[发明专利]用于测量涂层的厚度的设备

说明书

本发明涉及一种用于确定导电基板上的介电层的厚度的测量设备。该设备包括用于电磁场的谐振腔，该谐振腔具有旋转对称壁、端板和敞开端，并且适于被定位成使敞开端在介电层上。该设备还包括：天线，该天线适于在谐振腔中激发电磁场；反射测量单元，该反射测量单元用于确定电磁场的至少一种特性；以及评估电路，该评估电路用于根据电磁场的至少一种特性确定介电层的厚度。旋转对称壁的直径在谐振腔的纵向方向上变化。

技术领域

本发明涉及用于借助于谐振腔中的高频电磁场来确定导电基板上的介电层如油漆涂层或涂漆涂层的厚度的测量设备。

背景技术

在许多工业应用中，例如在飞行器或者机动车辆建造中，有必要准确地确定被施加至导电基部材料或者基板的介电层的厚度，该介电层例如意在减少腐蚀或者空气阻力或者用于装饰目的。除此之外，特别是在航空领域中，存在涉及要求精确获知层厚度的防雷特性的安全相关方面，特别是获知在碳纤维增强塑料上的层厚度，在其处应用不同的测量工艺几乎是不可行的。厚度测量应当以非破坏性的方式进行。可能的基部材料是金属、碳纤维增强塑料或者具有防雷件(延展性铜箔(ECF)或者网格)的碳纤维增强塑料。

出于该目的借助于在一侧上敞开的在微波范围内的柱形腔谐振器的厚度确定从现有技术例如EP 2620741A12是已知的，其中，评估特定自然振荡的几何图形相关的谐振频率，以便确定和导电基板一起创建的腔的长度以及因此确定层厚度。通常，柱形谐振器的关于由层厚度引起的腔谐振器长度变化的频率变化为大约0.5MHz/μm。有用的频率范围在实践中还受到例如法律准则的限制。实际上，这引起在准许的频率带宽内的小于500μm的最大测量范围。尽管频率变化与长度变化之比可能受到腔长度或者腔直径在特定限度内的变化的影响，但是在实践中必须遵守许多边界条件，这使得该关系难以变化，特别是对抗自然振荡。

基板(基部材料)可能不是各向同性的，例如在如被使用在飞行器制造中的碳纤维增强塑料(具有或者不具有防雷保护)的情况下；导电率因此可以是方向相关的。柱形腔谐振器部分地表示不同的谐振场形态(所谓的“模式”)，这些谐振场形态位于相同的谐振频率周围(被描述为“简并”)并且因此是同时可激发的并且借助于频率是不可区分的。这也特别地适用于相关模式的测量。这些简并模式在一些情况下是非旋转对称的，这在各向异性基板的情况下，如果测量单元旋转(围绕柱体的轴线)即测量单元不是“非可旋转的”，则引起测量结果变化。

由本发明解决的问题在于提供了用于确定介电层厚度的测量设备，该设备改进了测量准确度或者增加了测量范围并且同时是非可旋转的。

发明内容

根据本发明，通过用于确定在导电基板上的介电层厚度的测量设备解决了上述问题，该设备包括：用于电磁场的谐振腔，该谐振腔具有旋转对称壁以及与敞开端相反的端板，其中，该谐振腔适于定位成敞开端在基板上的介电层上，使得基板创建谐振腔的壁；天线，该天线适于在谐振腔中激发电磁场；反射测量单元，该反射测量单元连接至天线并且被配置成确定谐振腔中的电磁场的至少一种特性；以及评估电路，该评估电路连接至反射测量单元并且被配置成根据电磁场的所确定至少一种特性来确定介电层的厚度；其中，旋转对称壁的直径在谐振腔的纵向方向上从敞开端到端板进行变化。

根据测量设备另外的方面，天线可以布置在谐振腔内。

根据另外的方面，天线可以具有适于激发场形态的形状，该场形态对应于TE0np模式，优选为TE01p模式，更优选为TE011模式，其中，n和p是自然数。

根据另外的方面，天线与反射测量单元的连接件可以包括抑制或者支持特定频率的传播的滤波器。

根据另外的方面，滤波器可以包括具有共轴设计的和利用微带技术进行配置的匹配网络。

根据另外的方面，滤波器可以包括具有内导体的匹配网络，该内导体包括具有不同直径的部分。

根据另外的方面，天线可以嵌入陶瓷基板中。