Устройство для измерения диэлектрических свойств материалов Советский патент 1991 года по МПК G01N27/60 G01R27/00 

zЁ

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано при построении прецизионных измерительных устройств входного динамического контроля диэлектрических параметров ленточных и дисковых носителей информации. Цель изобретения - повышение точности измерений в динамическом режиме путем обеспечения требуемой однородности и напряженности переменного электрического поля в зоне измерений и проведения преобразований потенциальных сигналов, соответствующих максимальным значениям в точках экстремума калибровочной характеристики датчиков.

О

ел ю

00

со

-N

Потенциальные электроды 1 двух идентичных трехэлектродных датчиков соединены с гармоническим генератором 6, измерительные и компенсирующие 2 и 3 электроды соединены с выводами дифференциальных усилителей 7 и 8, выходы которых соединены соответственно через амплитудные детекторы 9 и 10 с входами сумматора 11 и компаратора 12, выход сумматора 11 соединен с входом тягового детектора 13, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 15, выход компаратоИзобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано при построении прецизионных измерительных устройств входного и динамического контроля диэлектрических параметров ленточых, дисковых носителей информации, применяемых в технике магнитной видеозаписи.

Цель изобретения - повышение точности измерений диэлектрических свойств материала в динамическом режиме активного контроля путем реализации требуемой однородности и напряженности переменного электрического поля в зоне измерений, достигаемой особенностями построения измерительных датчиков устройства, которые необходимы для получения последующих эффективных преобразовани.й потенциальных сигналов, соответствующих максимальным значениям в точках экстремума калибровочной выходной характеристикой датчиков.

На фиг. 1а, б приведена конструкция измерительного датчика устройства; на фиг. 2 - структурная схема устройства; на фиг. 3 - эпюры напряжений, действующих в некоторых точках электрической схемы устройства для режима равномерного движения измерительного датчика в направлении,ортогональном к контролируемой поверхности.

Устройство для измерения диэлектрических свойств материалов включает в себя два идентичных трехэлектронных измерительных датчика, обьединенных в один блок (фиг. 1), где каждый из них содержит потенциальный 1, измерительный 2 и компенсирующий 3 электроды, заключенные во внешний экран 4 и выполненные в виде тонких металлических дисков равного диаметра, располагающихся на поверхности прямоугольной пластины 5 из изотропного диэлектрика, Измерительный датчик разме- ,щен так, что его рабочие плоскости, смера 12 соединен с входом одновибратора 14, выход которого соединен с вторым входом тягового детектора 13, а второй выход соединен с вторым входом аналого-цифрового преобразователя 15, выход которого является выходом устройства, причем датчики выполнены в экране 4, соединенном с общей шиной устройства, а электроды датчиков размещены на поверхностях пластины 5 из изотропного материала, которые расположены в параллельных одна другой плоскостях. 3 ил.

щенные одна относительно другой на расстояние, не превышающее одной десятой части расстояния между потенциальным и измерительным электродами, в процессе

измерений равномерно перемещаются параллельно поверхности исследуемого материала.

Устройство содержит также генератор 6 гармонических колебаний, первый и второй

дифференциальные усилители 7 и 8, первый и второй амплитудные детекторы 9 и 10, сумматор 11, компаратор 12, пиковый детектор 13, одновибратор 14, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 15, которые соединены между собой следующим образом.

К соединенным между собой потенциальным электродам 1 измерительных датчиков присоединен первый выход генератора 6, второй выход которого соединен с общей

шиной. Измерительные 2 и компенсирующие 3 электроды соединены с входами дифференциальных усилителей 7 и 8, выходы которых соединены через амплитудные детекторы 9 и 10 с входами сумматора 11 и

компаратора 12, соединенными с входами пикового детектора 13 и одновибратора 14 соответственно, Выход пикового детектора 13 соединен с сигнальным входом АЦП 15, вход запуска которого соединен с выходом

одновибратора 14, и вход установки детектора 13 соединен с вторым выходом одно- вибратора 14.

Устройство работает следующим образом.

.С помощью потенциальных электродов 1, подключенных к генератору 6, в пространстве между рабочей плоскостью каждого датчика и контролируемой поверхностью создается переменное электрическое поле. Изменение напряженности этого поля в зазоре вследствие приближения исследуемого материала к датчикам приводит к изменению потенциалов по поверхностям

их измерительных электродов 2. Выходные характеристики электростатических датчиков в зависимости от приближения к ним поверхностей диэлектриков имеют экстремальные значения (минимумы) потенциала, поэтому электроды 2 на определенных расстояниях от поверхности диэлектрика принимают эти значения. Вычитание сигналов электродов 2 и 3 и последующее усиление разностного CHI нала с помощью усилителей 7 и 8 позволяет получить на их выходах максимальные значения потенциалов в тот момент, когда выходные сигналы датчиков минимальны. Согласно результатам экспериментальных исследований электростатических датчиков сигнал от каждого из них на некотором интервале расстояний принимает минимальное значение, которое по мере прохождения датчиком этого расстояния остается практически неизменным. Этот интервал для рассматриваемых датчиков составляет примерно одну десятую часть расстояния между центрами потенциального 1 и измерительного 2 электродов одного из датчиков.

Таким образом, в момент нахождения обоих датчиков в пределах указанного интервала расстояний их сигналы окажутся равными (фиг. За) и выходное напряжение сумматора 11 (фиг. 36) будет пропорционально сумме напряжений, действующих на его входах, а на выходе компаратора 12 появится импульс (фиг. Зв), передний фронт которого будет соответствовать моменту совпадения потенциалов электрода 2. Од- новибратор 14, запускаемый импульсом компаратора 12, вырабатывает собственный импульс (фиг, Зг) требуемой длительности, поступающий на вход запуска аналого-цифрового преобразователя 15. На информационном входе последнего в этот момент действует измеряемое напряжение, величина которого зафиксирована с помощью пикового детектора 13, Режим запоминания детектора 13 устанавливается импульсом с выхода одновибратора 14, поступающего на вход установки пикового детектора 13, в течение его длительности (фиг. Зд).

Выходное напряжение устройства представляется на выходе аналого-цифрового преобразователя 15 в виде-двоичного кода, соответствующего определенному значению диэлектрической проницаемости.

Все узлы функциональной электрической схемы предлагаемого устройства (фиг. 2) могут быть построены по типовым радиотехническим схемам с применением интегральных микросхем.

Блок датчиков представляет собой металлический корпус, играющий одновременно роль экрана, внутри которого размещены электростатические датчики (фиг. 1 и 2), могущие перемещаться один относительно другого и точно фиксироваться в любом

положении. Задние величины смещения рабочих плоскостей датчиков осуществляется с помощью незаземленной металлической пластины (так как в данном случае металл можно рассматривать как диэлектрик с

0 диэлектрической проницаемостью Ј-, а интервал расстояния, при прохождении которого минимальные значения потенциалов измерительных электродов не меняются, является самым узким.

5 Применение устройства, например, в аппаратуре входного контроля ленточных носителей информации, в САР видеомагнитофонов или ФЭПИНС (содержащих схожие кинематические узлы ЛПМ, от качества и

0 надежности работы которых в определенной мере зависят как уровень технико-эксплуатационных параметров, так и срок службы самих носителей записи) обеспечивает заметное повышение качества реги5 страции и воспроизведения данных. Прецизионный бесконтактный контроль диэлектрических параметров носителей информации, осуществляемый в активном динамическом режиме, достигается (в срав0 нении с известным устройством) без заметного усложнения и удорожания устройств. Формула изобретения 1. Устройство для измерения диэлектрических свойств материалов, содержащее

5 два идентичных трехэлектродных измерительных датчика, потенциальные электроды которых соединены между собой, а также с выходом генератора гармонических колебаний, второй выход которого соединен с

0 общей шиной, измерительные и компенсирующие электроды каждого из датчиков соединены соответственно с входами первого и второго дифференциальных усилителей, выходы которых соединены соответственно

5 с входами первого и второго амплитудных детекторов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений в динамическом режиме активного контроля, в него введены сумматор, компаратор, пико0 вый детектор, одновибратор и аналого-цифровой преобразователь, причем выход первого амплитудного детектора соединен с входами сумматора и компаратора, вторые входы которых соединены с выходом второ5 го амплитудного детектора, выход сумматора соединен с входом пикового детектора, выход которого соединен с сигнальным входом аналого-цифрового преобразователя, выход компаратора соединен с входом одновибратора, выход которого соединен с

входом запуска аналого-цифрового преобразователя, выход которого является выходом устройства, второй выход одновиб- ратора соединен с входом установки пикового детектора, причем электроды каждого из измерительных датчиков размещены в экране, соединенном с общей шиной, на параллельных друг другу Плоскостях, расстояние между которыми не превышает одной десятой части расстояния между

Фиг. г

0

центрами потенциального и измерительного электрода датчика.

А-А