Способ неразрушающего контроля объемного электрического заряда в диэлектрических материалах Советский патент 1982 года по МПК H05F1/00 

1

Изобретение относится к технике измерения электрического заряда в диэлек-. трических материалах и может быть использовано в электротехнической и радиоэлектронной промьплленности, а также в научно-исследовательских и заводских лабораториях для неразрушающего контроля внутренних электростатических зарядов в диэлектриках и разработку способов борьбы с вредными их проявлениями.

Известен способ неразрущаюшего контроля объемного заряда, основанный на измерении распределения поля или потенциала в объеме материала и последующем вычислении распределения заряда по формуле электростатики 1 .

Однако при этом необходимо знание параметров диэлектрика, в частности диэлектрической проницаемости, которые должны измеряться дополнительно. Это затрудняет контроль распределения заряда и снижает его точность.

Наиболее близким к предложенному является способ неразрушающего контроля объемного электрического заряда в диэлектрических материалах путем приложения к электродам, наложенным на исследуемый материал, сигнала возбуждения и измерения выходного сигнала, характеризующего реакцию материала на указанное возбуждение 2 .

Однако и этот способ не обеспечивает высокой точности контроля, так как пля его реализации также необходимо

10 знать диэлектрические свойства исследуемого материала, измерить которые не всегда удается, а задание их по аналогии дает значительные ошибки в определении заряда.

15

Цель изобретения - повыщение точности контроля.

Эта цель достигается тем, что согласно способу неразрушающего контроля

20 объемного электрического заряда в диэлектрических материалах путем приложения к электродам J наложенным на исследуемый материал, сигнала возб ждения

и измерения выходного сигнала, характеризующего реакцию материала на указанное возбуждение, используют в качестве сигнала возбуждения импульс напряжения межру электродами, создающий в области исследования напряженность поля 10 --10®- длительностью 1( с ,а в качестве выходного сигнала - величину отклонений участков поверхности исследуемого материала от невозмущенного состояния в различные моменты времени.

На фиг. 1 показано изменение во времени сигнала датчика продольных волн; на фиг. 2 - изменение во времени сигнала датчика поперечных волн в кристалле Li F при воздействии на него импульсом электрического поля.

Способ основан на том, что воздействие импульса электрического поля приводит к возникновению в объеме материала механического импульса, величина и распределение которого однозначно соответствует величине и распределению объемного заряда в образце. В результате этого в материале формируется бегущая волна деформации, а на поверхности возникает механическое смещение, величина и измерение во времени которого описывают распределение заряда в объеме материала. Смещение на поверхности объекта контроля может быть преобразовано в электрический сигнал при помощи пьезодатчиков, размещенных на поверхности образца. Регистрацию электрического сигнала можно производить, например, осциллографически.

Чуствительность данного способа определяется величиной и длительностью прилагаемого импульса внешнего поля; пространственное разрешение определяется длительностью импульса. Таким образом, минимальная длительность импульса с определяется необходимостью достаточной чувствительности, а максимальная - 10 с - требованием достаточного пространственного разращения для практически интересных размеров образцов (до 2,5-1О м) различных материалов. Максимальная величина внешнего поля определяется напряжением пробоя для диэлектриков и не превышает 10 В/м; минимальная - 10 В/м должна быть достаточна для определения распределения заряда в образцах больщого размера с необходимым разрешением.

Пример. Измеряют объемный электрический заряд в образце алюмолттриевого rpaiiaTa в виде пластины толщиной м. Необходимое пространственное разрешение составляет 1О м. Амплитуда импульса внешнего электрического поля 1О В/м, При скорости звука в материале Ю м/с длительность импульса внешнего поля определяется

пространственным разрещением и равна с, В качестве датчиков деформации используется кристалл ,. При этих условиях получена чувствительность измерения, равная Кл/м .

5 Приме,р2. Образец полиметакри1лата имеет толщину 2,5-10 м. Пространственное разрешение принимается равным 0,25-10 м. При данном пространственном разрещении необходимая дпи0 тельность импульса составляет 10 с. При использовании в качестве датчика кристалла получения чувствительности 10 Кл/м требуется амплитуда импульса внешнего электрического поля, равная 10 В/м.

Особенностью данног способа является то, что. при подаче импульса во; бужцения в образце генерируются как .продольные, так и поперечные волны деформации. Следовательно, для их регистрации можно использовать датчики деформации растяжения-сжатия и датчики деформации сдвига. Таким образом, можно одновременно регистрировать распределение электрического заряда вдоль различных направлений в образце.

П р и м. е р 3. Кристалл LiF заряжен пучком электронов с энергией 1 МэВ. Для создания внешнего импульса электрического поля используют генератор с длительностью импульса З-ЮЗ с и амплитуда Ю В, при этом создается напряженность электрического поля -10 В/м. Для измерения акустического

сигнала датчик продольной волны размещается на той же поверхности, что и один из электродов возбуждения, датчик поперечной волны - на поверхности нормальной к плоскости электрода. В

0 качестве датчика продольной волны

используется кристалл Ui МЪО(2 срез), датчика поперечной волны - L.iNbOj(X срез). Скорость продольных волн в материале составляет 8-10 м/с (фиг. 1),

5 поперечных - 6-10 м/с (фиг. 2). Величина сигнала датчика, равная 10 В, соответствует величине плотности объемного заряда, равной 10 Кл/м. Достоверность результатов, полученных данным способом, проверялась методами акустического зонда и термичео КИМ. Все измерения для вдентичных образцов дали сходные результаты. Наблюдавшиеся незначительные расхождения можно отнести за счет возможной неоднородности диэлектрических свойств материалов, оказывающих влияние при использовании способов акустического зонда и термического. Таким образом, преимущество данного способа по сравнению с известными состоит в возможности прямого измерения объемного электрическог9 заряда и снижении влияния свойств материала на результат измерений, что повышает точность контроля. Формула изобретения Способ неразрушаюшего контроля объ емного электрического заряда,в диэлектрических материалах путем приложения к электродам наложенным на исследуемый материал, сигнал возбуждения и измерения выходного сигнала, характеризующего реакцию материала на указанное возбуждение, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля за счет снижения влияния свойств материала на результат измерений, используют в качестве сигнала возбуждения импульс напряжения межау упомянутыми электродами, создающий в области исследования напряженность поля 10 +1О -j5f длительностью 1О + с, а в качестве выходного сигнала - величину отклонений участков поверхности исследуемого материала от невозмущенного состояния в различные моменты времени. Источники инфбрмации, принятые во внимание при экспертизе 1.Известия ВУЗов. Физика , 1974, № 11, с. 99. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 28774О1/18-21, кл. С 01 Р 29/24, 1980 (прототип).

Сриг.г