Устройство для бесконтактного измерения поверхностных распределений зарядов Советский патент 1988 года по МПК G01R29/12 

(21)4122666/2А-09

(22)16.06.86

(46) 30.09.88. Бкш. 36

(71)Научно-исследовательский институт механики и физики при Саратовском государственном университете

(72)В.Л.Грищенко, И.А.Матвеева, Л.М.Науменко и С.А.Вислова . (53) 621.317.328(088.8)

(56) Матвеева И.А. Метрологические свойства эондовых систем для измерения поверхностных зарядов. - Радиотехника и электроника, 1982, т. 27, 4, с. 804-812.

Авторское свидетельство СССР 464872, кл. G 01 R 29/12, 1975.

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ ЗАРЯДОВ

(57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повьшение точности измерений. Устр-но содержит зондовый датчик 1, носитель 2 зарядного рельефа, аттенюаторы 3, сумматрр 4 и индикатор 5 с вариантом 6 выполнения датчика. Цель достигается за счет улучшения равномерности коэффициента передачи в заданной полосе пространственных частот с помощью .введенных аттенюаторов 3 и сумматора 4, а также выполнения датчика 1 в виде последовательности кольцевых измерителышх электродов. Устр-во по п. 2 ф-лы отличается выполнением в виде конуса центрапьнЬго кольцевого измерительного электрода датчика 1. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

(О

l«f

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в репрографии, дефектоскопии, электротехнике, микроэлектронике при выполнении научных исследований.

Целью изобретения является повышение точности измерений за счет улучшения равномерности коэффициента пе- передачи в заданной полосе пространственных частот.

На фиг 1 представлена схема устройства для бесконтактного измерения поверхностных распределений зарядов; на фиг. 2 и 3 - кривые, поясняющие его работу.

Устройство содержит зондовый датчик 1, носитель 2 зарядного рельефа, аттенюаторы 3, сумматор 4, индикатор 5. Зондовый датчик может быть выполнен в виде датчика 6.

На фиг, 2 приведены графики коэф фициентов передачи в полосе пространственных частот о, tOrp где кривая 7 построена для зондового датчика с утопленным кольцевым измерительным электродом, кривая 8 - для датчика, у которого кольцевой измерительный электрод и электростатический экран лежат в одной плоскости, кривая 9 - дпя датчика с выступающим кольцевым измерительным электродом, прямая 10

2бЗгр т / V 1,(со,рг) 2

к-о

r(f(0)

М-1

Л-1

2I(2m+1) X i:(-1) (----) X „,, (С0,р г). П5 (К-е)| ;

где Ч,/h 2N-1;

Ц, - расстояние от зондового датчика 1- до поверхности носителя 2 зарядного рельефа;

45

Функция Ч (г) /срСО), осцил знакопеременная, затухающая

текущей координаты г,.Макси значение функция имеет при т.е. (f (0) Ч, .

,2,

граничная пространственная частота пропускания; г - текущий радиус; 1( - функция Бесселя первого

ряда;

h - толщина диэлектрического слоя ноеи геля 2 .зарядного рельефа, то обеспечивается пост.оянство -коэффициента передачи измерительного устройства в заданной полосе пространственных частот.

o

5

О

0

5

для зонда, в торцовой плоскости которого реализуется распределение потенциала в соответствии с кривой 11, представленной на фиг. 3.

Устройство для бесконтактного измерения поверхностных распределений зарядов работает следующим образом.

Зондовый. датчик 1 перемещается вдоль поверхности носителя 2 зарядного рельефа. На измерительных электродах зондового датчика 1 индуцируется сигнал, связанный с распределением исследуемого поверхностного заряда. Сигналы, индуцированные на измерительных электродах зондового датчика 1, поступают на входы аттенюаторов 3 и подаются с первого центрального и остальных нечетных электродов на неинвертирующий вход, а с четных - на инвертирующий вход сумматора 4. Сигнал с выхода сумматора 4 подается на индикатор 5.

Весовая функция, с которой складываются сигналы, определяется затуханием аттенюаторов 3. Если затухания аттенюаторов 3 сделать обратно .пропорциональными от среднего значения

tf(r)

функции -7лГ ПО поверхности электрода, к которому подключен соответствующий аттенюатор 3,

NM

2I(2m+1)

,

2К

N

-L

(U,,h)

(2 Ю

2К

Л-1

П

5

Функция Ч (г) /срСО), осциллирующая, знакопеременная, затухающая с ростом

текущей координаты г,.Максимальное значение функция имеет при г О, т.е. (f (0) Ч, .

Суммирование индуцированных на измерительньпс электродах си налов в соответствии с весовой функцией

М «

-тгг обеспечивает более точное измерение распределения поверхностного заряда.

Размеры (радиусы) электростатических заземленных экранов, между которьши расположены измерительные электроды, определяются корнями функV(r) Ции щ.

С:/ммирование сигналов с кольцевых аксиально-симметричных измерительных электродов с весовой функцией обеспечивается подключением этих электродов к сумматору 4 через аттенюаторы 3,

Так, для. (i+1)-ro электрода коэффициент ослабления сигнала определяется

Формула изобретения

по формуле:

141

A«v 4fvg...- r

-. Т (-1.. -р. °

15

к.

и индикатор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений за счет улучшения равномерности коэффициента передачи в заданной полосе пространственных частот, в него дополнительно введен сумматор и аттенюатор, азондовый датчик выполнен в виде последовательности кольцевых измерительных электродов, размё5ценных аксиально-симметрично, разделенных заземленными электростатистическими экранами и подключенных к сумматору через аттенюаторы,

внутренний и внешний ра- JQ причем первый центральный и все нечетные кольцевые измерительные электроды подключены к нeинвepтиpyющe y, . а четные - к инвертирующему входам сумматора, выход которого соединен с индикатором, при котором радиусы заземленных электростатических экранов, между которыми расположены кольцевые измерительные электроды,выбраны из условия равенства нуля функции.

где i О, 1, 2;

rj, г;, - значения i-ro и (i+1)-ro

нулей функции rgy (радиусы i-ro и (i+1)-ro электростатистических заземпенныос экранов.

диусы (i+1)-ro кольцевого измерительного электрода эондового датчика).

Для первого центрального измерительного электрода г О,

25

Г (2 J Ч(0

чхо}

2G)r ,

rtf(O)

viK N-t.

Z Й|.Г r«.o

K«o L UN; 2 „,.0

N-l

c-

2-1 (2m+1) mzo

4V.

Z (-.; (-„--2,у

где Ц|, /h 2N-1;

,2, ...,

tf, - расстояние от зондового

датчика до слоя; граничная пространственная частота полосы пропускания;

г - текущий радиус-координата;I, - функция Бесселя первого

рода; h - толщина диэлектрического

слоя,

а коэффициент ослабления каждого ат- тенюатора обратно пропорционапег

С|(г) среднему значению функции ;;:7лГ по

Формула изобретения

15

JQ

25

N-t.

r«.o

„,.0

IK

f rcp.rih)

(.2K)

I

П + 1

m ( CJ r) X 11

(K-e)

поверхности кольцевого электрода, к которому он подключен.

W

flOKC

фиг.З