автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.05, диссертация на тему:Двухкольцевой щелевой вихретоковый преобразователь

ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИ;! УНШРСИТЕГ

РГО од 3

На правах рукописи

ШТЩШ СВЕЕША ВИТАЛЬЕВНА

ДШШВДЕЗОЙ ЩЕйЖй ЖХРЕТОдОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Сшщгальноогз: 05.II."05 - прибора и метода измерения элекгрйчоскиг и иапштншс величин; 05.11.13 — приборы е нетода контроля природной среды, веществ, материалов и изданий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученей сгошни кандидата технических наук

Омск-.- 1394

Работа выполнена в Сибирском, научно-исследовательском институте метрологии

Научный ■руководитель - доктор технических наук» профессор,

чдек-корр. РАИН Вешурцев Ю.М.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Петров. Б.П. .

кандидат технических наук, доцент Захаров ЙЛ.

Ведущая организация . - - Институт сенсорной микроэлектроника ■ Сибирского отделения РАН, г.Омск •

Защита состоится Об 1934 г. в чаа.

на .заседании диссертационного • Совета 1063.23.01 в Сыском государственном техническом университете по адресу: 644050, г. Олек, пр. Мира, II, ауд. 6-340, тел. 65-37-63.

С диссертацией могено: ознакомиться в библиотеке йдакого государственного технического.университета.

Автореферат разослал. "Л* $ У 1994

Ученый секретарь диссертационного Д063.23.01

Д.Т.Н., профессор.;

Совета

В.К.ФВД0РС8

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теж. Б современном народном хозяйстве пкрокое распространение получили тонкие электропровода®} покрытия ка диэлектрике. В электровакуумной прошялепносгя, микроэлектронике, кашщоотроеняи и мкот других областях наиболее часто гсгрочаст-ся покрытия толщиной менее двух микрометров. С появлением новух технологий ¡1 производств возникает необходимость изготовления изделий," ишощих все более тонкие покрытия. Качество выполнения такте изделий .часто определяется точностью соблзденкя портальной толщина пленок а покрытий. Например, в технологи! производства' шроко 1фаменяешх электронно-лучевых и фотоэлектронных приборов. • (в частности, приборов ночного видения - электронно-оптических преобразователей) одним пз наиболее ответственных процессов является процесс изготовления люминесцентных экранов. В этих приборах Кеболъшов отклонение от наскального значения тащикы алэтшгют-2ой плекгея га люминесцентном Бкрано резко увеличивает процент брака. Кроме того, структура измеряемых пленок является настолько хрупкой, что'дабой механический контакт с ее поверхностью недо-иуснет. . -'

С ростш требований к параметрам выпускаемых изделий позывайте я требования и к сргдстзгм измерения, осучестгпшяцзм бесконтактный контроль этих параметров. Поэтов задача улучшения характеристик аппаратуры измерения толщин элехстропроводягдас покрытий я пленок (раокиренйэ диапазона измерения, увеличение точности и локальности измерений), осуществляющей измерения безмехакическо-Г го контакта о поьерхлостьэ измеряемого покрытия, является в&чшей-пай народнохозяйственной проблемой.

Цель работа. Создзние физической и математической модели нахретокозого преобразователя (ВТП), яозводязщой построить ВТП для измерения толщин проводящих покрытий на диэлектрической основе в диапазоне - 1СГ6 м без осуществления контакта преобразователя с позерхнсстьэ контролеру ского покрытия.

Озповккмя'.задачам!,' рожаемыми в соответствии с поставленной щяю, является онедущие.

1. Разработка физической и математической модели двухколъце-еого -целевого Еихрзтсхозого преобразователя.

2. Создание двуххольцевого щелевого вихротохового преобразователя, позватшгдзго 'проводить^ измерения толаин проводящих по-

Ершлй в диапазона КГ3 - 1(Г® ц без осукестЕДзния кснжакга преобразователя о коятратируемой поверхностью.

3. Экспериментальная проверка.достоверности тоорзхлчбо;ах исследований. '

Методц исследования В работе использована теоретические . и омлярико-теоретические метода решения задач, базирующиеся tía то орта тагшшюго поля с применением дафферешщальаого и квге^ рального исчислений. \

Научная новизна_ диссертационной работы и основою ши, ванотме на заи/ггу. j ■

1. Математическая модель дэухколщевого щелевого преобразователя ir аналитические зависгаюсти, ее описиваадяе. -

2. Двузкольцевой щелевой внхретоковай преобразователь для кзморешгя толщин проводящих покрытий на диэлектрической основе . в диапазона 10~S- 10Ге н без оауществлеюш контакта преобразователя с поверхностно контролируемого пскрцт^^^ . '

Практическая язнноотъ •

1. Предложена котодЕка построения двухкольцевнх це-дэвнх вихротсковых преобразователей.

2. Разработан двухкольцевой щелевой ютратоковый преобразо-ттелх, позволяющий:

- производить измерения тодзща элекгр^озодядах • покраий на диэлектрической подаодаз в.дкашшона ICP3 и баз осудз-стзлакпя контакта, преобразователя о поверхностен конграггаруегдж яокрцтпя (образод раоЕсаагаетоя в чела ппзобразозатгдя) j .• .

- повысить чувствительность и точность-якггтекий за ездт уиаш,ио12м потока рассеяния; увеличения рабочего иэжйтюм тока (применению кольдезас созршаюазвдхоя кагяитшфсшодоз) 'S ..• внбора определенного дадазова рабочих чаотог soaifcrasasspj-ü сигнала в sasaosMooKi от свойств -объекта • пзиерекдя;

-."обесазчать. ваоещу» локашюоть взиаревай;Лвес^з^'х' •ккдадь Ездйричюго образ® -0,04 су"*)}

- ваЕсшааь цекераппя с ксдо-Е&соганяад отекшего • офаэд», p£cáojs.r\t:.;oro i, к^танопру^г.зго копьец.

Осдаохзйака.щйивзгвдош! реадшдда.t&xz¡&a L72 о^п^оха^елг: в ьессх-лиг.п:

-SIL ОД ~ nt::v6p-u'J0i;a-c.-n. с j^öoscL 5::С ^

Еишанылей хранадоП х:з::срл;ж TOJS^-E едаг-хрззргзодЕда: до.®шхП ХСГ' и;

о

- ВТП 0,01 - преобразователь с рабочей плоцадью 0::8 ¡.к" а диапазоном измерений I0"3-2-КГ6 и— ВТ1ГГ 0,01 - точочни!: преобразователь с поииешюй лохзль-

цоегью измерений («S» 2x2 ¡.к2) л даалазопом измерений кг^-г.кг6 и;

- Н7ВШ - накладной универсальней влхротоковиЗ цреобразова-галь о рабочей площадью 4 см2, предназначенной дшт керазрукап-ашс измерений покрытий в диапазоне Ю^-Й-Ю"0 м на крупногабаритных изделиях.

Все перочислешые преобразователи имела чувствительность на рабочем участкс не шее 0,1 кВ/А и основную приведенную погрешность в рабочих поддиапазонах не ьыша 2

Разработанные двухг.ольцовко целевые вихретоковые прзобразо-вагела эйоповированп на ВДНХ СССР, на Всесоюзных и областных выставках и городских ярмарках. ,

Образцовые меры дася построения градуцровочках зависимостей х измерительные.устройства на основе разработанных преобразова-гелай аттестованы Сибзрскак научно-ксследовательскпи институте:.! летрологни.

Разработанные вихретокоэие преобразователи внедрены

- в производство электронно-оптических преобразователей на заводэ "Экран", г. Новосибирск (с экономически! эффектом -

тис. руб. в год ка одно изделие, по состоянию курса рубля sa 1983 г.);

- в производство ушгоглтелъного узла наоснове гжкроканаль-мх пластин ка п/я - 294 (с зконошчестш эффектаи 34,2 тыс .руб. j год по состачниа курса рубля на ID2I г. ) ;

- 3 производство кикросхек на Новосибирском элзктровакуу:.;-гем заводе."

Накладные восретокоБЫв просбразоватойи передана в производив© электронно-лучевых приборов кз Московский элзктрозакуумпкй-1азся#и ка.завод "Экран" (г. Новосибирск).

Апроблпяя таботаг'. Соковнав солсеения дассертациошой рабо-■И докладавались и обсуэдалксь га 7 научно-технических конфо-¡енипях: .

- ка 71 Всесоюзной конференции "Метода и сродсгва измерения лектрокагялтЕНХ характеристик материалов на ВЧ к СЗЧ", г. Новосибирск, IS87 Г.;

- на Всесоюзной научной сессии,посвя2;Сккс'1 дн» Разда (выбзд-ое заседание секции ?Электрошгкаи>, :г.• Новосибирск, 1989 г.;

о

- на Всесоюзной конференции "Разтаботка и внедрение вихревых элоктромагнитчил. аппаратов для шгсенск&оздщя' техаологическкх процессов АВС-СЭ", г. Тамбов, 1939 г;

- ка Всесоюзной научио-техниче'скоЗ конференции "Актуальные проблем: электронного приборостроения", г.Новосибирск, 1920 г;

- па Всесоюзной, научно:: сессии, посещенной дню Радио, г. Москва, 1991 г;

- на Международной конферонщш "Актуальные проблем электронного приборостроения", г. Новосибирск,.1992 г.

- на .Российской, конференции," посвященной дню Радио,, г. Новосибирск, 1993 г.' •

Пу ¿шкодил. По катераалаи дасоертшпгонноЁ работы опубликовано 16 работ, в том числе 2 патента Российской Федерации.

. Стту/ктута . Диссертация состоит-ио введения, че-

,тырен глав основного текста и заключения. Ее содержание изложено на 150 страница;: основного маяшописного текста, иллюотрировано 43 риоушаигл, • 4 таблицамж; имеется перечень'-'используемой литература, вкшочаади?: 89 • наименовании,-и приложения на 15 страницах. : :. V

Во введении обоснована актуальность теки, сформулировала цель работы, определены ее задачи.

Б.первой главе'Проведены обзор средств и .классификация методов, измерения толщина, дан сравнительный анализ и еыявлзнц возможности каздой группа известных на сегодня приборов для.измерения тонких проводящих покрытий и' слоев. Для нёразвушающего измерения электропроводами; покрытий толщиной, менее, 10""^ и с погрешность® ^•2 % приборов не существует. -; ; - V ;'

Во 'второй".главе проведена разработка-'физической модели двух-кодьцевого щелевого вихретокового преобразователя,отвечавшего . цели работы и обеояечнващего. репепие., задач,--'•,ефохеддарован'них во введении.

-В третьей главе проведена разработка математической'"модели двухкольцевого щолзеого вихретокового:преобразователя; выведены основные аналитические -выражения,;-'опЕсававзщяе-.'его работу,. проведен теоретический,расчет его/ооиовнах параметров.характеристик.

В четвертой главе описаны результаты экспериментального иосле-дования лаке та разработанного пре образователя и варианты , изготовленных и внедренных-в производство двухкашдевых целевых вкхрето-. ковых преобразователей.

Заключение содержи основные выводы диссертационной работы, результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследовании и результаты реализации разработок.

Прилозхение включает в себя следувдсе докукенги:

- свидетельства о государственно"; позорно разработакикх преобразователей я устройств за ях сснове у. образцовых мер;

- акта внедрения а передач:: в' производство разработанных преобразователе'! и устройств на их основе;

- технологические карта измерения толцин покрытий разработанными двуххолзздзвага щслевши ггхретоковгки преобразователя?.«,

СОДВКАтБЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность р.чзработка преобразователя для измерения толщин прозодепук покрытий на диолектрдческой. основе в диапазоне 1СГ® - Ю-0 ц без осуззствлскз контакта преобразователя с контролируемой поверхностью, сформу.Кированы задачи диссертационной работы.

3.первой главе помечен обзор суцестеувдпс средств и кетодоз измерения толщин проводящих слоев ж покрытий, проведен их сравнительный анализ к выявлен наиболее перспективный мс-тод, поово-лшвдЛ реветь основные задачи дассзртадаояной работы.

На основании англзза большого числа отечественных и зарубея-ввх публикаций сделан вывод,.-что способностью проводить высокоточные азиерзння покрытий толщиной менее I мкм обладают приборы, основанные на оптическом, редаоволзовш и вихретоковом .методах. Од:-:ако перазруп-аюпгйе измерения еатзчосютл иеЛздск' эозшзны' только для толщин не более десятков нанометров, а. радиоволнозый метод дает неудовлетворительные результаты при измерении покрытий более 2,5*10"' к. Анализ взаимодействия объекта измерения и'активизирующего воздействия позволил сделать вывод, что каноолее перспективны:/) для измерения электропроводящего сокрытия является метод, основанный га возбувдеЕгга в. объекте измерения пеля высокой частоты - вифетокезнй метод.

Во втором глава проводится разработка ^кзпческоЗ модел» вихре токов ого преобразователя, на основе которой, монет, быть построен ВТП, отвечающий целп дайной'работы.

Согласно поставленной целя процесс измерения додзн осуществляться без контакта преобразователя с поверхпозгсэ контролируемого покрытия, кроме того, гтон кзкврекях то£7п*вз важной задаче!! является доеттеа-нзе независимости результата измерения от величины зазорз меграг обт-эктом а БТЛ. Таким вмйстзсм обладагт преобразователь шедоваго типа. ЩёлепоЛ ?кп Е7Д нредяслагает ;?ала-

таг сердечника, что является лачояктс-льшл фактором увеличения легальности и' чувствптелыюотя изыэрегшй. Уменьшению потока рассеяния и,следовательно.увеличении основного рабочего потока способствует использование иагшгтопровода кольцевой формы, опсимадь-нкл вариантом било бы направить магнитную цепь преобразователя, по естественным линиям магнитной. индукции магнитного поля.

Считая маловптковую возбухдащую.обмотщг витком с током,на, основа анализа электромагнитного'поля, создаваемого зтим ватком, был сделан вывод о целесообразности выполнения тагнитопровода в виде двух одинаковых колец, соприкасающихся друг с другом.

кагнятопровод, состоящий из двух калзц." позволяет создать Й»5фаре1щзальный преобразователь тодцшш: в электрический сигнал, так как при воздействии на лоток в одном из колец в другом ироио-ходит аколоинчкое изменение рабочего магнитного потока, но с другим знакам,' что повышает чувствительность и локальность измерений, С учете;,I всего вышесказанного была предложена физическая модель двухкольцевого щелевого вихрегокового преобразователя, .показанная на рис.1. Преобразователь ".имеет феррптовый.сердечник, выполненный в виде двух (4 и 5) сонракасаоднхся друг с другой колец со щевеввш прорезями 6 и V со сторон, противоположных линии ,оод-рикосновешш; две идентичные измерительные обмотки (9 а-10) .-'расположенные на шерритовнх кольцах и выточенные встречно друг другу в о<Цто электрическую цепь; маловптковую возбуждающую .обиоидг 3, наложенную ка оба' каты© в месте их 'сояршсооиоввЕЕЯ.'. К воэбуяда»-щей обмотке 8 подводится шгаадее напряжение о? высокочастотного генератора I, в измерительных обмотках 9 и Ю кавВДьтся ЭДС. При отсутствии контролируемого образца в прорези 7 сердечника выходное напряжение равно нулэ, та:; как измерительные обмотки 9 и 10 ютзют одинаковые электротехнические параметра и ввглченв' встречно. При размещения образца с 'проводедн покрытием в прорези под действием электромагнитного поля наводятся вихревые токи, /которао обусловливают изменение кахаихного сопротивления ¡лагнптной цепи преобразователя. При этом ЭДС, наводимая :в измерительной\ск5мотк& 10, изменяет свое значение, и выходное напряжение становится отличным от нуля. Сигнал от измерительной.цепи преобразователя поступает на блок обработки сигнала; 2, ]що подвергаемся преобразовании в код. "" ''

Предложенная .модель; двухкояьцзвого целевого в;ахр€токового преобразователя позволяет повысить точность измзреаыя за счет. иепользсвавЕЯ .этадовного обравда. -Егагоя располагает в цела вто-

рого кольца. При использовании данной кодели ВТП тск-.-е хтоггок возможность .повысить локальность измерений, придав ^орритсзгг. кольцам особую форму, плавно у^еныкая внезний два^етр ;;а'.-дого кольца от середины к щели, доводя периметр сечения сердечники в области щели до нужных размеров.

Разработанная модель преобразователя ио;~.ет быть иохпЪт:-' ровака для контроля толщин проводшдих покрытии па круяготаб&рнт-ных изделиях, форма и размеры которых из позволяют разместить их в щелевой прорези (накладной цреобразогатсль ~ рис.2) без осуществления контакта преобразователя с поверхностью измеряемого покрытия (расположение '0614131© 3 покрытием вниз на диэлектрическом основании 12). Такой преобразователь, как известно, ра.бо—'. тает на эффекте выпучивания электромагнитного поля- из ¡долевых прорезей ■ при расположении в них кедньпс вкледюгеЗ II. О целью локализация поля на поверхности измеряемого покрытия икринс ¡га-днпей должна, превышать' толщину каждого из колец и выступать о кидай стороны за плоскость его торцов, а толщина ягоадава дола» превышать глубину йроюпсновешя элехттюкагшгтяих колебаний выбранной частоты в материал виладыка.

Конструкции предложенных моделей двухкольцевого щелевого вихретокового преобразователя защищена двумя патентами Российской Федерации.

Диапазон рабочих частот возбуздающего сигнала -определяется свойствами объекта измерения. Электромагнитное поле з- электропроводящих объектах быстро-затухает по"мере'увеличения расстояния от поверхности объекта. Степень этого затухания пропорциональна частоте воздействующего поля. Поэтоцу ловшешхо..рабочей частотй/ преобразователя ограничено пределом, обусловленным: песбход»жоотьз обеспечения- проникновений, поля- на век» толику измеряемого пскрц-тия. Максищльвув частоту, в пределах которой преобразователь сохраняет чувствительность к толщине объекте-измерения, з;данной работе предложено оценивать по выражению

4 ' - 1

V™*' '¿уур- 202- ' . ^

где у - удельная проводимость измеряемого сократил; & - толдн-на измеряемого покрытия; м - магнитная прошша*коо?ь -кагерпалй объекта измерения. ' ■

•' ПогроЕНСоть сценки макс::мо явной рабочей -частоты (о? едакигщ до десятков ГЛГц) по этой формуле; нэ превышает.

Работа' на .-высоких частота:-:, обязывает цзинумать «ери, /»¡апрез-

Pao.. 2. л!олель какладнохи дн^

хшрэтоксзага праооразовагаля

.¿»яягв гзюиз зозкикковепгл вихревых токов в сердечнике ВТП, так как отн токи вызывает потеря онертал, пропорциональные квадрату частот изменения магнитного поля. Поэтому в предлагаемой модели ВТП целесообразно в качества магнитопровода использовать никель-цппковыз ферриты трок 50ВЧ2 или 30ВЧ2, предназначенные для работы з слабых палях па частотах 1-100 1ДГц. Они имеют малые потери а малый температурный коэффициент начальной магнитной проницаемости в широком интервале температур.

В третьей главе дается математическая модель двухкольцевого делового впхретокового преобразователя, теоретическое описание его работы.

Дня обеспечения возмозности оптимизации параметров ВИ1, а такко оценки.погрешности й установления вида функции преобразования двухкольцевого щелевого ВШ получена зависимость выходного сигнала такого преобразователя от толщины измеряемого пкфытия. ЭДЗ, возникающая на выходе двухкольцевого целевого преобразователя, равна:

где 1!0- напряжение возбуждающей обмотки; \л/0' - число витков возбуждающей обмотки; . - число витков измерительных обмоток первого и второго колец сердечника соответотвепно; ньнг - магнитные сопротивления катнатной цепи 1-го и 2-го колец соответственно; магнитное сопротивление, вносимое проводящим ПОПЫТКОЙ.

Исходя ::з основных законов электромагнитного поля, бшга получена форото,' по 'которой мегет быть оценена величина магнитного сопротивления, вносимого электропроводящим покрытием в магнитную цепь преобразователя при размещении измеряемого образш в щелевой •прорези сердечника; при. она равна: Л'гн-~|г .

О учетом етэгэ вчранения пайдека Зувкииональпая зависимость мезду тоящшой изкэряекого повряеияя сингалом преобразователя

{уравнение преобразования):

IV , . ■ +

¡[ТЩмруФТ'Ч^дЩ^'лС

где - величины зазоров соответственно первого и второго

колец оердечника; , - площади сечения первого и второго лмд соответственно; - магнитная постоянная; - комп-

лексные магнитные проницаемости первого и второго колец сердечника соответственно,

радиусы первого и второго колец сердечника соответственно; С0=2й^ , ^ - рабочая частота; в - площадь и толщина измеряемого покрытия соответственно.

Зависимости чувствительности этого преобразователя от толщины измеряемого образца определяются выражениями: для амплитудного метода •

. - 4

гь и0 I чуд, )

[ (г\ . о \2.

I иа

для разового метода

л> 4-р УЧ ^/ЦУ^а \гЪг)г I иа (Лгкг) + иа[ ЧЪЬ I ° 1

аН +

-а

Получвшшо зависимости дают возмояность оптимизировать ла-' раиетры ВШ. Анализ функция преобразования позволяет определить рабочую частоту, при которой ВТИ имеет наибольшую чувствительность о учетом характеристик объекта изменения. Оптимальная час-гота сигнала, питающего ВТП, определяется как

( К

^СПТ/ ~ " ^яи^тудного метода, /£с п \

х к/1 - для фазового метода. К - ] ,

¿,лс сс ./(с.О,.^- длина, магнитная прошшаекооть, величина зазора и .площадь поперечного сечения сердечника, соответственно.

Математически. подтверждены преимущества использования дифференциальной схе-,71 включения измерительных обмотгас для предложенной модели ВТП: повшешз чувствительности и линейности характеристики преобразователя. '

Дзя проверки отсутствия перегрева измеряемого покрытия под действием ВЩСР5ЕЫХ токоз л оцепкл погреопооти, связанной о этим явлением, црззадап гатекатачесий.расчет. Определено, что нагрев покрыт составляет 8,3.1(Г2оС. При этом пзиеяекио удельного оо-ярояголеаяя катеряила яо$^пия составляет 3,6.ИГ1 %, а ввидг. ?<аяоата вагёши, погрэспоать, овязаниуи с этил явлением, мсано вэ учитывата.

Проведен та—со анализ похрглаостей измерения толщина при по-

глс'дп преобразователя предложенной конструкции. Иопольузя уравнение преобразования и экспериментальные данные, определены основная и дополнительные погрешности, установлены какторы, оказывающие наибольшее влияние на результат измерения. Выяснено, что основная приведенная погрешность структуры ВЧ генератор-объект измерения - ВТП не превышает 1-2 Осковннип влияющими факторами на точность измерения являются колебания уровня напрякеккя тетания, нестабильность частоты питающего сигнала и колебания температуры окруаащей среды. Дополнительная температурная погрешность составляет А % на какдые 10 °С. Непосредственно двухкольцевой целезол вихре токовы;-; преобразователь вносит основную приведенную погрешность на- более 0,1-0,2- % при напряжении разбаланса не более 0,01 % в рабочих поддиапазонах.

В работе такие показано, что при помощи ВТП предложенной модели mosho измерять удел¿ну» ярешедпмооть к проводить двухпара-ыетровы'; контроль.

Четвертая глава посвящена экспериментальным исследования!? двухкольцевого ¡целевого вихретокового преобразователя предложенной модели, согласно которой был изготовлен макет- Исследования макета показали:

- возможность проведения измерений-без осуществления контакта ВТП с поверхностью измеряемого покрытия;

- диапазон измерения то^вдш проводящих покрытий на диэлектрической основе - 10 - ¿М0~° м;

- основная приведенная погрешность измерзши не превышает 2

- дополнительная температурная'погрешность составляет 4 %•на I0°g;

- чувствительность измерений в рабочем диапазоне не вике 0,1 мВ/А; -'практически отсутствие зависимости выходного сигнала от влагдос-

ти и давления окружающего воздуха и пергкосов в установке измеряемого образца;

- стабильность параметров ВТП во времени;

- достаточно херовее соответствие расчета чувствительности преобразователя, выходного • сигнала - в завпсшостк . от толщиш покрытия и максимально;; рабочей частоты экспериментальным данным (логрспность расчета ^ 5 £).

3 ото'.'- же главе такке одпеани несколько вариантов даухкольце-вых делевкх вихретокових преобразозателей, выполненных по предложенной модели п отличающихся, по своим функцаональным и мэтрологп-4rcic:m характеристика:.:, .-впсдосших и переданных в производство (см. табл.) с основной Погршюзтнг - 2

Пзра-\ метры Тип \ втп Диапазон изменяемых толщин, МКМ Чувствительность на рабочем участке' мВ/А Локальность, сг.г Габаритные размеры, ш Масса, кг

ВТП-0,1 0,02-0,5 0,3 0,15 15x35x40 0,035

ВТП-0,01 0,01-1,0 3,5 0.64 15x50x70 0,10

ВТПТ-0,01 0,01-2,0 3,0 0,01 20x80x85 0,24

КУВТП 0,01-2,0 и . ............. 0,3 0,25 вызота-БО дкаметр-25 0,06

ЗА1ШЗЧШИЕ'

Основные результат диссертг-ционной работ« заключаются в следующем.

1. Проведен анализ существующих средств измерения толнц-ш проводящих покрытий, дана их сравнительная характеристика. Показано, что на сегодня для измерения толщин прсводявдх покрытии в диапазоне 1СГ®-10~6м используются в основном разрушающие метода.

2. Проведен выбор метода, наиболее перспективного (на взгляд автора) для целей создания преобразователя на его основе, позволяющего измерять толщины проводящих покрытий в диапазоне 1СГ®-10~®.\т без осуществления контакта с позерхноотьп контролируемого покрытия.

3. Предложена физическая модель двухкольцового щелевого вихре-токового преобразователя, дозволяющая:

- производить Кймзрешш толщин проводящих яоарытий без осуществления контакта с поверхностью коптрояадемого иядшия;

- повысить чувствительность и тотлэпть' намерений;

- обеспечить высокую локальность измерений;

- выполнять измерения с -использованием эталонного образца.

4. Разработана «аткматпчвекая модель длухкотк-гаого' щелевого сихретокового преобразователя, опискваадая сгч> работу:

- функциональная, зависимость кеаду толззшоЯ измеряемого покрытия и-вшссдшгл сигналом-преобразователя^

- 'катеттичеокие внреаёнЕЯ для расчета чувствительности преобразователя,' тагзиткого сопротивления, 'епослыого объектом измерения в. магнитвув дель преобразователя• прг ресдолзгянки последнего

в щелевой прорези, я максимальной рабочей частот сигнала возбуждения.

5. Проведена оптимизация по чувствительности преобразователя и решшов работы. ЯШ и даны рекомендации по выбору оптимальной рабочей частоты, исходя из сзойстз объекта контроля.

6. Проведена оценка основной приведенной погрешности ВЯЗ

( ^ 0,2 %) и структуры ВЧ генератор-объект измерения - ВЩ ( 2%).

7. Проведен анализ метрологически характеристик макета разработанного преобразователя и его экспериментальное исследование. Показано соответствие расчетных зависимостей экспериментальным.

8. На основании .теоретических и экспериментальных исследований разработано и внедрено в производство несколько шдифщцщий двух-кольцевых щелевых ВШ с общим ■ экономическим' эйфзктом более.

4Q тыс.руб. в год по состоянию курса рубля на 1991 год.

9. Разработанные ВТП прошли госпоэерку в ШО 0Ш. .

ЩЕЗЖАЦЙИ

Основные полоаения диссертационной работы отражены в 16 научных публикациях.

1. Лисицына C.B. Оптимизация параметров вихретодового целевого . двухкольцевого преобразователя с учетом свойств объекта измерения // Электронная техника. Сер.7. ТОПО.- 1993 .-Вып. 6(175).-С.43-45.

2. Лисицына С.З. ; Чудппоша 3.11. и др. Устройство для измерения толщин токопроводящнх покрытий и металлических изделий // апектрон-ная техника.- Сор. ?.- 1992.- Вып. 4(173).- С.62. . . .

3. -Лисицына C.B., Поляков Ю.С. и др. Устройство для измерения толщин диэлектрических образцов // Электронная техника.. Сер. 7.1992.- Вып. 4(173).- С.62.

4. Пат. 1672200 РФ, . ШИ С IQB7/IQ. Устройство для измлрзшга , толищи токоцроводящих покрытий / С.В.Лисицына, В.И.Чудаюша и др. // Открытия. Изобретекля.-1993. й 3.'' '■■

5. Пат.1835043 РФ, Ш С 0IB7/I0. Устройство дяя. измерения тогцяны токопроводящих покрытий на диэлектрической дадяоакэ'/С.В .Лисицына, Л.И .Лисицына.// Открытия. Изобретения. 1993. Ê 30. -

6. Лисицына С.З. Оценка точности работы двухкольцевого щелевого вихротокового преобразователя // Тез.докл. Российской науч.-техн. конф. - Новосибирск, IS94.- C.5.

7. Лисицына С .13. Расчо т оптимальной, рабочей частоты касретоко-вого толевого преобразователя при измерении 'толщин токопроводящих

ХС.

ко:;рытлй заданного диапазона // Труды Международной науч.-техн. конф. "Актуальные проблемы электронного приборостроения".- Новосибирск, 1992.-. Т.5.-C.I06-II0.

8. Лисицына C.B. Повышение чувствительности щелевого inmyitüm-ного преобразователя// Труды Международной науч.-техн. конф. "Aie— туатьные проблемы электронного приборостроения".- Новосибирск, 1992. - Т.5.- С.70-73.

9. Лисицына C.B. Высокоточное устройство для неразрушающего контроля проводящих покрытий диапазона 0,01-0,5 мкм // Труды Международной науч.-техн.конф. "Лктуалыша проблемы электронного приборостроения".- Новосибирск, 1992,- Т.5.- С.74-78.

10."Лисицына C.B., Китаев C.B.,и др. Высокочастотный вихретоко-вый датчик для измерения толщин металлических пленок в десятые доли микрометра // Тез. докл.. 1У Всесоюзи. науч.-техн.конф. "Методы и сродства измерений электромагнитных характеристик материалов на ВЧ

з ОВЧ". - Новосибирск, 1987.- C.I83-I84.

11. Лисшщна C.B. Расчет числа витков обмоток вихретокового датчика для измерения заданного диапазона толщин токопроводящего покрытия // Тез. докл. 44-й Всесоюз.. . научной сессии, посвященной Дна"радио,- Новосибирск, 1989.- С.14.

12. Лисицына C.B. Вяхрогековий шпшхннй преобразователь для измерения токопроводящпх покрытий на диэлектрической подложке

// Тез.докл. Всвсокз... нэуч;'-Т9хн.коиф. "Разработка и вкедрешю вкхревнх электромагнитных аппаратов для штенсифшсации технологических •процессов• АВС-8Э". Тамбов, 1989.- С.69-70."

13. Хтсздшга G.B., Лрисешш. В.Л. Взаимодействие плоской элек-.трокагатноЗ волны с Тонкой проводящей пластиной // Тез .докл. Все-•союз. науч.-техн.конф.. "Актуальные проблемы электронного приборостроения".- Новосибирск, I99Q. - 4.1.- С.106.

14. Лпкщш'Л-С.В. '.Изкерогею' тапщии диэлектрических образцов келсв'-З? анз$0томзни 'преобразователем // Тез .докл. Всесояз; науч.-tmú котъ. "Актуальные .хфобйозд ' злеитранкого цpîIбopocтpoelшя,,

' Еовослбирсу, ISS0.- Ч.Т.- С.112.'

"15. Дпсзткка С,В. Расчет полового вихретокового толщиномера //. Тоз.докд. Xt-YI Всзсоюз:-". науч... сосана, иосйен/шюй Лта papjío. -П'Л. ' : IS9I,- G.I85-ie5.

16. Дисицш» С.З, Дзух'лзр2мэтровн.а коянрола щолезкм. Епхрйтохо-3icj прчебрагозчтедеи // Тз-з.дскл. Российской науч.-тоуц.конф., ио-свяп^зшой Дня родзо.- Новосибирск, ХйЭЗ.- С.87.

Г?

Личный вклад, в работах, опубликованных а соавторство, лично автору принадлежит:

- идея создания двухкольдевого щелевого преобразователя;

- теоретическое описание работы двухкольдевого щелевого преобразователя.

Редактор Т.А.Москвятлна ЛР й 020321.

Подписано к печати 26.04.34. Формат 60 х 84 1/16. Бумага писчая. Уел.печ.л. 1,0. Уч.-изд.л. 1,0. Тираа 100 скз. Заказ 45_

Редакдиошю-издательский отдел ОиГТУ." 644050, г.Смок, пр.Мира, II

.Типография ОмГТУ :

*