Спосіб дослідження залежності коефіцієнта відбивання електромагнітних хвиль від параметрів приповерхневих розшарувань у виробах з діелектриків

Спосіб дослідження залежності коефіцієнта відбивання електромагнітних хвиль від параметрів приповерхневих розшарувань у виробах з діелектриків шляхом опромінювання досліджуваного зраз 28307 діоактивними променями і визначення ступеня поглинання цих променів по методу порівняння інтенсивності променів, що пройшли через контрольований виріб і через зразковий клин. Однак, на відміну від вищевказаного винаходу, в пропонованому винаході клин служить для відтворювання глибини залягання розшарування в діелектричному виробі. Пересування клина тут імітує не зміну товщини досліджуваного матеріалу, а зміну глибини залягання розшарування. Крім того, для реалізації винаходу застосовуються діелектричні підпорки, що були відсутні в [3], висота яких імітує товщину розшарування. Використання еталонного клину на відміну від прототипу дозволяє одночасно визначити параметри розшарування – його товщину і глибину залягання. Таким чином винахід володіє суттєвими відмінностями і дозволяє досягнути поставлену мету - отримувати еталонні залежності коефіцієнта відбивання електромагнітних хвиль від параметрів приповерхневих розшарувань у виробах з діелектриків. На фіг. 1 і фіг. 2 показані схема одного з варіантів пристрою, що реалізує запропонований спосіб і зразок годографів для типового об'єкту контролю. Пристрій складається із: генератора НВЧ коливань 1, вузла розділення випромінюваного і прийнятого сигналів 2, приймально-випромінюючої антени 3, діелектричної лінзи 4, еталонного клина 5, підпірок 6, бездефектного зразка 7, діелектричної підкладки 8, блока реєстрації 9. Електромагнітні хвилі НВЧ діапазону з генератора 1 направляються у вузол розділення випромінюваного і прийнятого сигналів 2 і далі - в приймально-випромінюючу антену 3, в розкриві якої розміщена лінза 4, що трансформує їх фронт випромінювання в плоский. Дані хвилі потрапляють на еталонний клин 5, розміщений на підпірках 6 фіксованої висоти g. Переміщуючи пластини клина на шляху хвиль, можна отримати різну глибину місцеположення розшарування h. Відбиті від системи: клин 5, повітряний простір, бездефектний зразок 7 і підкладка 8 електромагнітні хвилі поступають через лінзу 4 в антену 3 і далі - на вузол розділення 2, після чого відбувається їх реєстрація в блоці 9. Як приклад на фіг. 2 зображені годографи комплексного коефіцієнта відбивання V (ReV і ImV його дійсна і уявна складові), при перпендикулярному зондуванні плоскою електромагнітною хвилею частоти 40 ГГц діелектричної пластини, маючої в бездефектному стані товщину 2 см, і розміщеної та товстій діелектричній підкладці. Відносні діелектричні проникливості і тангенси кута втрат пластини і підкладки мають наступні значення: e1= =4; e2=5; tgd1=0,02; tg d2=0,5. Приповерхневі розшарування товщиною g залягають в пластині на глибинах h, що змінюються від 0,25 мм до 2,25 мм. Отримані годографи, а також годографи для інших випадків приведені, наприклад, в [4] показують, що для приповерхневих тонких розшарувань можна отримати однозначну інформацію про глибину розміщення і товщину розшарування. Приклад конкретної реалізації способу показаний на фіг. 3 (високочастотний блок), фіг. 4а, б (блок керування і його принципова схема), і фіг. 5 (блок реєстрації). Наведемо послідовність дій в них. Генератор НВЧ W6 (фіг. 3) на лавинно-прольотному діоді виробляє високочастотний сигнал. Цей сигнал через розв'язуючий вентиль W3 i p-i-n діодний атенюатор W2, що служить для регулювання потужності генератора, надходить у щілинний міст W5, який ділить потужність наполовину. У вихідних плечах моста сигнали зсунуті за фазою на 90°. W1 служить балансним навантаженням - узгодженням щілинного моста W5. Один із сигналів надходить у канал передачі через розв'язуючий вентиль W7, який покращує характеристики тракту. У каналі, передачі відбувається за допомогою р-і-n діодного модулятора W9 амплітудна модуляція. Частота модуляції вибрана рівною 100 кГц. Частина надходить на направлений відгалужувач W12 і детектується детектoнрною головкою W14, напруга з якої використовується для керування потужістю генератора. Основна частина сигналу надходить через циркулятор W15 в лінзову антену W17 і служить для опромінювання досліджуваного об'єкту. Сигнал з другого плеча щілинного моста W5 через хвилевід W8 і фазоповертач W10 через хвилевід W13 надходить на змішувач W11. Після підсилення та детектування цей сигнал надходить на блок реєстрації. Через контактні точки 1-8 на НВЧ блок надходять і знімаються сигнали керування та напруга живлення. На контакт 1 поступає напруга модуляції частотою 100 кГц. Це прямокутні імпульси з амплітудою 0¸1,5 В, які керують р-i-n діодом. На контакт 4 поступає постійна напруга 0¸1,5 В зі схеми автоматичного керування потужністю, яка відкриває діод атенюатора W2. З контакту 2 знімається напруга пропорційна вихідній потужності. Вона поступає на вхід системи автоматичного керування потужністю. На контакт 7 подається напруга, яка керує частотою НВЧ генератора. На контакт 8 подається напруга живлення генератора НВЧ. З роз'єму X1 знімається постійна напруга в межах 0¸12 В, яка служить для індикації коефіцієнта відбивання V. Усі ці сигнали формує блок керування, структура якого показана на фіг. 4. В його склад входять: генератор напруги з частотою 100 кГц А1; стабілізатор для живлення НВЧ генератора А2; схема автоматичного регулювання потужності, яка складається зі схеми порівняння A3 і підсилювача А4. Блок керування з'єднаний з НВЧ блоком відповідними контактними точками 1-8. Точкам 9-13 він з'єднується з блоком реєстрації та блоком живлення. Принципов схема блоку керування показана на фіг. 5. Модулю А1 на структурній схемі фіг. 4 відповідає генератор прямокутних імпульсів, який зібраний на мікросхемі DA1. Період імпульсів задає резистор R2 і конденсатор С2, які настроєні на частоту 100 кГц. Резистор R1 задає режим живлення мікросхеми DА2 (І40УД8), де підсилюється до рівня необхідного для детектування амплітудним детектором на діодах VD2. Після детектора постійна напруга керуэ р-і-n діодним атенюатором W2 таким чином, щоб рівень напруги керування відповідав опорному рівню Uоп. Від рівня напруги Uоп залежить вихідна потужність, яка встановлюється в межах 1¸5 Вт. Генератор струму в А2 2 28307 побудований на транзисторі VT1-2Т974А. Напруга на базі транзистора задається стабілізатором VD3, режим по постійному струму якого забезпечується резисторами R8 та R9. Вихідний струм генератора визначається як відношення напруги на стабілітроні VD3 до значення опору R11. Стабілітрон VD4 та резистор R10 служать для підтримання лінійного режиму транзистора VT1 у випадку відключення генератора НВЧ сигналу та розряду паразитних ємностей через резистор R10. Блок реєстрації (фіг. 5) складається із: модуля мікропроцесора 1; оперативного запам'ятовувального пристрою 2; постійного запам'ятовувального пристрою 3; адаптера перетворювачів інформації 4; аналоговоцифрового перетворювача 5; цифро-аналогового перетворювача 6; адаптера вводу-виводу 7; модуля вводу інформації 8; модуля індикації 9 та адаптера послідовного каналу 10. Обмін інформацією між названими модулями здійснюється через системну шину блоку 11. Модуль мікропроцесора здійснює загальне керування програмно-доступними модулями приладу, проводить математичну обробку результатів вимірювання, забезпечує передавання результатів обробки в персональному комп'ютері (ПК) по послідовному каналу для подальшої обробки, документування та архівації. Оперативний запам'ятовувальний пристрій місткістю 8 кбайт призначений для зберігання результатів вимірювання та системної інформації. Постійний запам'ятовувальний пристрій місткістю 8 кбайт призначений для зберігання резидентного програмного забезпечення. Адаптер послідовного каналу призначений для забезпечення зв'язку між блоком і ПК на рівні стандартного послідовного каналу RS-232. Аналоговоцифровий перетворювач при поданні сигналу синхронізації перетворює миттєві значення аналогового сигналу, який поступає із вимірювальної частини приладу в цифровий код. Цифро-аналоговий перетворювач призначений для вироблення заданих рівнів керуючої напруги. Модуль вводу інформації використовується для вводу вхідних параметрів, вибору необхідного режиму роботи та запуску приладу. Модуль індикації призначений для відображення результатів контролю, виводу діагностичних та ін формаційних повідомлень. Джерела інформації 1. А.с. 310109, СССР, М. Кл.2 G01N23/24. Способ контроля толщины и дефектов в изделиях из диэлектрических материалов / В.П. Козлов, В.И. Матвеев, Ю.М. Тучнин, В.А. Павельев. Опубл. 26.07.1971, Бюл. № 23. 2. Применение радиоинтроскопии в промышленности. - М.: Изд. ЦНИИТЭИ приборостроения, 1967. - 84 с. 3. А.с. 100771 СССР, опубл. 02.07.1955. Образцовый клин к устройствам для измерения толщины изделий. 4. Колодий Б.И., Лящук О.Б. Численное решение прямых задач электромагнитной рефлектометрии плоскослоистых диэлектриков. - Львов: ФМИ, 1988. - 29 с. - (Препр. / АН УССР, Физ.-мех. ин-т им. Г.В. Карпенко; № 128). Фіг. 1 3 28307 Фіг. 2 Фіг. 3 4 28307 Фіг. 4а Фіг. 4б Фіг. 5 5 28307 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 34 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 6