Устройство для измерения распределения электрического потенциала Советский патент 1985 года по МПК G01R29/12 

Изобретение относится к технике электрических измерений и может быт использовано при исследовании заряженньк поверхностей электрографических -и видиконовых слоев. Известно устройство для измерения локальной плотности поверхностного заряда, содержащее зрнд с вйбри . рующим измерительньм электродом, модулятор, генератор высокой часто.ты, блок индикации индуцированного заряда и блок обратной связи СО- . Однако устройство для измерения локальной плотности поверхностного заряда не обеспечивает точность изме рений распределения электрического потенциала на поверхностях с произвольной топографией, так как не всег да можно.возбуждать высокочастотное электромагнитное поле на заряженной поверхности исследуемого объекта, не искажая реального распределения электрического потеницала, кроме того, высокочастотное электромагнитное поле может изменять электрически свойства исследуемого объекта. Наиболее близким техническим решением к изобретению является устрой ство для измерения распределения электрического потенциала, содержащее последовательно соединенные измерительный зонд, выполненный в виде вибрирующего электрода, усилитель переменного напряжения, последовател но соединенные фазовращатель, синхронный детектор, ycHnHTejjb постоянного напряжения и регистратор, генератор, подключенный к опорному входу синхронного детектора и измерительному зонду, блок перемещения иэмерительного зонда, при этом выход усили теля постоянного напр5шения соединен с электропроводящей подложкой для размещения исследуемого объекта С2 Однако известное устройство для .измерения распределения электрическо го потенциала не обеспечивает высокую точность измерений. Цель изобретения - повышение точности. Поставленная цель достигается тем что в устройстве для измерения распределения электрического потенциала содержащем псследовательно соединенные измерительный зонд, вьшолненный в виде вибрирующего электрода, усилитель переменного напряжения, последовательно соединенные фазовраща1тель, синхронный детектор, усилитель постоянного напряжения и регистратор, генератор, подключенный к опорному входу синхронного детектора и измерительному зонду, блок перемещения измерительного зонда, при этом выход усилителя постоянного напряжения соединен с электропроводящей подложкой для размещения исследуемого объекта, между выходом усилителя переменного Напряжения и входом фазовращателя включен фильтр первой гармоники, между выходом усилителя переменного.напряжения и управляющим вхо.цом блока перемещения измерительного зонда включены последовательно фильтр второй гармоники,детектор, блок деления, второй вход котоporo соединен с выходом синхронного детектора, и блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом введенного регулируемого источника опорного напряжения. На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства для измерения распределения электрического потенциала. Устройство содержит измерительный зонд 1, выполненный в виде вибрирующего электрода, усилитель 2 переменного напряжения, фазовращатель 3, синхронный детектор 4, усилитель 5 постоянного напряжения, регистратор 6, генератор 7, блок 8 перемещения измерительного зонда 1, электропроводящую подложку 9 для размещения исследуемого объекта, фильтр 10 первой гармоники, фильтр 11 второй гармоники, детектор 12, блок 13 деления и блок 14 сравнения, регулируемый источник 15 опорного напряжения. Устройство для Измерения распределения электрического потенциала работает следующим образом. Сигнал на выходе усилителя 2 переменного напряжения содержит кроме первой, и другие высшие гармоники, причем при параметрах входной цепи устройства 0,1 соотношение первой и другой высшей гармоники обратно пропорционально коэффициенту модуляции емкости или пропорционально расстоянию от измерительного зонда 1 до поверхности исследуемого объекта. Работа данного устройства основана на анализе соотношения первой и второй гармоник сигнала. С выхода измерительного зонда 1 на усилитель 2 поступает напряжение пропорциональное преобразуемому электрическому потенциалу исследуемого образца, которое усиливается и через фильтр 10 первой гармоники и фазовращатель 3, который служит для компенсации фазовых сдвигов входной цепи усилителя и фильтра 10 первая гармоника сигнала поступает на синхронный детектор 4, который преобразует переменное напряжение в постоянное, которое усиливается усилителем 5 постоянного напряжения и далее регистрируется регистратором 6. Напряжение с выхода усилителя 5 постоянного напряжения поступает и на электропроводящую подложку 9, что обеспечивает 100% отрицательную связь, повышающую точност измерения электрического потенциала образца. С выхода усилителя 2 переменного напряжения усиленное переменное напряжение поступает также на 1фштьтр 11 второй гармоники, который служит для вьщеления второй гармони ки сигнала. Вторая гармоника сигнал преобразуется в постояное напряжени детектором 12, которое, как и постоянное напряжение с выхода синхрон ного детектора 4, поступает на блок деления. Блок 13 деления выполняет операцию деления напряжения с выхода синхронного детектора 4 на постоягнное напряжение с выхода детектора 12, вьщавая на выходе напряжение, пропорциональное их отношение. Из-за изменения отношения первой и второй гармоник сигнала при изменении расстояния от измерительного зонда 1 в виде вибрирующего электрода и исследуемой поверхности меняется и выходное напряжение блока 13.Блок 14 сравнения сравнивает это напряжение и заданным напряжением регулируемого источника 15 опорного напряжения и вьщает сигнал, управляющий блоком 8 перемещения измерительного зонда 1, который, в зависимости от того, выше или ниже заданного напряжения регулируемого источника 15 напряжения выходное напряжение блока 13, приближает или отдаляет измерительный зонд 1 в ввде вибрирующего электрода к поверхности исследуемого объекта. Предлагаемое устройство позволяет повысить точность измерения распределения поверхностного электрического потенциала, так как измерительный зонд 1 может иметь значительно меньший радиус (нижний предел определяется механической прочностью материала вибрирующего измерительного электрода). Устройство также позволяет поддерживать постоянное расстояние t от измерительного зонда t до поверхности исследуемого объекта более точно, так как отношение первой и второй гармоник изменяется пропорционально этому расстоянию (т.е., при изменении расстояния на два порядка, отношение гармоник изменяется тоже на два порядка).

УСТРС СТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСПРЕдаЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОТЕНЩШ1А, содержащее последовательно соединенные измерительньй зонд, выполненный в вцде вибрирующего электрода, усилитель переменного напряжения , последовательно соединенные фазовращатель, синхронный детектор, усилитель постоянного напряжения и регистратор, генератор, подключенный к опорному входу синхронного детектора и измерительнсму зонду, блок перемещения измерительного зонда, при этом выход усилителя постоянного напряжения соединен с электропроводящей подложкой для размещения исследуемого объекта, о т л и ч а ю.щ е е с я тем, что, с целью повышения его точности, между выходс« усилителя переменного напряжения и входом фазовращателя включен фильтр первой гармоники, меткяу выходом усилителя переменного напряжения и управляющим входом блока перемещения измерительного зонда включены последовательно фильтр (Л второй гармоники, детектор, блок деления, второй вход, которого соединен с выходом синхронного детектора и блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом введенного регулируемого источника опорного напряжения. 4 09