Устройство для измерения электрическихпОТЕНциАлОВ Советский патент 1981 года по МПК G01R5/28 G01R29/12 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при реализации неразрушакщего контроля и диагностирования элементов с малыми линейны Ав размерами, например элементов интегральных схем и плат печатного мон тажа. Известно устройство для измерения электростатических зарядов, обеспечивающее также контроль потенцигшов. В состав устройства входят датчик электрического поля, выполненный в виде роторного модулятора, усилитель установленный на выходе датчика, сиетему иидикгщии знака заряда, реализованную на основе высокочастотного генератора, выход которого через фильтр подключен к входу усилителя fl Недостаток данного устройства низкая эксплуатационная надежность. Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для измерения электрических потенциапов, содержащее полый металлический корпус с отверстием, измерительный электрод, размещенный в корпусе .по его продольной оси и соединенный через усилитель с блоком регистргщии, катушку возбуждения, подключенную к генератору переменного тока 2. Недостаток этого устройства связан с низкой пороговой чувствительностью . и невысокой точностью измерения, обуоловленными тем, что необходимая мощность вoзбyж,ёния в устройстве на несколько порядков превосходит мощность полезного сигнала, и влияние наводок, совпадающих по частоте с полезшз1М сигналом, оказывается весьма значит ельным. . Цель изобретения - повьшение чувствительности и точности измерительного устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения электрических потенциалов, содержащее потоп металлический корпус с отверстием, измерительный электрод, размещенный в корпусе по его продольной оси и соединенный через усилитель с блоком регистрации, катушку возбуждения, подключенну э к генератсч У переменного тока, введены металлическая трубка, две шайбы из ферромагнитного и немагнитного материала с отверстиями, гибкий ферромагнитный лепесток, а корпус снабжен металлическим сужгиощимся наконечником, причем две противоположные стенки наконечника выполнены из ферромагнитного материала и замкнуты в узкой торцо,вой части шайбы из немагнитного материала, отверстие которой обращено к объекту измерения, а в широкой тор цовой части - шайбой из ферромагнитного материала, в отверстие которой по продольной- оси корпуса пропущена ,металлическая трубка, коаксиально охватывающая измерительный электрод, ферромагнитный лепесток прикреплен одним концом к измерительному электроду и ориентирован по продольной оси наконечника к отверстию шайбы из немагнитного материала, а катушка возбуждения установлена в нижней части корпуса на шайбе из ферромагнитного материала между внутренними стенкс1ми корпуса и наружной поверхностью трубки. На чертеже показано конструктивное выполнение предлагаемого устройства для измерения электрических потенциалов. Устройство содержит измерительный электрод 1, размещенный внутри полог .металлического корпуса 2, выполняющего функции экрана и имеющего отвер стие по продольной оси. Для сообщения электроду 1 колебательного движения устройство снабжено катушкой 3 возбуждения, присоединенной к гене ратору 4 переменного тока. Сигнал, снимаемый с измерительного электрода 1, усиливается усилителем 5, детектируется -фазочувствительным дете тором 6 и поступает на блок 7 регистрации. Корпус 2 снабжён металлическим сужгшхдимся наконечником 8, две противоположные стенки 9 которо го выполнены из ферромагнитного материсша, а две другие стенки 10 из немагнитного материгига. Стенки н конечника 8 замкнуты в узкой торцовой части шайбой 11, имеющей отверс тие, которое обращено к объекту 12 измерения. Широкая часть наконечник 8 замкнута шайбой 13 из ферромагнит ного материсша. Вдоль оси корпуса 2 расположена изолированная от электрода 1 металлическая трубка 14, про ходящая через центральное отверстие шайбы 13. Трубка 14 коаксиально охв тывает электрод 1, к которому прикреплен одним концом гибкий феррома нитный лепесток 15, ориентированный по продольной оси наконечника 8. Св бодный конец лепестка 15 нгисодится перед отверстием шаЛбы 11. Катушка 3 возбуждения установлена на шайбе 13 между внутренними стенками корпу са 2 и наружной поверхностью трубки 14. Для измерения электрического потенциала корпус 2 располагают так, чтобы отверстие шайбы 11 узкой з.аостреннсй части наконечника 8 оказа лось над измеряемом объектом 12. В катушку 3 возбуждения от генератора 4 подается.переменный ток. Созданный им переменный магнитный поток замыкается через две магнитные стенки наконечника 8 и шайбу 13 из ферромагнитного материала, которые обеспечивают эффективную передачу магнитного потока возбуждения и концентрацию его в рабочем зазоре узкой части наконечника 8. Под действием созданного магнитного потока свободный конец ферромагнитного лепестка 15 периодически отклоняется в обе стороны от центрального положения с частотой, равной частоте генератора 4. При отклонении лепестка 15 в одной из крайних положений его торцовая часть, обращенная к контролируемому объекту 12, экранируется от него краями шайбы 11, и наведенный на электроде 1 потенциалом контролируемого объекта 12 сигнал уменьшается до некоторого минимального значения. Таким образом, при колебаниях лепестка 15 сигнал на электроде 1 периодически изменяется, причем достигает минимальных значений, когда лепесток 15 отклонен в крайнее положение, и максимален, когда лепесток 15 проходит центральное положение перед отверстием шайбы 11. Иными словами, наведенный на электроде 1 сигнал является максимальным дважды за период тока возбуждения, т.е. в моменты времени, когда созданный им магнитный поток в зазоре равен нулю и лепесток 15 находится в центральном положении. В свою очередь, амплитудным значениям тока возбуждения и магнитного потока соответствует минимальное значение наведенного сигнала. Следовательно, частота полезного сигнала оказывается вдвое больше частоты генератора 4 переменного тока. Переменный полезный сигнал, амплитуда которого пропорциональна измеряемому потенциалу, через электрод 1 поступает на вход усилителя 5, детектируется фазочувствительным де- . тектором 6 и направляется к блоку 7 регистрации. В отличие от известных, предлагаемое устройство характеризуется значительно меныией мощностью возбуждения и уровнем помех возбуждения, так как катушка 3 возбуждения и измерительный электрод 1;лостаются неподвижными, а энергия генератора 4 затрачивается только на механические колебания свободного конца ферромагнитного лепестка 15. При этом ферромагнитаые -стенки наконечника 8 и шайба 13 обеспечивсиот эффективную передачу электромагнитной энергии от катушки 3 возбуждения и концентрацию ее непосредственно в рабочем зазоре, в котором колеблется свободный конец ферромагнитного лепестка 15, а немагнитные стенки 14 наконеч-