Способ контроля параметров диэлектрика на металлическом основании

 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может использоваться для одновременного контроля в ходе технологического процесса двух параметров диэлектрических пленок на металлическом основании. Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых величин. Способ контроля толщины и диэлектрической проницаемости диэлектрика включает одновременное облучение исследуемого диэлектрика на металлическом основании излучением в СВЧ и ВЧ диапазонах, причем частоту ВЧ излучения выбирают из условия, что толщина схемы-слоя меньше толщины металлического основания, измерение изменений величин продетектированных сигналов на ВЧ и СВЧ в отсутствии диэлектрика на металлическом основании и в его присутствии и определение толщины и диэлектрической проницаемости по измеренным величинам по расчетным соотношениям. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, например, для одновременного контроля в ходе технологического процесса двух параметров толщины и диэлектрической проницаемости, диэлектрических пленок, наносимых на металлическое основание.

Цель изобретения - обеспечение одновременного контроля толщины и величины диэлектрической проницаемости в широком диапазоне измеряемых значений.

На чертеже приведена конструкция устройства, реализующего способ контроля параметров диэлектрика на металлическом основании.

Устройство содержит корпус 1 измерительного датчика, диод 2 Ганна; детекторный СВЧ-диод 3, катушку 4 индуктивности ВЧ-генератора, настроечный поршень 5, фторопластовую заглушку 6.

Способ осуществляется следующим образом.

Измерительный датчик представляет собой волноводный СВЧ-генератор, собранный по схеме автодинного детектора. Поверх волновода вблизи переднего фланца расположена катушка индуктивности ВЧ-генератора, при этом ВЧ-генератор становится нечувствительный к толщине металлического основания.

Толщину и диэлектрическую проницаемость определяют из соотношений d= b_кΔU^к₁ /1/ ε = ab_к·ΔUUⁱ₂ /2/ где d - толщина исследуемого диэлектрика, ε - диэлектрическая проницаемость исследуемого диэлектрика, n - степень используемого полинома, a_ij - коэффициенты полиномов, описывающих калибровочную совокупность значения диэлектрической проницаемости, как функции продетектирования сигнала и толщины, b_к - коэффициенты полинома, описывающего калибровочную зависимость величины продетектированного сигнала от толщины, ΔU₁ - изменение величины продетектированного сигнала на ВЧ, ΔU₂ - изменение величины продетектированного сигнала на СВЧ.

Перед началом измерения производится калибровка измерительного датчика, заключающаяся в определении коэффициентов a_ij и b_к.

Для определения коэффициентов b_к берется комплект из не менее n-образцов, /n - показатель степени используемого полинома, т. е. чтобы найти b_к/ где к= 1 ÷ n/, необходимо решить систему уравнения, в которой количество уравнений должно быть не менее количества неизвестных/. В данном случае n выбирается равной 5, количество образцов равно 7. Образцы должны быть с известной заранее толщиной и равные по толщине.

Измерительный датчик устанавливается на металлическое основание, фиксируется величина продетектированного сигнала на ВЧ, затем на металлическое основание кладется первый калиброванный образец, на образец устанавливается измерительный датчик, вновь фиксируется величина продетектированного сигнала на ВЧ, вычисляется Δ U₁, записывается уравнение d₁= b_кΔU^к₁
Также проводятся измерения по всем остальным образцам и заполняется система уравнений
d_q= b_кΔU^к_1q, q= 1, . . . 7 /3/
Методом наименьших квадратов вычисляются коэффициенты b_к.

Для определения коэффициентов a_ij сначала определяют коэффициенты C_{i μ} системы
εζμ= C_iμΔUⁱ₂ζμ /4/
где n= 5; ζ = 7; μ = 7.

Для определения необходимо семь комплектов по семь образцов в каждом.

В каждом отдельном комплекте толщина образцов постоянная, а диэлектрическая проницаемость разная. В каждом комплекте одинаковый набор по ε , т. е.

ε₁₁ = ε₁₂ = ε₁₃ = ε₁₄ = ε₁₅ = ε₁₆ = ε₁₇ ε₂₁ = ε₂₂ = ε₂₃ = ε₂₄ = ε₂₅ = ε₂₆ = ε₂₇ и т. д.

/ ζ - порядковый номер образца в комплекте, μ - порядковый номер комплекта/.

Между собой комплекты различаются по толщине образцов. Системы /4/ заполняются так же, как и системы /3/, после чего методом наименьших квадратов вычисляются коэффициенты C_iμ . После этого из коэффициентов C_iμ и известных d_iμ /при μ= const d_iμ равны между собой, т. е. d_iμ - толщины образцов в комплектах/ заполняется система
C_iμ= a_ijd^j_iμ /5/
Коэффициенты a_ij также находятся методом наименьших квадратов.

После определения b_к и a_ij калибровка измерительного датчика закончена и можно начинать измерение исследуемых образцов. Для этого определяют режимы работы по постоянному току на СВЧ и ВЧ присутствие и в отсутствие исследуемого образца, определяют изменения ΔU₁ и Δ U₂и по соотношениям 1 и 2 находят толщину и диэлектрическую проницаемость исследуемого образца.

В качестве примера по калибровочным образцам с ε = 1-14 и d= 0,001-10 мм были определены b_к и a_ij.

Используя коэффициенты b_к и a_ij для образца с толщиной 1 мм и диэлектрической проницаемостью 9, получены результаты: d= 0,99 мм, ε = 9,02.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет проводить измерения в более широком диапазоне непосредственно в технологическом процессе. (56) Конев В. А. , Михнев В. А. Двухпараметровый контроль листовых материалов диэлектрическими волновыми датчиками. "Дефектоскопия", 1989 , N 1, с. 51-56.

Авторское свидетельство СССР N 1831121, кл. G 01 N 22/00, 1988.

Формула изобретения

СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ДИЭЛЕКТРИКА НА МЕТАЛЛИЧЕСКОМ ОСНОВАНИИ, включающий облучение исследуемого образца излучением СВЧ и ВЧ и измерение величин продетектированных сигналов, отраженных от образца, отличающийся тем, что, с целью обеспечения одновременного контроля толщины и величины диэлектрической проницаемости в широком диапазоне измеряемых значений, облучение в СВЧ- и ВЧ-диапазонах осуществляют одновременно, причем частоту ВЧ-излучения выбирают из условия обеспечения величины скин-слоя, меньшей толщины металлического основания, дополнительно измеряют величины продетектированных сигналов в отсутствии диэлектрика и в его присутствии определяют толщину и диэлектрическую проницаемость по соотношениям
d= b_кΔU^к₁;
ε = ab_к·ΔUUⁱ₂,
где n - степень используемого полинома;
a_ij - коэффициенты полиномов, описывающих калибровочную совокупность значений диэлектрической проницаемости, как функции продетектированного сигнала и толщины;
b_к - коэффициент полинома, описывающего калибровочную зависимость величины продетектированного сигнала от толщины;
ΔU₁ , ΔU₂ - изменения величин продетектированных сигналов соответственно в ВЧ- и СВЧ-диапазонах.

РИСУНКИ

Рисунок 1