Устройство измерения потенциала поверхности диэлектрических покрытий

Изобретение относится к методам исследования электрофизических свойств диэлектрических покрытий и может быть использовано, в частности, для изучения электронно-индуцированных процессов зарядки, накопления и кинетики зарядов в диэлектриках. Устройство содержит неподвижный измерительный электрод со средством регистрации индуцированного переменного тока, исследуемый образец покрытия, расположенный на вращающемся цилиндре, выполненным из материала с высокой электропроводностью, в углублении в радиальном направлении и размещенный над ним измерительный электрод, при этом поперечные размеры измерительного электрода и ширина углубления для образца выполнены равными, расстояние электрод-образец составляет 0,1-0,2 мм, а скорость вращения держателя образца не менее 200 об/мин. Согласно изобретению для расширения функциональных возможностей устройства и повышения точности измерения потенциала поверхности диэлектрических покрытий, над держателем образца на равном расстоянии от оси вращения с измерительным электродом расположен источник электронов, а измерительный тракт регистрации индуцированного переменного тока предварительно проградуирован с помощью дисковых элементов питания. 2 ил.

 

Изобретение относится к методам исследования электрофизических свойств диэлектрических покрытий и может быть использовано, в частности, для изучения электронно-индуцированных процессов зарядки, накопления и кинетики зарядов в диэлектриках.

Учет данных эффектов важен при разработке электронно-зондовых технологий, таких как электронная микроскопия, рентгеновский микроанализ, оже-спектроскопия, электронно-лучевая литография. Зарядка поверхности диэлектрических объектов приводит к потере контраста изображения, изменению эффективной энергии падающих электронов, невозможности проведения количественного анализа.

В то же время в других приложениях, например в запоминающих потенциалоскопах, накопителях энергии на электретах, дозиметрах, эти явления находят полезное практическое применение.

Известны методики измерения поверхностного заряда диэлектриков, основанные на контроле энергетических спектров вторичных электронов, эмитируемых с их поверхности под действием электронной бомбардировки (Ю.П. Топоров, В.И. Анисимова, В.А. Клюев, патент SU №885928; Э.И. Рау, Е.Н. Евстафьева, М.В. Андрианов. Физика твердого тела, 2008, т. 50, вып. 4, с. 602-605).

Реализация данных методик предполагает использование сложного оборудования и недоступна для массового практического использования.

Известно устройство измерения потенциала поверхности диэлектрических образцов, включающее в себя неподвижный измерительный электрод со средством регистрации индуцированного переменного тока и контролируемый образец, перемещающийся относительно электрода (Губкин А.Н. Электреты. Электретный эффект в твердых диэлектриках. М.: Наука, 1978, с. 90-97).

Применение известного устройства для решения поставленной задачи затруднительно из-за сложности совмещения процедур измерения потенциала с необходимостью облучения поверхности исследуемых диэлектриков ускоренными электронами.

Известные модификации данной методики (Алейников Н.М., Алейников А.Н., Агошкин В.В. Способ измерения плотности заряда плоских диэлектриков, патент РФ №2260811; Алейников Н.М. Способ определения плотности заряда в диэлектриках, патент РФ №1471152) по тем же причинам не решают указанную проблему.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому объекту по совокупности признаков является устройство измерения потенциала поверхности диэлектрических покрытий (SU №1780124 A1, О.Н. Крютченко, А.Ф. Маннанов, А.И. Улитенко, Э.И. Соколовский, опубл. 07.12.92 г., бюл. №45 - прототип).

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в нем, во-первых, не предусмотрена возможность облучения поверхности образцов диэлектриков в вакууме ускоренными электронами и, во-вторых, значение потенциала находится аналитически по формуле с неизбежной погрешностью.

Задачей данного изобретения является расширение функциональных возможностей известного устройства и повышение точности измерения потенциала поверхности диэлектрических покрытий.

Данный технический результат достигается при осуществлении изобретения тем, что в известном устройстве измерения потенциала поверхности диэлектрических покрытий, включающем в себя неподвижный измерительный электрод со средством регистрации индуцированного переменного тока, исследуемый образец, расположенный на вращающемся цилиндре, выполненным из материала с высокой электропроводностью, в углублении в радиальном направлении и размещенный над ним измерительный электрод, при этом поперечные размеры измерительного электрода и ширина углубления для образца выполнены равными, расстояние электрод-образец составляет 0,1-0,2 мм, а скорость вращения цилиндра не менее 200 об/мин, над держателем образца на равном расстоянии от оси вращения с измерительным электродом расположен источник электронов, а измерительный тракт регистрации индуцированного переменного тока предварительно проградуирован с помощью дисковых элементов питания.

Вышеизложенный технический результат достигается за счет использования источника ускоренных электронов и процедуры предварительной градуировки измерительного тракта регистрации индуцированного переменного тока - получение зависимости амплитудного значения наведенного тока в цепи измерительного электрода от потенциала поверхности контролируемых образцов.

Положительный эффект от использования данного изобретения обусловлен тем, что с помощью разработанного устройства может быть проведено экспрессное измерение с повышенной точностью потенциала поверхности диэлектрических покрытий, образованного контролируемой электронной бомбардировкой, при одновременной регистрации проходящего через них сквозного тока.

Таким образом, сопоставительный анализ предложенного технического решения и уровня техники позволил установить, что заявленное изобретение соответствует требованию «новизна» и «изобретательский уровень» по действующему законодательству.

Один из вариантов конструкции предлагаемого устройства измерения потенциала поверхности диэлектрических покрытий представлен на фиг. 1. Оно включает в себя цилиндрический держатель образца 1, на котором расположен исследуемый образец 2. Держатель образца выполнен из меди, соединен со шкивом электромотора 3 и может вращаться вокруг оси. Над держателем образца расположены измерительный электрод 4, в электрической цепи которого предусмотрена возможность контроля индуцированного переменного тока, и источник электронов 5.

На фиг. 2 представлена зависимость амплитудного значение индуцированного в цепи измерительного электрода тока от потенциала эталонных образцов (наборов дисковых элементов питания с различными номиналами).

Устройство работает следующим образом.

Измерительную часть устройства с исследуемым диэлектрическим покрытием (фиг. 1) помещают в вакуумную камеру, которую откачивают до давления остаточных газов, равного 10-5 мм рт.ст. Включают электронную пушку и приводят в движение с помощью электромотора цилиндрический держатель образца.

Поверхность диэлектрического покрытия при периодическом прохождении зоны облучения электронами приобретает определенный потенциал. При перемещении покрытия относительно измерительного электрода в электрической цепи последнего возникает импульсный наведенный ток, амплитуда которого однозначно определяется величиной поверхностного потенциала исследуемого покрытия.

Зная амплитуду наведенного тока, по имеющейся градуировочной зависимости (фиг. 2) определяют искомое значение потенциала поверхности покрытия.

Испытание разработанного устройства производилось на промышленной установке УВН-2М-1. В качестве образцов диэлектрических покрытий использовалась фольга из сплава алюминия АМГ-6 толщиной 500 мкм, шириной 1 см, прошедшая предварительный отжиг в кислороде при температуре 400°С. При этом на ее поверхности формировался слой оксида алюминия толщиной 50 нм.

Вакуумная камера установки откачивалась до давления остаточных газов 10-5 мм рт.ст. Источник электронов с прямонакальным вольфрамовым катодом позволял осуществлять облучение поверхности образцов покрытий электронами, ускоренными до энергий 10-1000 В при токе 0,1-0,5 мА.

Скорость вращения держателя образцов устанавливалась равной 600 об/мин. При этом амплитуда полезного сигнала составляла 10-100 мкА. Величина потенциала поверхности исследуемых образцов в зависимости от условий электронной бомбардировки изменялась в диапазоне 2-25 В.

Использование предлагаемого технического решения позволит получить экономический эффект за счет выбора оптимальной технологии изготовления диэлектрических покрытий и условий их эксплуатации.

Устройство измерения потенциала поверхности диэлектрических покрытий, включающее неподвижный измерительный электрод со средством регистрации индуцированного переменного тока, исследуемый образец покрытия, расположенный на вращающемся цилиндре, выполненным из материала с высокой электропроводностью, в углублении в радиальном направлении и размещенный над ним измерительный электрод, при этом поперечные размеры измерительного электрода и ширина углубления для образца выполнены равными, расстояние электрод-образец составляет 0,1-0,2 мм, а скорость вращения держателя образца не менее 200 об/мин, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства и повышения точности измерения потенциала поверхности диэлектрических покрытий, над держателем образца на равном расстоянии от оси вращения с измерительным электродом расположен источник электронов, а измерительный тракт регистрации индуцированного переменного тока предварительно проградуирован с помощью дисковых элементов питания.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерений электростатических параметров и может быть использовано для исследования электростатических свойств различных материалов (поверхностной плотности зарядов, потенциала поверхности, время утечки зарядов) при их контактировании и последующим разделении в зависимости от различных внешних факторов: температуры, влажности, давления.

Устройство для обнаружения аэрозолей содержит летательный аппарат, имеющий диэлектрический элемент, такой как окно (10), размещенный в его корпусе (12), так что поверхность диэлектрического элемента образует часть наружной поверхности летательного аппарата.

Изобретение относится к электрическим измерениям и может быть использовано в качестве рабочего эталона при калибровке и поверке рабочих средств измерений переменного электрического поля.

Изобретение относится к измерительным устройствам на основе волоконно-оптических фазовых поляриметрических датчиков. Оптимизация структуры датчика, обуславливающая возникновение разноименной модуляции показателя преломления при подаче на двухканальный модулятор разности фаз напряжения одной полярности, приводит к возможности использования для модуляции фазы любой частоты управляющего сигнала и к отсутствию необходимости создания линии задержки.

Компенсационный электростатический флюксметр предназначен для измерения вертикальной составляющей электрического поля. Устройство содержит экранирующую и измерительную пластины, изоляторы, корпус-основание, двигатель, усилитель тока, маркированный маховик, источник подсветки, фотодиод, мост, пороговый блок, полосовой фильтр, блок приема-передачи данных и блок стабилизации скорости вращения двигателя, сетку, дополнительные изоляторы, синхронный детектор, интегратор, регулируемый источник напряжения и аналого-цифровой преобразователь.

Изобретение относится к подводным измерительным системам. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве средства неразрушающего контроля энергетического состояния поверхности деталей и изделий, выполненных из электропроводящих материалов или полупроводников.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к определению электрофизических свойств диэлектрических материалов, и может быть использовано для определения постоянной времени релаксации объемного заряда диэлектрических жидкостей.

Изобретение относится к области электрических измерений, в частности к способам измерения электрических полей. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении напряженности электростатического поля. .

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники, а именно к средствам измерения напряженности электростатических полей, в том числе и в условиях космического пространства. Датчик электростатического поля содержит вибрационный модулятор, состоящий из катушки индуктивности, постоянных магнитов, гибкой подвижной балки в виде изогнутой профилированной полосы с эллиптическим экранирующим отверстием, корпуса и основания. Гибкая подвижная балка изготовлена из ферромагнитного материала и расположена на оси симметрии катушки индуктивности. Постоянные магниты расположены симметрично относительно оси катушки индуктивности, ортогонально плоскости балки так, что поле постоянного магнита ортогонально магнитному полю катушки индуктивности. Технический результат заключается в уменьшении массогабаритных параметров измерительных устройств, увеличении точности измерения, помехоустойчивости (соотношение сигнал/шум) и разрешающей способности. Кроме того, повышается технологичность изделия за счет изготовления групповым методом отдельных элементов конструкции. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ измерения напряженности электрического поля относится к измерительной технике и может использоваться для исследования электрических полей земной атмосферы и космического пространства. Способ измерения напряженности электрического поля, основанный на том, что в датчике напряженности электрического поля, содержащем управляемый диэлектрик (с изменяемой под действием электрического поля диэлектрической проницаемостью), регистрация напряженности электрического поля производится посредством измерения сдвига фазы сигнала в полосковой линии передачи, на основе которой выполнен датчик. С целью уменьшения размеров датчика он может быть выполнен на основе резонансного отрезка линии передачи, т.е. полоскового резонатора. Для расширения динамического диапазона возможна реализация датчика на основе системы взаимодействующих полосковых резонаторов, которая, по сути, представляет собой полосно-пропускающий фильтр, у которого под действием внешнего электрического поля перестраивается центральная частота и смещается фазочастотная характеристика. Благодаря этому на частотах полосы пропускания происходит сдвиг фазы сигнала, по величине которого определяется напряженность электрического поля. Техническим результатом, реализуемым при использовании заявляемого способа, является повышение чувствительности и уменьшение размеров. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения напряженности электростатического поля при геофизических исследованиях атмосферы и космического пространства. Техническим результатом является повышение надежности работы измерителя и стабилизация точности измерений при воздействии дестабилизирующих факторов и при разбросе резонансной механической частоты вибрирующего электрода в процессе серийного производства. Измеритель напряженности электрического поля вибрационного типа содержит чувствительный электрод, подключенный через измерительный усилитель к измерительному входу фазового детектора, вибрационный электромагнитный возбудитель резонансного типа, включающий в себя катушку возбуждения, вибрирующий электрод из ферромагнитного материала, закрепленный на упругой подвеске, и установленный с возможностью изменения электростатической связи чувствительного электрода с измеряемым полем, генератор, состоящий из усилителя, выпрямителя и регулируемого сопротивления, подключенного к инвертирующему входу усилителя. Дополнительно введены датчик скорости колебательного движения, дополнительный усилитель, фильтр нижних частот, источник тока, источник опорного напряжения и компаратор. Частота среза фильтра нижних частот установлена равной (1,1-1,8) Fм, где Fм - частота механического резонанса вибрирующего электрода. Датчик скорости колебательного движения вибрирующего электрода выполнен в виде дополнительной катушки индуктивности, установленной соосно с катушкой возбуждения на общем каркасе в разных секциях, которые разделены короткозамкнутым металлическим немагнитным экраном, и постоянного магнита, установленного в зоне колебаний вибрирующего электрода у дополнительной катушки индуктивности. 1 з.п. ф-лы. 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения напряженности электрического поля различных заряженных материалов и изделий. Технический результат заключаются в увеличении широкополосности измерителя и увеличении чувствительности измерителя при измерении постоянных и медленно меняющихся электрических полей. Измеритель напряженности электрического поля вибрационного типа содержит чувствительный и экранирующий электроды, усилитель, синхронный детектор, фильтр нижних частот, генератор, электромеханический привод, механически связанный с экранирующим электродом, и индикатор, выход генератора подключен к электромеханическому приводу и управляющему входу синхронного детектора. Дополнительно введены второй чувствительный электрод и второй усилитель, причем чувствительные электроды установлены в одной плоскости с зазором симметрично относительно экранирующего электрода. Вибрирующая часть экранирующего электрода в одном крайнем положении электростатически связана с локальным участком первого чувствительного электрода, а в другом крайнем положении электростатически связана с локальным участком второго чувствительного электрода. Площади локальных участков чувствительных электродов, прилегающие к зазору, установлены равными между собой и имеют значения больше нуля, но меньше полных площадей чувствительных электродов, обращенных в сторону исследуемого поля. 2 ил.
Наверх