Амплитудно – фазовый метод измерения толщины диэлектрических покрытий на электропроводящих основаниях

В ряде случаев при проведении измерений толщины покрытий представляет интерес использование в качестве информативных параметров амплитуды и фазы напряжения ∆Ů, позволяющих при определенных условиях измерять толщину многослойных покрытий или снижать влияние мешающих факторов.

Амплитудно-фазовый метод объединяет в себе достоинства обоих выше описанных методов. Главным отличием амплитудно-фазового метода от амплитудного и фазового заключается в том, что все параметры сигнала рассматриваются как информативные.

На рис. 2.16 изображены годографы изменения вектора напряжения ∆Ů при изменении толщины слоев двухслойного покрытия.

Рис. 2.16. Годографы изменения вектора разностного напряжения ∆Ů при изменении толщины слоев двухслойного покрытия на ферромагнитном электропроводящем основании.

При изменении толщины нижнего слоя – электропроводящего покрытия, конец вектора ∆Ů преимущественно поворачивается по или против часовой стрелки, при этом изменяется его фаза, амплитуда уменьшается незначительно. Вектор напряжения ∆Ů описывает дугу годографа №1, на рис. 2.16. При увеличении толщины верхнего слоя – диэлектрического покрытия (зазора), преимущественно уменьшается длина вектора ∆Ů, а его фаза практически не изменяется. Вектор напряжения ∆Ů описывает дугу годографа № 2, на рис. 2.16. При комбинации изменения толщины как нижнего слоя – электропроводящего покрытия, так и верхнего – диэлектрического покрытия, соответствующие линии годографа смещаются либо приближаясь к точке 0, при увеличении толщины диэлектрического покрытия, либо поворачиваясь вокруг точки 0, при изменении толщины нижнего слоя – электропроводящего покрытия.

Следует учитывать, что линии годографов изменения толщины наружного слоя диэлектрического покрытия – не прямые линии. Это означает, что не существует однозначной зависимости фазы вектора ∆Ů от толщины нижнего слоя и для однозначного его определения необходимо учитывать оба нелинейных параметра, и амплитуду, и фазу. Пример такой «двумерной» градуировочной характеристики представлен на рис. 2.17. Поскольку измерение амплитуды и фазы, с точки зрения схемотехники, являются разноплановыми задачами, могут возникать ошибки результатов измерений. Для уменьшения ошибок производится переход от полярной системы координат (амплитуда и фаза) к декартовой прямоугольной (реальная и мнимая часть сигнала).

Рис. 2.17. Пример градуировочной характеристики вихретокового амплитудно-фазового метода измерения толщины двухслойного покрытия (Основание – ферромагнитная сталь, нижний слой – цинк, верхний слой – лакокрасочное покрытие)

Аналогично может производится измерение толщины двухслойных покрытий и на неферромагнитном основании. На рис. 2.18 изображены годографы изменения вектора напряжения ∆Ů при изменении толщины слоев двухслойного покрытия. Первый слой – серебро гальваническое, нанесенное на основание из алюминиевого сплава с подслоем меди, второй слой – прозрачный лак. Такая комбинация используется для изготовления рекламной и имиджевой продукции («серебряные» визитки, визитницы и пр. аксессуары). Поскольку электропроводности меди и серебра очень близки, измеряется их суммарная толщина.

Рис. 2.18. Годографы изменения вектора напряжения ∆Ů при изменении толщины слоев двухслойного покрытия на неферромагнитном электропроводящем основании

При использовании амплитудно-фазового метода возможны и другие комбинации оснований и измеряемых покрытий.

На основаниии вышесказанного можно выделить три возможных метода вихретокового вида контроля с использованием многообмоточных первичных измерительных преобразователей, применимых для построения толщиномеров защитных покрытий:

- амплитудный метод, основанный на амплитуды разностного напряжения преобразователя (применим для измерения толщины защитных диэлектрических покрытий на неферро- и ферромагнитных основаниях);

- фазовый метод, основанный на изменении фазы разностного напряжения преобразователя (применим для измерения толщины электропроводящих ферро- и неферромагнитных покрытий на электропроаводящих ферро- и неферромагнитных основаниях, в различном сочетании, с возможностью отстройки от влияния некоторых мешающих факторов, измерения толщины листовых электропроводящих неферромагнитных материалов);

- амплитудно – фазовый метод, основанный на изменении амплитуды и фазы разностного напряжения преобразователя (применим, например, для одновременного послойного раздельного (независимого) измерения толщины диэлектрического покрытия, нанесенного на электропроводящее неферромагнитное покрытие, в свою очередь нанесенное на электропроводящее ферромагнитное основание, листовых электропроводящих неферромагнитых материалов, электропроводящих ферро- и неферромагнитных покрытий на диэлектрических основаниях)

Недостатками выше перечисленных методов являются необходимость изготовления с высокой точностью нескольких обмоток, а также сложность функциональных преобразований для определения первичных информативных параметров. В связи с этим представляет интерес использование абсолютных параметрических однообмоточных измерительных преобразователей для решения ряда задач измерения толщины покрытий.