Способ определения диэлектрической проницаемости материалов

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (so 4 (01 Н 27/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А BTOPCHOMV СОИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4) 50334/24-21 (22) 21. 11. 86 (46) 23.09.89. Бня. N 35 (71) Рижский политехнический институт им. А.Я. Пельше (72) А.Б. Окс, С.Л. Цыфанский, М.И. Мукалин и В.И. Бересневич (53) 621.317.335 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 351148, кл. G 01 N 29/90.

Матис Н.Г. Электроемкостные преобразователи дпя неразрушающего контроля. Рига. Зинатне, 1982. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ MATEPHAJIOB (57) 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, накладной 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.

3 . !509706

Изобретение относится к области контроля изменения диэлектрической проницаемости материалов, что поэво т

Ляет по изменению диэлектрической проницаемости определять изменение механических свойств материалов, анизотропию их свойств, влажность, изме" некие толщины покрытий и т, д.

Цель изобретения — повышение точ- !0 ности контроля диэлектрической проницае мо сти мат ер и ало в.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для контроля изменения диэлектрической проницаемости . 15

Материала; на фиг.2 — стыковая вольт-! .амперная характеристика нелинейной индуктивности L, на фиг. 3 — амплитуд-. но-частотная зависимость колебатель- ного контура с нелинейной индуктивностью, имеющей нелинейную изохронную вольт-амперную характеристику; на фиг. 4 и 5 — фазочастотные характеристики резонирующих гармоник спектра напряжений на накладном изме рительном конденсаторе, соответственно на суперрезонансе порядка 2/1 и основном резонансе; на r,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, 35 настраивающийся на частоту, в два раза превышающую частоту генератора фазовый детектор 6.

Физическая сущность способа состоит в следующем. . 40

Индуктивность 3 является нелинейной (фиг,3). Вследствие этого и колебательный контур, образованный данной нндуктивностью и НИК 2, приложен-45 ным к эталонному или контролируемому

Материалу 1, генератором 4, также является нелинейным. Поэтому при соответствующих частотных настройках геЙератора 4 в контуре происходит возбуждение комбинационных супергармони" ческих ультрагармонических и субгармонических резонансов.

Супергармоническим резонансом по-. 5> рядка m/1 является усиление в спектре колебаний нелинейной системы гармонической составляющей (супергармониМи), частота которой в ш раз больше частоты f возбуждения, в нашем случае частоты генератора 4.

Субгармоническим резонансом поряд а 1/и является усиление в спектре колебаний нелинейной системы гармонической составляющей (субгармоники), частота которой в и раз меньше часто ты f возбуждения.

Усилвние супер- и субгармоник приводит к появлению на амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) колебательного контура дополнитеяьных резоЙаясных вснпесков. Это видно из приведенной на фиг.3 АЧХ колебаний нелинейного контура с кусочно-линейной стыковой вольт-амперной характеристи"

Кой индуктивности.

В силу несимметрии изохронных

Вольт-амперных характеристик наиболее высокоамплитудным йэ комбинационных резонансов, а следовательно, и наиболее легко регистрируемым являет ся суперрезонанс порядка 2/1 (f/f1, 0,5); Его амплитуда, как видно йэ фиг.3, соизмерима с амплитудой основ

Його резонанса. Кроме того, данный суперреэонаяс при прочих равных услови-. ях имеет наиболее крутую фазочастот-, ную характеристику — зависимость угла сдвига фаэ между резонирующей гармоникой и возбуждением (сигналом с генератора 4) по сравнению с остальными комбинационными резонансами и основным резонансом.

Еа фиг.4 и 5 приведены в качестве примера фазочастотяые характеристики резонирующих гармоник соответственно на суперрезонансе 2/1 (фиг.4) и основном резонансе (ф и г.5). При сравнении этих характеристик видно, что на частотах, близких к резонансным (для суперрезонанса 2/1 это час foTa f/f> = 0,5, для основного резонанса f/f 1), чувствительность фазового угла (к изменению резонансной частоты f при f = const на су- . перрезонансе йорядка 2/1 значительно вьппе, чем на основном. Аналогичные результаты получены при сравнении фазочастотных характеристик на остальных супер- и субрезонансах. т.е, при прочих равных условиях на суперрезонансе порядка 2/1 изменение собственной частоты контура вызы" вает большее, чем íà других1 супер-, суб- и основном резонансе изменение угла сдвига фаз(., 09706

6 контура связано с изменением емкости НИК, пропорциональной изменению диэлектрической проницаемости материала. Следовательно, на суперрезонансе порядка 2/1 малое изменение диэлектрической проницаемости контролируемого материала вызывает максимальное изменение угла сдвига фаз(, Таким образом, йа суперрезонансе по ° рядка 2/1 по изменению параметра

Можно наиболее точнее контролировать изменение диэлектрической проницаемости

Предлагаемый способ контроля осуществляется следующим образом.

НИК 2 (фиг.i) прикладывают к поверхности этапонного материала. Включают генератор 4 синусоидального сигнала и возбуждают в колебательном контуре на частоте, в два раза меньшей частоты основного резонанса, супергармонические колебания. порядка

2/1. Точная настройка на эти колебания может быть осуществлена, например, установкой угла сдвига фаз между сигналом с генератора 4 и второй гармоникой спектра напряжения на НИК

2 равным q = О, о

Вторую гармонику при этом выделяют путем подачи напряжения с НИК 2 на фильтр S а величину угла сдвига фаз регистрируют с помощью фазового детектора 6. После этого прикладывают НИК 2 к объекту контр оля. При этой же частоте генератора 4 замеряют 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, например 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 = tgt

10

50

5 15

При определении диэлектрической проницаемости материала изменение собственной частоты колебательного следующим образом. Пусть показание фазового детектора равно, например, о с = 30 . На оси абсцисс находят данное значение и определяют соответствующую ему точку на тарировочной кривой AE (g) (фиг.6, точка А) . Орди ната этой точки и будет искомым значением величины AF. В нашем случае ордината точки А дЕ 0,01. Следовательно, относительное. . изменение диэлектрической проницаемости составляет IX.

Таким образом, малому относитель-: ному, изменению диэлектрической пронйцаемости b, Е соответствуют значительные отклонения от исходного значения

< = 0 угла сдвига фаз g . Это поз- . воляет с высокой точностью определять величину Д F..

Формул а из о бр ет ения

Способ определения диэлектрической проницаемости материалов, состоящий в том, что накладывают измери" тельный конденсатор, входящий в сос- тав колебательного контура, на объект контроля, возбуждают колЬбательный контур с объектом контроля и определяют параметры колебаний, отличающийся тем, что, с., целью повышения точности, измерительный конденсатор накладывают вна- чале на эталонный материал, воэбужда" ют в колебательном контуре супергармонические колебания на частоте, 40 в два раза меньшей частоты основного резонанса, после чего накладывают измерительный конденсатор на объект контроля, измеряют при той же частоте угол сдвига фаз Ц между сигналом с генератора и второй гармоникой спектра напряжения на измерительном конденсаторе и, пользуясь тарировочной зависимостью ДЕ = f(CP), определяют величину диэлектрической проницаемости, где дŠ— относительное изменение диэлектрической проницаемости по сравнению с диэлектрической проницаемостью эталонного материала.

1509706

09 08 12 16 20 фиг3

Фиг. 2

IZO о,вв аов аов ю t.ою ков ив у/у

P (Рие.S

-40

-so

Составитель И. Козлов

Редактор В. Данко Техред Л.Олийнык Корректор Т. Малец

Тираж 789

Подписное

Заказ 5798/37

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101