Измеритель поверхностного потенциала Советский патент 1986 года по МПК G01R29/12 

«1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения распреде.- ления поверхностного потенциала и контактной разности потенциалов.

Целью изобретения является повышение точности измерения поверхностного потенциала путем исключения зависимости от сдвига фаз сигналов и упрощение устройства,

На фиг, 1 изображена структурная схема предложенного измерителя по- верхгостного потенциала; на фиг. - комплексная амплитуда разности опорного сигнала и сигнала с усилителя соответственно для случаев q и Cp-bfT; на фиг, 4а - циклограмма опорного напряжения Ugp , преобразованного в фазовом модуляторе; на фиг. 4S циклограмма сигнала с усилителя llj , преобразованного в фазовом модуляторе; на фиг, 4fe - циклограмма напряжения с выхода первого D-триггера U, ; на фиг. 42 - цикло-; грамма сигнала с усилителя U,- , преобразованного в фазовом модуляторе; на фиг. 43 - циклограмма напряжения с выхода второгоD-триггера U ; на фиг„ 48 - циклограмма положительного компенсирующего напряжения на выходе интегратора; на фиг. 4 Ж- то же, отрицательного - U,,.

Отметим, что на фиг. 4а, S , 6 и 6 приведены осциллограммы для случая запаздывающего сигнала, на фиг. 4а, -г , 3 и к - то же, для случая опережающего сигнала.

Устройство содержит компаратор

1,опорный генератор 2, измерительную головку 3, усилитель 4, фазовый модулятор 5, первый инвертор 6, первый В -триггер 7, второй инвертор 8 второй D-триггер 9, третий инвертор 10, четвертый инвертор 11, интегратор 12 с информационным выходом 13, причем вход компаратора 1 соединен

с первым выходом опорного генератор

2,второй выход которого соединен с первым входом измерительной головки

3,выход измерительной головки 3 -соединен с входом усилителя 4, выхо

которого соединен с инвертирующим входом фазового модулятора 5, неинвертирующий вход последнего подключен к первому выходу опорного генератора 2, выход фазового модулятора 5 соединен с входом первого инвертора 6, выход которого соединен с

входом R установки в О и информационным входом D первогоD-триггера 7 и входом второго инвертора 8, выход которого подключен к входу синхронизации С второгоD-триггера 9, вход третьего инвертора 10 соединен с выходом кo шapaтopa 1, а выход - с входом синхронизации С первого D- триггера 7 и входом четвертого ин вертора 11, выход которого подключен к входу R установки в О и информационному входу Е) второго D-триггера 9. Выход первогоD-триггера 7 подсоединен к положительному входу, а

выход второго D-триггера 9 - к отрицательному входу интегратора 12, выход которого 13 подключен к второму входу измерительной головки 3. Устройство работает следующим образом.

; При изменении напряжения опорного генератора 2 по закону

U,. Ll -5inotj

где ) - амплитуда напряжения генератора;

И - круговая частота;

с - текущее время;

напряжение сигнала с усилителя 4 изменяется по закону

,5;n(Qt+4 l,

где и mi амплитуда напряжения;

tp - фазовый сдвиг между сигналами генератора и усилителя;

40 или

U U SivilLottcptirl /

причем угол cf близок к Т/2 и не является постоянной величиной, а зависит от многих факторов. Допустим, что

,/R-cj.c ;

где R - входное сопротивление уси- лителя;

OJ круговая частота генератора; С - ёмкость зонда, зависящая от начальной установки и его диаметра. В соответствии с фиг. 2 имеем

5in q)

л|и;„-2и„и„.со5ч + и„.

а в соответствии

bin У Um,

3

с фиг.

si пер

3 5

.1и „/2и„и,со5с + При уменьшении амплитуды сигнала до нуля в обоих случаях sin У уменьшается до нуля, следовательно, и уменьшается .до нуля, при этом амплитуда разностного сигнала (J с выхода усилителя 4 становится равной о 0. Так как фазовый модулятор 5 управляется разностным напряжением, то на его выходе формируется последовательность прямоугольных импульсов,

12575704

гера 9 в случае -неизменения полярности поверхностного потенциала осуществляется аналогично, но с участием инверторов 8 и 11. При этом импульсы опрежения подаются на вход - интегратора, в результате их интегрирования на его выходе формируется отрицательное компенсирующее напряжение - Uj, (фиг. 4г, 3 , ж ). Таким образом, при полной компенсации поверхностного потенциала любой полярности, предложенное устройство обеспечивает равенство нулю угла у ,

а компенсирующее напряжение, снимае- сдвинутая на угол +J или -у по отно- ,5 мое с выхода 13 интегратора 12, взя25

щению к опорному напряжению, формируемому на выходе компаратора 1,

Для случая запаздывающего сигнала в момент ig (фиг. 1, 4(a,S ,6 ) при переходе напряжения на входе первого 20 инвертора 6 с логической 1 на логический О на входах R иО Г -триггера 7 устанавливается логическая 1, при этом на его выходе сохраняется логический О.

В момент {, при переходе напряжения на входе третьего инвертора 10 с логической 1 на логический О на входе синхронизацииС. -триггера 7 устанавливается логическая 1, при этом на его выходе устанавливает- ся напряжение Ll( , соответствующее логической 1.

В момент tj при переходе напряжения на входе первиго инвертора 6 с логического О на логический О на входах I) и R и выходе D -триггера 7 устанавливается напряжение, соответствующее логическому О.

Таким образом, на выходеD-триггера 7 формируется импульс длительностью

50

35

40

тое с противоположным знаком, равно поверхностному потенциалу.

Формула изобретения

Измеритель поверхностного потенциала, содержащий компаратор, опор- ньй генератор, измерительную головку с измерительным зондом, усилитель и интегратор, причем вход компаратора соединен с первым выходом оп орно-. го Генератора, второй выход которого соединен с первым входом измерительной головки, выход измерительной головки соединен с входом усилителя, отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства и повышения точности измерения поверхностного потенциала путем исключения его зависимости от сдвигов фаз сигналов, в него дополнительно введены четьфе инвертора, два D-триггера и фазовый модулятор, а интегратор выполнен двухвходовым, причем неинвертирующий вход фазового модулятора соединен с первым выходом опорного генератора, инвертирующий вход соединен с выхог. дом усилителя, а выход соединен с входом первого инвертора, выход первого инвертора подключен к входу R установки в О, информационному входу) первогоD -триггера, а также к входу второго инвертора, выход которого соединен с входом синхронизации С второго D-триггера, вход третьего инвертора соединен с выходом компаратора, а выход подключен к входу синхронизации С первого D-триггера и к входу четвертого инвертора, выход которого соединен с информационным входом D и входом R установки

,-i,-yu).

В результате интегрирования импульса 45 напряжения на вькоде 13 интегратора 12 увеличивается положительное компенсирующее напряжение + Оц (фиг. 4 ). При этом амплитуда сигнала на выходе усилителя 4 уменьшается, что приво- 50 дит к уменьшению угла запаздывания Указанный процесс повторяется в течение нескольких периодов, пока длительность импульса запаздывания не сведется к нулю, прекратится процесс 55 интегрирования и изменения компенсирующего напряжения. Формирование импульса опережения на выходеЭ-триг5

о

75704

гера 9 в случае -неизменения полярности поверхностного потенциала осуществляется аналогично, но с участием инверторов 8 и 11. При этом импульсы опрежения подаются на вход - интегратора, в результате их интегрирования на его выходе формируется отрицательное компенсирующее напряжение - Uj, (фиг. 4г, 3 , ж ). Таким образом, при полной компенсации . поверхностного потенциала любой полярности, предложенное устройство обеспечивает равенство нулю угла у ,

25

2050

5

0

5 0 5

тое с противоположным знаком, равно поверхностному потенциалу.

Формула изобретения

Измеритель поверхностного потенциала, содержащий компаратор, опор- ньй генератор, измерительную головку с измерительным зондом, усилитель и интегратор, причем вход компаратора соединен с первым выходом оп орно-. го Генератора, второй выход которого соединен с первым входом измерительной головки, выход измерительной головки соединен с входом усилителя, отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства и повышения точности измерения поверхностного потенциала путем исключения его зависимости от сдвигов фаз сигналов, в него дополнительно введены четьфе инвертора, два D-триггера и фазовый модулятор, а интегратор выполнен двухвходовым, причем неинвертирующий вход фазового модулятора соединен с первым выходом опорного генератора, инвертирующий вход соединен с выхог. дом усилителя, а выход соединен с входом первого инвертора, выход первого инвертора подключен к входу R установки в О, информационному входу) первогоD -триггера, а также к входу второго инвертора, выход которого соединен с входом синхронизации С второго D-триггера, вход третьего инвертора соединен с выходом компаратора, а выход подключен к входу синхронизации С первого D-триггера и к входу четвертого инвертора, выход которого соединен с информационным входом D и входом R установки

в О второго D-триггера, выход второго В -триггера соединен с отрица512575706

тельным входом интегратора, положи- мационный ныход соединен с вто- тельный вход которого подключен к рым входом измерительной голов- выходу первогоD-триггераJ а инфор- ки.

Редактор М.Келемеш

Составитель Перцев Техред Л.Олейннк

Заказ 4914/44Тираж 728Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

.Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Корректор С.Черни

Изобретение может быть испол зо- вано для измерения распределения поверхностного потенциала и контактной разности потенциалов. Цель изобретения - повьшение точности измерения и упрощение устройства. Устройство содержит компаратор 1, опорньй генератор 2, измерительную головку 3, усилитель 4 и интегратор 12. Введение инверторов 6, 8, 10 и 11, фазового модулятора- 5, Б -триггеров 7, 8 и выполнение интегратора 12 двух- входовым исключает зависимость сигналов от сдвига фаз. 4 ил. (О