Емкостный датчик для контроля проводников печатных плат

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для съема диагностической информации с печатной платы. Емкостный датчик содержит возбуждающий 1 и сигнальный 2 электроды и усилитель 3 с отрицательной обратной связью, размещенные в электропроводном экранирующем корпусе 4, причем оба электрода электрически изолированы от корпуса и расположены в плоскости одной из сторон корпуса, а сигнальный электрод 2 присоединен к высокоомному неинвертирующему входу усилителя 3. В датчик введена цепь компенсации, состоящая из последовательно соединенных регулируемой емкости 5 и резистора 6 одним концом присоединенная к электроду 1 возбуждения, другим - к инвертирующему входу усилителя 3. Корпус датчика разделен на три экранированных друг от друга полости - полость 7 возбуждающего электрода, полость 8 сигнального электрода и полость 9 цепи компенсации. 1 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для съема диагностической информации с печатной платы.

Емкостной датчик для съема диагностической информации является одним из основных узлов в устройствах диагностики и контроля плат печатного монтажа. Он выдает информацию о правильности и надежности печатного монтажа.

Известен емкостной датчик для съема диагностической информации с печатной платы, содержащий активную и экранирующую части, выполненные в виде последовательно размещенных диэлектрических и проводящих слоев, причем диэлектрический слой активной части выполнен из материала с высокой диэлектрической проницаемостью, а диэлектрический слой экранирующей части, размещенный между проводящим слоем активной части и экраном, выполнен из материала с низкой диэлектрической проницаемостью.

Недостатками известного датчика являются высокая трудоемкость диагностики за счет подключения многих сигналов к проводникам печатной платы и необходимости ЭВМ для обработки выходного сигнала датчика и низкая чувствительность.

Известен емкостной датчик для съема диагностической информации с печатной платы, выбранный в качестве прототипа, содержащий активную и экранирующую части, выполненные в виде последовательно размещенных диэлектрических и проводящих слоев, причем диэлектрический слой активной части выполнен из материала с высокой диэлектрической проницаемостью и с возможностью сопряжения с контролируемой платой, а диэлектрический слой экранирующей части, размещенный между проводящим слоем активной части и экраном, выполнен из материала с низкой диэлектрической проницаемостью. Активная часть датчика выполнена в форме клина, одна грань которого размещена в плоскости контролируемой печатной платы с перекрытием контролируемых проводников. Поверхность диэлектрического слоя активной части датчика, обращенная в сторону контролируемой печатной платы, выполнена самоклеящейся.

Недостатками емкостного датчика для съема диагностической информации с печатной платы является высокая трудоемкость диагностики за счет необходимости использования ЭВМ для обработки получаемого сигнала и гальванического подключения многих сигналов к проводникам печатной платы и низкая чувствительность.

Низкая чувствительность датчика обусловлена несколькими причинами: во-первых, отношение большого и малого основания трапеции клиновидного электрода датчика нельзя делать слишком большим, так как при этом уменьшается разрешающая способность датчика по длине проводников, а при небольших значениях вышеуказанного отношения разница емкостей электрода с соседними проводниками становится меньше разброса этих емкостей от непостоянства зазора между электродом и проводниками платы; во-вторых, большое количество емкостей вызывает погрешность от непостоянства отношения диэлектрической проницаемости составной среды к расстоянию между активной частью датчика и проводником; в-третьих, при суммировании выходных импульсов сказываются паразитные факторы, что приводит к искажению и уменьшению сигнала и к потере информации.

Целью изобретения является повышение чувствительности и снижение трудоемкости контроля проводников печатных плат.

Это достигается тем, что в емкостной датчик для съема диагностической информации с печатной платы, содержащий возбуждающий и сигнальный электроды и усилитель с отрицательной обратной связью, размещенные в электропроводном экранирующим корпусе, причем оба электрода электрически изолированы от корпуса и расположены в плоскости одной из сторон корпуса, а сигнальный электрод присоединен к высокоомному неинвертирующему входу усилителя, дополнительно введена цепь компенсации, состоящая из последовательно соединенных регулируемой емкости и резистора, одним концом присоединенная к электроду возбуждения, другим - к инвертирующему входу усилителя. Корпус датчика разделен на три экранированных друг от друга полости: полость электрода возбуждения, в которой расположены электрод возбуждения и его вывод, полость сигнального электрода, в которой расположены сигнальный электрод и предварительный усилитель, неинвертирующий вход которого через высокоомный резистор соединен с корпусом датчика, а выход усилителя является сигнальным выходом датчика, и полость цепи компенсации, соединенная с первыми двумя полостями через переходные изоляторы, в которой расположены емкость и резистор цепи коррекции.

На чертеже показан предлагаемый датчик и контролируемая плата, помещенная в поле датчика.

Датчик содержит возбуждающий 1 и сигнальный 2 электроды и усилитель 3 с отрицательной обратной связью, размещенные в электропроводном экранирующем корпусе 4, причем оба электрода электрически изолированы от корпуса 4 и расположены в рабочей плоскости датчика, а сигнальный электрод 2 присоединен к высокоомному неинвертирующему входу усилителя 3. В состав датчика введены цепь компенсации, состоящая из последовательно соединенных регулируемой емкости 5 и резистора 6 и присоединенная одним концом к возбуждающему электроду 1, а другим - к инвертирующему входу усилителя 3. Корпус 4 разделен на три экранированных друг от друга полости - полость 7 электрода возбуждения, в которой расположен возбуждающий электрод 1, полость 8 сигнального электрода, в которой расположены сигнальный электрод 2 и предварительный усилитель 3, неинвертирующий вход которого через высокоомный резистор 9 соединен с корпусом 4 датчика, а выход усилителя 3 является сигнальным выходом 10 датчика, и полость цепи 11 компенсации, соединенная с первыми двумя полостями через проходные изоляторы 12. Экранирующий корпус 4 заземлен. При введении контролируемой печатной платы 13 в поле датчика, на проводнике 14 данной платы наводится ЭДС от возбуждающего электрода 1, подключенного к внешнему источнику 15 напряжения. Значение напряжения проводника 14 определяется выражением U_п=E ,, где Е - напряжение внешнего источника 15; С_в - емкость между возбуждающим электродом 1 и контролируемым проводником 14; С_о - емкость между проводником 14 и земляной шиной.

Проводник 14, в свою очередь, наводит ЭДС на сигнальном электроде 2 датчика, соединенном с неинвертирующим входом усилителя 3. Напряжение на этом входе определяется выражением U_вх=U ,, где С_с - емкость между сигнальным электродом и контролируемым проводником 14; С_вх - входная емкость усилителя 3.

Величина зазора между рабочей поверхностью датчика и контролируемой платой 13 задается с помощью внешнего механического устройства и выбирается в пределах (0,1...0,5) шага проводников контролируемой печатной платы.

Для компенсации паразитной емкости между возбуждающим 1 и сигнальным 2 электродами введена цепь компенсации, состоящая из последовательно соединенных регулируемой емкости 5 и резистора 6. Подстройка цепи компенсации при помощи конденсатора 5 производится при начальной регулировке датчика без помещения печатной платы или какого-либо другого предмета в поле датчика и заканчивается наличием на выходе усилителя 3 напряжения, равного нулю.

Для контроля проводника необходимо его поместить в зону действия как минимум двух датчиков, причем у одного датчика используются оба электрода, а у другого - только сигнальный. Если выходные сигналы датчиков одинаковы, то проводник в промежутке между сигнальными электродами датчиков исправен, а если различны, то в данном промежутке имеет место дефект.

Введение цепи компенсации, состоящей из последовательно соединенных регулируемой емкости и резистора, позволяет повысить чувствительность емкостного датчика при получении информации с контролируемой печатной платы. При использовании датчика нет необходимости использования ЭВМ для обработки получаемой диагностической информации и гальванического подключения сигналов к проводникам контролируемой печатной платы. С помощью двух и более датчиков можно просто и однозначно определить отказ проводника печатного монтажа. Размеры электродов датчика практически не ограничивают его разрешающую способность по длине проводника.

Формула изобретения

ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОВОДНИКОВ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ, содержащий сигнальный и возбуждающий электроды и усилитель с отрицательной обратной связью, размещенные в электропроводном экранирующем корпусе, причем оба электрода электрически изолированы от корпуса и расположены в плоскости одной из сторон корпуса, а сигнальный электрод присоединен к высокоомному входу усилителя, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и снижения трудоемкости диагностики печатных плат, в него дополнительно введена цепь компенсации, состоящая из последовательно соединенных регулируемой емкости и резистора, одним выводом присоединенная к электроду возбуждения, вторым - к инвертирующему входу усилителя, а корпус разделен на три экранированных одна от другой полости - полость электрода возбуждения, в которой расположены электрод возбуждения и его вывод, полость сигнального электрода, в которой расположены сигнальный электрод, предварительный усилитель, неинвертирующий вход которого через высокоомный резистор соединен с корпусом датчика, а выход усилителя является сигнальным выходом датчика, и полость цепи компенсации, соединенная с первыми двумя полостями через проходные изоляторы, в которой расположены емкость и резистор цепи компенсации.

РИСУНКИ

Рисунок 1