УСТРОЙСТВО ДВУХПАРАМЕТРОВОГО КВАЗИОПТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ СВЕРХТОНКИХ ПРОВОДНИКОВ

МПК G01R27/26; G01D5/56
УСТРОЙСТВО ДВУХПАРАМЕТРОВОГО КВАЗИОПТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ
СВЕРХТОНКИХ ПРОВОДНИКОВ
Полезная модель относится к средствам бесконтактного неразрушающего СВЧ контроля сверхтонких проводников и может быть использовано для измерения и контроля параметров литого остеклованного микропровода. Устройство может работать как в статике (неподвижный объект), так и в динамике, при протяжке проводника.
Известно устройство для контроля требуемого погонного сопротивления микропровода в стеклянной изоляции [1]. Устройство реализует емкостной способ контроля погонного сопротивления проводника и содержит два цилиндрических проходных электрода. С его помощью можно контролировать единственный параметр микропровода - сопротивление. Кроме того, погонное сопротивление является характеристикой отрезка проводника, а не материала, из которого он изготавливается. Устройство работает на достаточно низких частотах, где существенно влияние стеклянной изоляции микропровода на емкость измерительной ячейки.
Известен двухпараметровый контактный электромагнитный метод контроля немагнитных цилиндрических изделий [2]. С помощью данного метода можно определять два параметра проводника, его диаметр и удельную проводимость. Удельная проводимость является характеристикой материала металлического проводника. Однако для реализации данного метода для проводников, покрытых изоляцией, необходимо удаление изоляции. Кроме того, данный метод является контактным, что препятствует реализации измерений в динамике, например, при технологической протяжке изолированного проводника.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство для бесконтактного измерения диаметра провода [3]. Устройство реализует квазиоптический резонаторный метод контроля диаметра микропровода. Оно работает на сверхвысоких частотах, для которых влияние стеклянной изоляции на результат контроля несущественно. В качестве датчика используется открытый СВЧ резонатор, что позволяет реализовать бесконтактный неразрушающий контроль микропровода в процессе его высокоскоростной протяжки.
Недостатком является то, что известное устройство является однопараметровым, в то время как при изготовлении сверхтонкого проводника может быть переменным по длине не только его диаметр, но и удельное сопротивление материала, например, за счет изменения свойств металла при формировании жилы.
Технической задачей изобретения является создание устройства, динамической неразрушающей бесконтактной двухпараметровой диагностики сверхтонких проводников, имеющих слой диэлектрической изоляции.
Поставленная задача решена следующим образом. В дополнение к основному генератору, детектору и индикатору прототипа вводят дополнительный измерительный канал.
Для этого в устройство, содержащее последовательно соединенные и образующие измерительный канал СВЧ генератор, открытый резонатор с элементами связи, детектор сигнала и индикатор введен второй измерительный канал, образованный дополнительным СВЧ генератором с элементами связи и вторым детектором, а также блок обработки сигналов, принимающий сигналы обоих измерительных каналов, при этом рабочая частота основного СВЧ генератора выбрана такой, что глубина проникновения электромагнитного поля в проводник больше радиуса проводника и значение выходного сигнала первого измерительного канала зависит от диаметра и от удельного сопротивления проводника, а рабочая частота дополнительного СВЧ генератора выбрана такой, что глубина проникновения электромагнитного поля в проводник много меньше радиуса проводника и значение выходного сигнала второго измерительного канала зависит от диаметра проводника, но не зависит от его удельного сопротивления.
Устройство поясняется фиг.1, на котором оно изображено схематичносключенияе его отказоустойчивости .
Устройство включает в себя генераторы СВЧ сигнала 1 и 2, открытый СВЧ резонатор 3, образованный двумя отражателями, между которыми помещают проводник, детекторы 4 и 5, блок обработки сигналов 6 и индикатор 7. Исследуемый участок проводника обозначен цифрой 8.
Устройство работает следующим образом.
Генераторы с помощью линий передачи, заканчивающихся элементами связи на отражателях открытого резонатора, возбуждают в нем колебания основных типов с поляризацией электрического поля в одной плоскости, в которой располагается контролируемый участок проводника.
При этом сигналы с генераторов 1 и 2 возбуждают в открытом резонаторе 3 два основных типа колебаний. Частота f сигнала генератора 1 выбирается такой, чтобы глубина проникновения электромагнитного поля в проводник была много меньше радиуса проводника. Тогда, согласно модели открытого резонатора со сверхтонким проводником [4, 5], можно записать асимптотические выражения для сдвига  резонансной частоты и уширения  резонансной кривой колебаний, изменяющих значение выходного сигнала:
,\tab(1)
.\tab(2)
0
0
0
Здесь - c - скорость света, к - волновое число в свободном пространстве, f - частота сигнала, w, L - радиус «пятна» поля и длина резонатора соответственно, γ - постоянная Эйлера, r - радиус проводника. Таким образом, как видно из формулы, для данного типа колебаний с частотой f изменение спектральных характеристик определяется только диаметром вносимого проводника 2r. Блок обработки сигналов 6, получая сигнал с детектора 4, по величине сигнала вычисляет значение диаметра контролируемого участка сверхтонкого проводника и выводит его на индикатор 7.
Частота второго генератора (для простоты обозначенная также символом f) выбирается такой, чтобы глубина проникновения поля была больше радиуса проводника. При этом проводимость материала существенна. Для сдвига резонансной частоты и уширения резонансной кривой этих колебаний имеем выражения:
,\tab(3)
.\tab\tab(4)
0
0
0
Здесь σ - удельная проводимость материала сверхтонкого проводника, ε, μ - диэлектрическая и магнитная постоянные. В данном случае изменение частотных характеристик колебаний зависит от диаметра 2r проводника и ее удельной проводимости σ. Используя сигнал, полученный с детектора 4 и несущий данные о диаметре проводника, и сигнал, полученный с детектора 5 и несущий данные как диаметре проводника, так и об удельной проводимости материала, блок обработки 6 вычисляет значение удельной проводимости и выводит его на индикатор 7.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является возможность одновременного контроля двух параметров сверхтонкого проводника. Результат достигается за счет введения дополнительного канала измерений и выбора требуемых частот резонаторного датчика контролирующего устройства.
Литература:
1.
Патент РФ, МКИ G01R27/02, G01R27/04. Устройство для контроля заданного погонного сопротивления микропровода в стеклянной изоляции /Рзаев Т.Б., Гаджиева С.Х. - RU 2042594 C1; заявл. 03.10.1991; опубл. 27.08.1995.
2.
Себко В.П.; Себко В.В.; Багмет О.Л.; Минеева Е.Ю. Двухпараметровый контактный электромагнитный метод контроля немагнитных цилиндрических изделий //Сборник научных трудов "Вестник НТУ "ХПИ" Проблемы усовершенствования электрических машин и аппаратов". - 2008. - №25.
3.
А.С. 873155 СССР, МКИ G01R27/26, G01B7/12. Устройство для бесконтактного измерения диаметра провода /Дунаевский Г.Е., Завьялов А.С., Кравченко В.Г. - №2446713/18-09; заявл. 03.01.1977; опубл. 15.10.1981.
4. Дорофеев И.О., Дунаевский Г.Е. Частотная перестройка открытого резонатора тонким проводящим цилиндром//Изв. вузов. Радиофизика. - 1988. - Т.31. - С. 117.
5. Дорофеев И.О., Дунаевский Г.Е. Потери в открытом резонаторе со сверхтонким цилиндром//Изв. вузов. Физика. - 2011. -Т. 54. - №10. - С. 53-59.