МІКРОЕЛЕКТРОННІ АВТОГЕНЕРАТОРНІ ПРИЛАДИ ДЛЯ ВИМІРЮВАННЯ ТОВЩИНИ МАТЕРІАЛІВ

Abstract

Запропоновано і досліджено основні характеристики приладів вимірювання товщини матеріалів з частотним вихідним сигналом, конструкція яких будується на основі транзисторних структур з від’ємним диференційним опором. В якості первинних перетворювачів вимірювання товщини виступають конденсатори з прямокутними та круглими обкладинками, які є пасивними елементами автогенераторів, що спрощує конструкцію приладів вимірювання товщини. Розроблено математичні моделі приладів на основі принципу перетворення енергії постійного електричного поля в енергію змінного електричного поля, що дозволило розрахувати функції перетворення і чутливості приладів без використання складного методу отримання рівнянь Кірхгофа з еквівалентних схем перетворювачів та їх розрахунку чисельними методами на сучасних комп’ютерах. Показано, що основний внесок у зміну функцій перетворення і чутливості вносить зміна товщини вимірювального матеріалу, що викликає зміну еквівалентної ємності і від’ємного диференційного опору в коливальній системі автогенераторів, що, у свою чергу, змінює вихідну частоту приладів. Чутливість приладів вимірювання товщини змінюється від 0,4 кГц/мкм до 1,775 кГц/мкм в діапазоні товщин від 0 до 500 мкм. Розраховані аналітичні вирази функцій перетворення і чутливості наочно демонструють вплив кожного елемента первинних перетворювачів і елементів автогенераторів на вихідну частоту приладів. Прилади для вимірювання товщини з частотним виходом не потребують аналого-цифрових перетворювачів і підсилювальних пристроїв при подальшій обробці інформаційних сигналів, що здешевлює інформаційно-вимірювальну апаратуру. При роботі приладів у надвисоких частотах можлива передача інформації на відстань.