Трехпараметровый вихретоковый способ контроля двухслойных изделий с диэлектрическим и электропроводящим слоями Советский патент 1988 года по МПК G01N27/90 

со о о сд

Ot)

9иг.1

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано Для измерения параметров двухслойных покрытий с диэлектрическим и электропроводящим слоями.

Цепь изобретения - повьппание точности контроля - достигается за счет измерения отношения сигналов полз1 ен- ных с помощью одних и тех же блоков. Кроме того поставленная цель достигается путем получения градуировочных точек с помощью контрольных образцов и последующей двумерной интерполяцией градуировочных кривых.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, реализующего предложенный способ; на фиг. 2 и 3 приведены графики, поясняющие алгоритм преобразования информации.

Устройство, реализующее трехпара- метровый вихретоковый способ контроля двзгхслойных изделий с диэлектрическим и электропроводящим слоями, состоит из генераторов 1-3, вихрето- кового преобразователя 4, подключенного входами к выходам генераторов 1-3, избирательных усилителей 5-7, соединенных входами с выходом вихре- токового преобразователя 4, блоков 8-10 вьзделення активной и реактивной составляющих сигнала, подключе нных сигнальными входами к выходам изби- рательимх усилителей 5-7,соответственно, и опорными входами - к выхо- дам генераторов 1-3;соответственно, коммутатора 11, аналого-цифрового преобразователя 12, подключенного входом через коммутатор 11 к выходам блоков 8 и 9 вьщеления активной и реакти1зной составляющих сигнала, блока 13 вво а-вьтода центрального процессора 14, блока 15 памяти и блока 16 индикации. Центральный процессор 14 соединен каналами обмена ршформа- ции с аналого-цифровым преобразователем 12, блоком 13 ввода-вьшода, блоком 15 памяти и блоком 16 индикации. Блок 13 ввода-вывода соединен каналами обмена информации с аналого- цифровым преобразователем 12 .и бло- ком 16 индикации.

Способ реализуется следзпощим образом.

Амплитуда и активная составляющая сигнала вихретокового преобразователя на первой частоте, активная и реактивная составляющие этого сигнала на второй и третьей частотах с блоков 8

ГО вьщеления активной и реактивной составляющих через коммутатор 11 и аналого-цифровой преобразователь 12 , поступают на центральный процессор 14, где происходит формирование трех информативных сигналов. Первый информативный сигнал А получается как отношение амплитуды вносимого напряжения Vg вихретокового преобразовате:- ля 4 к активной составляющей этого напряжения. При этом используется напряжение частоты f( генератора 1. Частота выбирается из условия проникновения электромагнитного поля на глубину, равную части толщины электропроводящего слоя. Второй и третий информативные сигналы В и С получаются как отношение активной и реактивной составляющих V на частотах f и f j. Частота f j генератора 2 выбирается из условия проникновения электромагнитного поля на глубину, равную части толщины электропроводящего слоя, при этом . Частота fj генератора 3 выбирается из условия про- никновения электромагнитного поля на глубину, большую толщины электропроводящего слоя. Из центрального про- , цессора 14 значения сигналов передаются в блок 15 памяти и запоминаются там. Первый и второй сигналы (А и В) являются линейно нез.ависимыми, так как сформированы на разных частотах и зависят только от двух параметров двухслойного изделия: толщювл диэлектрического слоя и электрофизического параметра электропроводящего слоя. Это позволяет определить по нш эти два параметра. Третий сигнал (с) зависит Ьдновременной от трех параметров двухслойного изделия, поэтому для определения толщины электропроводящего слоя используются все три сигнала.

Перед измерением ВТП устанавливак)т на контрольные образцы с заданными параметрами по следующей схеме:

Здесь приняты следующие обозначения:

А,В, - значения А и В, соответствующие i-му образцу со значения параметров; h - толщина диэлектри- ческого слоя; х - обобщенный электрофизический параметр электропроводящего слоя, С - значения третьего

Ч

10

15

сигнала, соответствунлдие j-му образцу со значениями параметров h., х, и t j - значение толщины электропроводящего слоя образца с параметрами h-, x f.

m - число образцов с различными сочетаниями h и х, охватьтающими заданные диапазоны изменения параметров h и х;

п - число образцов с параметрами hj , X i и значениями толщины, охватывающими заданныч диапазон изменения параметра t.

Каждой паре параметров h,- , х , соответствует пара значений A j, В-. Поскольку А и В не зависят от толщины, 25 t то одной паре значений А, В соответствует п значений третьего сигнала С

20

j, . Значения параметров h., х и t вводят блоком 13 ввода-вывода и хранят в блоке 15 памяти в соответствии ЗО со значениями h , х и t . После перебора всех эталонных образцов с блока 13 ввода-вьшода подают сигнал о переводе процессора 14 в режим измерения. В этом режиме процессор 14 перебирает все заполненные значения сигналов А и В и сравнивает их и измененными значениями сигналов (А, к рабочем режиме. При этом вьщеляются четыре пары ближайших к А, В | значе- о НИИ сигналов А и В, удовлетворяющие условиям: dA О, dB, 7 0; d Aj О, ДВ 0; JAj О, 4В 3 0; ЛА4 О, /5В4 О, где d А 1 А ,- - А, dBзначений А,- и В га точка А, В. находи угольника, огранич ми точками, что двумерной интерполя ления возьмем значе и А, В. При этом ти выделяют также з вующих параметров о сигналов с соответс ями толщины по схем

hi

А,,В, А2,В

А4.

)

УН

Cit,

11

c,-j

Clh

Ml

j

4n

По значениям A,

k Bft

согласно и мостям для двухмерн определяют значения электрического слоя кий параметр х эл слоя двухслойного и ют значения третьег ответствующие равны ленных эталонных об ти линейной двухкам ции имеют вид:

S., (A,-Aj) + S,,(A,-A) + ,-a,(ArA

45 где из первых двух а2 равны

(В,-В4) (S,-Si

50

К

В, i 1,2,3,4 - порядковые номера выбранных эталонных образцов.

Под ближайшими значениями подразумеваются значения, соответствующие минимуму функционала F v/)A + /JB. На плоскости АОВ (фиг.2) точка при таких условиях лежит внутри че- тьфехугольника, образованного точками А , В I.

Формируют сигнал В х В + (А|( -

- А,)-. Выбирают из четырех 55

А , - Ац,

пар значений сигналов А и В три пары: венно nj, х и Cjj А, В,; А, В и AI, BI если В х Вц ние S, равное h, и АЗ, Вэ; если BX Bk. Такой выбор ственно.

(А,-АО (Si-St) а

где d (А,-А) (В ,-В

Подставляя вмест

значений А,- и В гарантирует, что точка А, В. находится внутри треугольника, ограниченного выбранными точками, что необходимо для двумерной интерполяции. Для определения возьмем значения А, В т, А,В и А, В. При этом из блока 13 памяти выделяют также значения соответствующих параметров образцов и третьих сигналов с соответствующими значениями толщины по схеме: .

X,

15

hi

А,,В, А2,В

А4.

АкВ,

20

УН

Cit,

11

c,-j

Clh

Ml

j

4n

1

Cn

Cic-t,

t

По значениям A,B,;

k Bft

A,,B,;

A4,B4

согласно известным зависимостям для двухмерной интерполяции определяют значения толщины h диэлектрического слоя, электрофизический параметр х электропроводящего слоя двухслойного изделия и формируют значения третьего сигнала Ci, соответствующие равным толщинам вьще- ленных эталонных образцов. Зависимости линейной двухкамерной интерполяции имеют вид:

S., (A,-Aj) + ) S,,(A,-A) + ) ,-a,(ArA,) -а(В,-В),,

где из первых двух уравнений а и а2 равны

(В,-В4) (S,-Si) - (Bi-Bi) (S,-S). -,

венно nj, х и Cjj ние S, равное h, ственно.

(А,-АО (Si-St) - (Ат-Аа) (Si-S)- а

где d (А,-А) (В ,-В) - (А.-А (В, -Bj).

Подставляя вместо S,- соответст- получают значец и С . соответДалее по зависимости С f(t..O (фиг. 3) методом интер1голяи ии определяют значение толщины электропроводящего слоя двухслойного изделия согласно выражению

tj + (Ск - Cj,)

- tz

- Сг

(

где t С2 - ближайшие к С большее и меньшее значения С

г+1

2

Ji

Соответствующие VSK значения толщины элек тропроводящего слоя эталонных образцов. Значение t найдено с учетом значений параметров h j; и х двухслойного изделия, так как Cj сформированы с учетом значений А|,,В,«

Формула изобретения

t.Трехпараметровый вихретоковый способ контроля двухслойных изделий

с диэлектрическим и электропроводящим слоями, заключающийся в том, что на контролируемом участке изделия, со стороны диэлектрического слоя размещают вихретоковый преобразователь, возбуждают вихревые токи трех частот, первую и вторую из них выбирают из условия проникновения электромагнитного поля на глубину, равную части толщины электропроводящего слоя, третью частоту выбирают из условия про9ui.

360566

никновения электромагнитного поля на глубину, большую толщины электропроводящего слоя, измеряют активную и реактивную составляющие вносимых параметров на каждой из трех частот, формируют три информативных сигнала, второй и третий информативные сигналы получают как отношение активной

10 ,и реактивной составляющих вносимого параметра соответствующей, частоты, определяют по первому и второму ин- ,формативным сигналам толщину диэлектрического слоя и электрофизический

15 параметр электропроводящего слоя, а затем по третьему информативному сигналу и ранее найденным параметрам изделия определяют толщину электропроводящего слоя, отличаю20 Щ и и с я тем, что, с целью повьш1е- ния точности контроля, первый информативный сигнал формируют по отношению амплитуды вносимого параметра на первой частоте к его активной ,сос25 тавляющей.

AyJz

SK SK

В

9ае.з

Составитель П.Шкатов Редактор А.Шандор Техред М.Дидык Корректор М.Максимишинец

Заказ 5642/45

Тираж 847

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Подписное