close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

...Ð´Ð»Ñ ÐºÐ¾Ð½Ñ Ñ Ð¾Ð»Ñ Ñ Ð¾Ð»Ñ Ð¸Ð½Ñ Ð¼Ð°Ñ ÐµÑ Ð¸Ð°Ð»Ð¾Ð² Ñ ÐµÐ·Ð¾Ð½Ð°Ñ Ð¾Ñ Ð½Ñ Ð¼ Ð¼ÐµÑ Ð¾Ð´Ð¾Ð¼

код для вставкиСкачать
Восточно-Европейский журнал передовых технологий
5/3 ( 35 ) 2008
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
УДК 621.385.6
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
ДЛЯ КОНТРОЛЯ
ТОЛЩИНЫ
МАТЕРИАЛОВ
РЕЗОНАТОРНЫМ
МЕТОДОМ
Предложена конструкция измерительного преобразователя для
измерения резонаторным методом
пленок больших толщин
В.Д. Сахацкий
Доктор технических наук, профессор
Заведующий кафедрой Радиоэлектроники и компьютерных
систем
Украинская инженерно-педагогическая академия
ул.Университетская 16, г.Харьков, Украина
Постановка проблемы
Анализ литературы
Ра диоволнова я толщинометрия диэлектриков
играет важную роль во многих технологических процессах, позволяя проводить бесконтактным и контактным способами неразрушающий контроль полимерных, композитных и других материалов. Ее применяют
при производстве листового стекла, контроле толщины огнеупорной футеровки в металлургических и стекловаренных установках, толщины изделий, изготовление которых сопровождается намоткой на барабан,
толщины строительных конструкций и материалов,
диэлектрических теплозащитных, антикоррозионных,
дорожных и других покрытий слоистых диэлектрических материалов и т. п. СВЧ толщиномеры применяют при контроле движущихся изделий. Они малогабаритны, легко встраиваются на ограниченных по
размерам измерительных участках технологических
установок [1-6].
Одной из открытых задач измерения толщин СВЧ
методом является задача увеличения диапазона измеряемых толщин материалов и изделий.
В зависимости от вида информативного параметра,
существующие методы измерения толщины разделяют на амплитудный, фазовый, геометрический, интерференционный (амплитудно-фазовый), переменной
частоты (частотно-фазовый), поляризационный, импульсный, резонаторный, волноводный.
При выборе метода измерения толщины d следует
учитывать ее соотношение с длиной λ зондирующей
волны.
При измерении толщины покрытий полезны следующие рекомендации. При d » λ интерференционными явлениями в покрытиях можно пренебречь и для
измерения d использовать изменение фазы волны, а
при очень больших значениях d также и время распространения электромагнитного сигнала; в ряде случаев
возможно определение толщины путем пассивной (по
собственному тепловому излучению) локации объекта. При d « λ интерференционными явлениями пренебречь нельзя, коэффициент отражения и набег фазы
являются сложными функциями диэлектрической
проницаемости вещества и отношение d / λ, здесь возможно эффективное применение метода переменной
частоты и интерференционного метода. При d « λ целесообразно применение резонаторного метода и метода
квазиоптической поляриметрии.
Совершенствование методов измерения позволяет
в ряде случаев пересмотреть возможности каждого
из них.
Цель статьи
Целью статьи является разработка измерительного
преобразователя резонаторного типа, позволяющего
производить измерение толщин пленочных материалов в более широком диапазоне.
4
Системы управления
Например, импульсный метод позволяет в настоящее время измерять толщину достаточно тонких
диэлектрических слоев, соизмеримых с длиной волны,
соответствующей средней частоте спектра сигналов.
Высокие точность и чувствительность могут обеспечить резонаторные и волноводные толщиномеры,
когда контролируемый объект размещается в поле резонатора или направляющей системы. Возможны контактные и бесконтактные толщиномеры такого типа,
для контроля как движущихся материалов и изделий,
так и неподвижных.
В резонаторе возбуждаются два вырожденных
типа колебаний, например, Н011 и Е111, собственные
частоты которых по-разному зависят от наличия контролируемого материала, являясь функцией его параметров, в частности толщины. При введении в полость
резонатора листового материала вырождение снимается, и по отличию резонансных частот колебаний
этих типов можно судить о толщине листа. Поскольку
на разность ∆f резонансных частот в некоторой степени влияют колебания размера зазора расщепленных
половин полости, то для существенного уменьшения
этого влияния в полость вводятся диэлектрические
элементы, в частности диски.
Контролируемый материал может располагаться и
вне полости резонатора.
При измерениях один торец резонатора заменяется
контролируемым образцом, который помещают поочередно на этот торец стороной пленки и стороной подложки. По изменению резонансной частоты определяют толщину пленки.
Диапазон измерения толщины пленок составляет
1—10 мкм при среднеквадратичном отклонении результатов измерения ±0,1 мкм, что обеспечивает допустимый предел приведенной погрешности 3% при
доверительной вероятности 0,975 [3-6]. В реализации
наиболее простым является резонаторный метод, при
этом точность измерения не уступает выше перечисленным методам.
Основным узлом устройств работающих на резонансном методе является измерительный преобразователь.
Для контроля толщины могут быть применены измерительные преобразователи Е типа. Как и в случае
измерительных преобразователей Н-типа, толщина
пленки определяется по смещению резонансного положения поршня настройки резонатора при замене
одного из его торцов образцом поочередно стороной
пленки и подложки [4-6].
Важной особенностью таких измерительных преобразователей является существенная зависимость их
чувствительности от диэлектрической проницаемости
пленки при tg δ < 1 и ε′, близких к единице.
Благодаря этому влияние воздушных зазоров
оказывается значительно меньшим по сравнению с
измерительными преобразователями Н-типа. При
использовании в качестве выходной величины смещения резонансного положения поршня возможно
увеличение чувствительности измерительного преобразователя Е-типа введением четвертьволнового
диэлектрического трансформатора на расстоянии λ/4
от измерительного торца. Измерительный преобразователь Е-типа при одинаковой чувствительности и
линейности характеристики преобразования имеет
следующие преимущества перед измерительным преобразователем Н-типа: выходной сигнал значительно
меньше зависит от неплоскостности образца, от наличия микрочастиц на поверхности и воздушных
зазоров между образцом и измерительным преобразователем.
Влияния температуры и частотных флуктуаций
СВЧ – генератора сказывается на результате измерений в меньшей степени.
В литературе описаны устройства с измерительными преобразователями для определения толщины
диэлектрических пленок толщиной меньше 40мкм.
В данной работе разработано устройство для измерения толщин диэлектрических пленок до 2мм.
Основное содержание статьи
Для измерения пленок с большой толщиной необходимо разработать конструкцию измерительного
преобразователя Е – типа, для которой широкая щель
не оказывала бы существенного влияния на добротность резонатора. Такая конструкция показана на
рис.1.
1
2
3
4
5
6
7
Рис.1 Измерительный преобразователь
1-отрезки волноводной линии; 2- цилиндрический
резонатор с фланцем; 3- диэлектрический вкладыш;
4- измеряемая диэлектрическая пленка; 5- низкоомная
подложка; 6- щель для возбуждения требуемого типа
колебаний; 7- поршень.
Констру кци я предста вл яет собой ци лин дрический резонатор со встроенным диэлектрическим
вкладышем высотой λg / 4, где λg - длина волны в
диэлектрике.
Резонатор имеет круглый фланец, на который помещается измеряемая диэлектрическая пленка, прижимаемая низкоомной подложкой. В этом случае
между фланцем резонатора и низкоомной подложкой
образуется конденсатор, закорачивающий высокочастотные токи, препятствуя излучению в пространство
через щель.
Диаметр фланца определен экспериментальным
путем.
Для этого была собрана измерительная установка,
структурная схема которой показана на рис.2.
5
Восточно-Европейский журнал передовых технологий
4
5
0
6
1
7
1
1,5
2
0
-0,1
-0,2
-0,3
-0,4
-0,5
-0,6
-0,7
2,5
0
3
На установке в 10 ГГц диапазоне частот исследовалось влияние щели между фланцем и подложкой, которая соответствует толщине слоя измеряемой
пленки, а также диаметра фланца на коэффициент
передачи энергии электромагнитного излучения через
измерительный преобразователь. Метод измерений
заключался в следующем.
В начале фланец измерительного преобразователя
и подложку состыковывали так, чтоб зазора между
ними не было.
С помощью измерительного аттенюатора устанавливались определенные показания на индикаторном
устройстве.
На измерительном аттенюаторе проводился отсчет
показаний А1 (дБ).
Далее устанавливался требуемый зазор между
фланцем и подложкой.
С помощью измерительного аттенюатора устанавливались прежние показания на индикаторном
устройстве и проводился отсчет показаний на измерительном аттенюаторе А2 (дБ). Коэффициент затухания выраженный в дБ, определялся как разница
между показаниями А2 и А1.
К = А2 - А1
Затем устанавливались измерительные преобразователи с другими размерами фланца и проводились
аналогичные измерения.
По результатам эксперимента были составлены
графики зависимости коэффициента затухания К от
ширины зазора Дt при различном значении высоты фланца Д, представленные на рис.3. Под высотой фланца понимается разность между диаметрами
фланца и резонатора.
0
-0,2
-0,4
-0,6
-0,8
-1
-1,2
1 1,5 2 2,5 3
0
-0,2
�=0
-0,4
� = 30
-0,6
-0,8
-1
�t
6
0
1 1,5 2 2,5 3
�
�
0
�t
1,5
2
2,5
3
-0,1
� = 40
-0,2
� = 50
-0,3
-0,4
-0,5
?t
1- генератор СВЧ частот;
2- вентиль;
3- измерительный аттенюатор;
4- измерительный преобразователь;
5- согласующий трансформатор;
6- детекторная секция;
7- индикаторное устройство.
Рис.2 - Структурная схема измерительной установки
1
0
�
3
�
2
5/3 ( 35 ) 2008
�t
Рис.3 Зависимость коэффициента затухания от размера
щели между фланцем резонатора и подложкой для
различных высот фланцев
Размер фланца, при котором К практически не меняется, будет означать, что происходит замыкание СВЧ
токов через емкость образованную фланцем и подложкой, а значит излучением из щели между фланцем и
подложкой можно пренебречь.
В качестве подложки в эксперименте использовался медный диск того же диаметра, что и фланец. Из рисунка видно, что при щели равной 2мм высота фланца
равная 50мм практически устраняет излучение мощности через щель.
Выводы и перспективы дальнейших исследований
В производственных условиях расстояние до диэлектрического материала или покрытия заранее точно
не известно.
Кроме того, оно может изменяться вследствие вибрации прибора и технологической установки и перемещения контролируемого объекта.
Исходя из таких условий необходимо, чтоб зазор
между измерительным резонатором и измеряемым
объектом был больше измеряемой толщины. Приведенные результаты могут успешно использоваться при
проектировании СВЧ устройств измерения толщин
различных материалов. Дальнейшие исследования
предполагают непосредственную оценку добротности
резонатора при различных размерах щели и диаметра
фланца.
Литература
1. В.А. Викторов, Б.В. Лункин, А.С. Совлуков. Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин
- М.: Наука, 1978г.
2. Шарп Р. Методы неразрушающих испытаний. Физические основы, практическое применение перспективы
развития. - М.: Мир, 1972г.
3. В.В. Клюев Справочник. Приборы для неразрушающего
контроля материалов и изделий. - М.: Машиностроение,
1976г. Т.1.
4. Ю.Е.Гордиенко, В.В.Старостенко, С.С.Бордукова. Измерение толщины эпитаксиальных полупроводниковых
пленок на низкомных подложках. - М.: Электронная
техника. Серия 8, 1972. - 22-24 с.
Системы управления
5. Ю.Е.Гордиенко, Ю.А.Дудкин, В.В.Старостенко, В.Е.Шевченко. Прибор для измерения толщины полупроводниковых эпитаксиальных полупроводниковых пленок на низкомных подложках. - М.: ПТЭ, 1974г, №4, с. 196 .
6. Гордиенко Ю.Е., Гуд Ю.И, Дудкин Ю.А., ЖуковГ.В, НикитскийВ.П., СтаростенкоВ.В. Микроволновый измеритель толщины
пленок на низкоомных подложках. – М.: ПТЭ, 1981, №3. с. 22-26.
УДК 656.015
Розглянуто модель визначення
оптимальної довжини перегону на
маршрутах міського пасажирського транспорту, і наведено результати моделювання довжини перегону
з урахуванням зміни величини пасажиропотоку при різних значеннях
вартості пішого руху
ВИЗНАЧЕННЯ
ВПЛИВУ ВЕЛИЧИНИ
ПАСАЖИРОПОТОКУ
НА ОПТИМАЛЬНУ
ДОВЖИНУ
ПЕРЕГОНУ МІСЬКОГО
ПАСАЖИРСЬКОГО
ТРАНСПОРТУ
О.М. Єрмак
Аспірант
Кафедра транспортних систем і логістики
Харківська національна академія міського господарства
вул. Революції, 12, м. Харків, Україна, 61002.
Контактний тел.: (057)755-23-99
1.Вступ
2.Мета та постановка задачі
Основним параметром, що визначає величину пасажиропотоків у містах, є кореспонденції між транспортними районами міста, що є змінними по годинах
доби, дням тижня, порам року. Розмір транспортних
кореспонденцій дуже мінливий і практично не повторюється, тому що на нього впливають безліч факторів,
які важко перелічити й вгадати. Однак, існує визначена закономірність зміни величини транспортних кореспонденцій по годинах доби. І це дозволяє організовувати постійно діючі маршрути, що у різному ступені
оптимальності здійснюють перевезення пасажирів у
містах [1].
Тому для визначення впливу величини пасажиропотоку на довжину перегону, необхідно дослідити пасажиропотоки на маршрутах міського пасажирського
транспорту.
Основною метою є дослідження впливу величини пасажиропотоку на оптимальну довжину перегону.
Основними задачами є:
- визначення величини пасажиропотоку на маршрутах міського пасажирського транспорту;
- виявлення закономірностей впливу величини
пасажиропотоку на оптимальну довжину перегону, що
забезпечує мінімум сукупних суспільних витрат пасажирів, що користуються маршрутом.
3.Рішення задачі
Розрізняють два основних способи проведення обстежень потоків пасажирів - з використанням обліков-
7
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа