Способ определения диэлектрической проницаемости материалов Советский патент 1989 года по МПК G01N27/00 

сд

ч

.7

3.1509

Изобретение относится к области контроля изменения диэлектрической проницаемости материалов, что позво.гг Ляет по изменению диэлектрической

проницаемости определять изменение механических свойств материалов, ани-- эотропию их свойств, влажность, изменение толщины покрытий и .;

Цель изобретения - повыиение точ- нести контроля диэлектрической проницаемости материалов.: На фиг,1 приведена структурная ; схема устройства дпя контроля изменения диэлектрической проницаемости Материала; на фиг.2 - стыковая вольт- амперная характеристика нелинейн ой индуктивности L; на фиг.З - амплитудно-частотная зависимость колебатель- ного контура с нелинейной индуктив- ностью, имеющей нелинейную изохронную вольт-амперйую характеристику; на фиг, 4 и 5 - фазочастотные характеристики резонирующих гармоник ; спектра напряжений на накладном рительном конденсаторе, соответственно на суперрезонансе порядка 2/1 и основном резонансе; на (|иг.6 - тарировочная кривая.

Устройство, реализующее способ, включает в себя эталонный (контролируемый) материал 1, накладной измерительный конденсатор (НИК) 2, нелинейную индуктивность 3, генератор 4 синусоидального сигнала, фильтр 5, , настраивающийся на частоту, в два раза, превышаквцую частоту генератора фазовый детектор 6.

: Физическая сущность способа сое- , тоиг в следующем.-

i Индуктивность 3 является нелинейной (фиг.З), Вследствие этого и коле- бательный контур, образованный данной индуктивностью и НИК 2, приложенным к эталонному.или контролируемому Цатериалу 1, генератором 4, также является нелинейным. Поэтому при соот |ветствующих частотных настройках re- he ратора 4 в контуре происходит воз- буждение комбинационных супергармонических ультрагармонических и субгармонических резонансов,

Супергармоническим резонансом по- рядка т/1 является усиление в спектре колебаний нелинейной системы гармонической составляющей (супергармони- 4си), частота которой в га раз бапьще

частоты f возбуждения, в нашем слу- Чае частоты генератора 4.

Субгармоническим резонансом поряд- а 1/п является усиление в спектре колебаний нелинейной системы гармо- йической составлякяцей (субгармоники) , Цастота которой в п раз меньще часто- Hi f возбуждения.

I Усиление супер- и субгармоник при- ёодиг к появлению на амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) колебательного контура дополнительных резо- kaHCHbix всгшесков. Это видно из приведенной на фиг.З АЧХ колебаний не- йинейного контура с кусочно-линейной стыковой вольт-амперной характеристикой индуктивности, i В силу несимметрии изохронных йольт-амперньтх характеристик наиболее высокоамппитудным из комбинационных резонансов, а следовательно, и йаибопеё легко регистрируемым является суперрезонанс порядка 2/1 (f/fp Ь 0,5), Его амплитуда, как видно из г.З, соизмерима с амплитудой основ ого резонанса. Кроме того, данный суперрезонанс при прочих равных условиг ях имеет наиболее крутую фазочастат-, кую характеристику - зависимость угла сдвига фаз между резонирующей гармоникой и возбуждением (сигналом с генератора 4) по сравнению с остальными комбинационными резонансами и основным резонансом.

tia фиг, 4 и 5 приведены в качестве примера фазочастотные характеристики резонирующих гармоник соответственно на суперрезонансе 2/1 (фиг.4) И основном резонансе (фиг.5). При Ьравнении этих характеристик видно, что на частотах, близких к резонанс- йым (для суперрезонанса 2/1 это частота f/fp 0,5, для основного резонанса f/frt 1), чувствительность фазового угла Ср к изменению резонансной частоты fp при f const на су-г Перрезонансе порядка 2/1 значительно вьше, чем на основном. Аналогичные результаты получены при сравнении фазочастотных характеристик на остальных супер- и субрезонансах. т.е. при прочих равных условиях на су- перрезонансе порядка 2/1 изменение собственной частоты контура вызывает больщее, чем на других супер-, суб- и основном резонансе изменение угла сдвига фазС,.

При определении диэлектрической проницаемости материала изменение собственной частоты колебательного контура связано с изменением емкости НИК, пропорциональной изменению диэлектрической проницаемости материала. Следовательно, на суперрезонансе порядка 2/1 малое изменение

следующим образом. Пусть показание фазового детектора равно, например, If 30°. На оси абсцисс находят данное значение if и определяют соответствующую ему точку на тарировочной кривой ДЕ (ф (фиг.6, точка А). Орди- ната этой точки и будет искомым значением величины ДЕ. В нашем случае

диэлектрической проницаемости контро- Ю ордината точки А ЛЕ 0,01. Спедоваследующим образом. Пусть показание фазового детектора равно, например, If 30°. На оси абсцисс находят данное значение if и определяют соответствующую ему точку на тарировочной кривой ДЕ (ф (фиг.6, точка А). Орди- ната этой точки и будет искомым значением величины ДЕ. В нашем случае

Изобретение относится к контролю изменения диэлектрической проницаемости материалов и позволяет по изменению диэлектрической проницаемости определить изменение механических свойств материалов, анизотропию их свойств, влажность, изменение толщины покрытий и т.п. Целью изобретения является повышение точности контроля диэлектрической проницаемости материалов. Устройство, реализующее способ, содержит контролируемый материал 1, наклодной измерительный конденсатор 2, нелинейную индуктивность 3, генератор 4 синусоидального сигнала, фильтр 5, настраивающийся на частоту, в два раза превышающую частоту генератора, и фазовый детектор 6. При соответствующей настройке генератора 4 в образованном колебательном контуре происходит возбуждение ультрагармонических и субгармонических резонансов, используемых при определении диэлектрической проницаемости материалов. 6 ил.

лируемого материала вызывает максимальное изменение угла сдвига фаз.(р. Таким образом, йа суперрезонансе пог рядка 2/1 по изменению параметра if можно наиболее точнее контролировать изменение диэлектрической проницаемости.

Предпагаемый способ контроля осуществляется следующим образом.

НИК 2 (фиг.1) прикладывают к по- верхности эталонного материала. Включают генератор 4 синусоидального сигнала и возбуждают в колебательном контуре на частоте, в два раза меньшей частоты основного резонанса, су- пергармонические колебания.порядка 2/1. Точная настройка на эти колебания может быть осуществлена, например, установкой угла сдвига фаз между сигналом с генератора А и второй гармоникой спектра напряжения на НИК 2 равным cf 0.

Вторую гармонику при этом выделяю путем подачи напряжения с НИК 2 на фипьтр 5, а величину угла сдвига фаз регистрируют с помощью фазового, детектора 6. После этого прикладывают НИК 2 к объекту контроля. При этой же частоте генератора А замеряю с помощью фазового детектора 6 угол сдвига фаз между сигналом с генератора 4 и второй гармоникой спектра напряжения на НИК 2. По величине угла сдвига фаз ц определяют, напри- Мер с помощью тарировочной кривой, величину, на которую изменяется диэлектрическая проницаемость. Пример тарировочной кривой для контура со стыковой вольт-амперной характеристикой индуктивности при степени нелинейности К tg)pj/tgy, 1,5 :(фиг.2) показан на фиг.6.

Искомая величина uE с помощью тарировочной кривой определяется

тельно, относительное., изменение диэлектрической проницаемости составляет 1%.

Таким образом, малому относитель-; ному, изменению диэлектрической проницаемости Л Е соответствуют значитель ные отклонения от исходного значения С|д О угла сдвига фаз (f . Это поз-: воляет с высокой точностью определять величину Л Е.

Формула изобретения

Способ определения диэлектрической проницаемости материалов, состоящий в том, что накладашают измерительный конденсатор, входящий в сое- тав колебательного контура, на объект контроля, возбуждают колебательный контур с объектом контроля и определяют параметры колебаний, отлич ающийся тем, что, с целью повышения точности, измерительный конденсатор накладывают вначале на эталонный материал, возбуждают в колебательном контуре супергармонические колебания на частоте, в дв а раза меньшей частоты основного резонанса, после чего накладывают измерительньй конденсатор на объект контроля, измеряют при той же частоте угол сдвига фаз Cf между сигналом с генератора и второй гармоникой спектра напряжения на измерительном конденсаторе и, пользуясь тариовочной зависимостью ЬЕ f (tp) , определяют величину диэлектрической проницаемости, где &Е - относительое изменение диэлектрической проницаемости по сравнению с диэлектриеской проницаемостью эталонного маериала.

фие.2

О Q.4 0.8 1.г 1.В 2.0 фие.З

tS.S М фр

ФаеЛ

Составитель И. Козлов Редактор В. Данко Техред Л.Олийнык Корректор Т. Малец

Заказ 5798/37

Тираж 789

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Основной резонанс

г-г

Jph

0.14 o,tt чэг Q56 ).а юч ю щ //

Фиг.5

ле

Ш Ш

-so -)0

о -о,ог

га 10 ео f

Подписное