 1095101

f-4Wj-H -AlVf ЛШк

О)

Частота

Wi

aj2-uj/(.

а э-э-Ъ

Фиг.2

....l

r 1

24f21Lrt

т

- Шк- бШуГ тг.

ZJ tlflCll

п

ж

пп

тшц

ад

4iw/(-M«ii

((

X

ппп

uU