薄层导电材料的测试装置、表面电阻的测试方法、损伤信息的测试方法制造方法及图纸

薄层导电材料的测试装置、表面电阻的测试方法、损伤信息的测试方法，涉及薄层导电材料的测试领域，为了解决现有接触式检测只能在导电材料表面进行接触测量，以及涡流损伤检测在nm级厚度材料的检测中不能适用的问题。恒流的射频电流发生器用于驱动LC振荡电路，薄层导电材料通过缠绕电感线圈的铁氧体耦合到LC振荡电路中；滤波电路用于对LC振荡电路输出的电压进行滤波，得到直流电压。如果直流电压发生变化，则薄层导电材料存在损伤，否则不存在损伤。采用已知表面电阻的标准薄层导电材料进行标定；计算表面电阻与直流电压的对应关系；结合耦合待测薄层导电材料时的直流电压得到待测薄层导电材料的表面电阻。本发明专利技术适用于测试薄层导电材料。

Testing device for thin conductive material, measuring method of surface resistance and testing method of damage information

The testing device of thin-layer conductive materials, the testing method of surface resistance and the testing method of damage information involve the testing field of thin-layer conductive materials. In order to solve the problem that the existing contact testing can only be used on the surface of conductive materials, and the eddy current damage testing can not be applied in the detection of nm-Grade thickness materials. Constant current RF current generator is used to drive LC oscillation circuit. Thin layer conductive material is coupled to LC oscillation circuit by ferrite winding inductance coil. Filtering circuit is used to filter the output voltage of LC oscillation circuit and get DC voltage. If the DC voltage changes, there will be damage to the thin conductive material, otherwise there will be no damage. The standard thin-layer conductive material with known surface resistance is used for calibration, the corresponding relationship between surface resistance and DC voltage is calculated, and the surface resistance of the thin-layer conductive material is obtained by coupling the DC voltage of the thin-layer conductive material to be measured. The invention is suitable for testing thin layer conductive materials.

【技术实现步骤摘要】
薄层导电材料的测试装置、表面电阻的测试方法、损伤信息的测试方法
本专利技术涉及薄层导电材料的测试领域。
技术介绍
高性能的薄层导电材料如ITO(氧化铟锡)等以其优良的光电性能、良好的吸波能力和力学性能在电磁屏蔽材料中得到了极为广泛的应用。由于ITO导电薄膜脆性较大，容易受到损伤并影响其性能，因此对它的损伤信息检测是十分有意义的。在实际应用中为了避免ITO等导电材料受到损伤，通常在其外层镀SiO2等绝缘材料进行保护，因而无法通过接触式测试方法判断屏蔽层的导电连续性。对于有绝缘隔绝的导电层损伤信息可采用涡流检测方法。涡流检测主要包括阻抗分析法，相位分析法及电导率和表面电阻测量法。阻抗分析法是根据麦克斯韦方程组建立起来的，通过测量涡流检测线圈的阻抗变化就可以得到材料是否存在损伤。随后在阻抗分析法的基础上提取阻抗信息中的幅值和相位信息，形成了二维阻抗平面图，然而这种阻抗平面图的形成需要在测量时来回移动检测线圈，这就不可避免地对会材料造成划痕，且图形反应的信息并不直观。之后在阻抗分析法的基础上提取阻抗的相位信息，形成相位分析法，在此基础上得到电导率测量方法，并且可以通过电导率的变化检测材料是否存在损伤。上述涡流无损检测方法利用了检测信号的幅值或相位信息判断被测材料是否存在损伤，然而这是一些非直观的物理量，同时这些方法都需要检测线圈在材料表面形成完整的涡流环，这就要求集肤深度小于材料的厚度。集肤深度是一个与检测频率有关的物理量，但其不能无限小，这就限定了上述检测方法只能适用于um及以上厚度的材料，在nm级厚度的材料的检测中并不适用。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有接触式检测只能在导电材料表面进行接触测量，以及涡流损伤检测利用一些非直观的物理量，在nm级厚度材料的检测中不能适用的问题，从而提供薄层导电材料的测试装置、表面电阻的测试方法、损伤信息的测试方法。本专利技术所述的薄层导电材料的测试装置，包括恒流的射频电流发生器1、LC振荡电路2、铁氧体3和滤波电路；LC振荡电路2包括电容和电感线圈；电容和电感线圈并联；恒流的射频电流发生器1用于驱动LC振荡电路2，薄层导电材料4感生磁场、感生出的磁场反作用于原生磁场；滤波电路用于对LC振荡电路2输出的电压进行滤波，滤除高频成分，得到直流电压，根据直流电压测试损伤信息和表面电阻。优选的是，缠绕电感线圈的铁氧体3通过放置于薄层导电材料4的上方使薄层导电材料4感生磁场及使感生出的磁场反作用于原生磁场。优选的是，铁氧体3为由两个空心圆柱嵌套在一起的柱体，该柱体的顶面开放，两个空心圆柱之间的圆环底面封闭，嵌套在外的空心圆柱的外壁对称设有两个轴向凹槽，两个轴向凹槽均由圆柱的顶面延伸到底面，柱体的顶面面向薄层导电材料4。优选的是，通过改变电感线圈的匝数改变LC振荡电路2的振荡频率，振荡频率和电感线圈的匝数成反比。本专利技术所述的薄层导电材料的损伤信息的测试方法，采用薄层导电材料的测试装置得到薄层导电材料对应的直流电压；如果直流电压发生变化，则薄层导电材料存在损伤，否则不存在损伤。本专利技术所述的薄层导电材料的表面电阻的测试方法，采用薄层导电材料的测试装置测得已知表面电阻的标准薄层导电材料对应的直流电压；计算表面电阻与直流电压的对应关系；采用薄层导电材料的测试装置测得待测薄层导电材料对应的直流电压；根据表面电阻与直流电压的对应关系，计算待测薄层导电材料的表面电阻。本专利技术用来检测薄层导电材料的表面电阻及其损伤信息。在测量时直接将电感线圈置于材料的表面即可得到表面电阻，当被测材料存在损伤时表面电阻将会发生变化。本专利技术能够在材料表面存在非导电保护层的情况下对表面电阻和损伤信息进行测量，并且可以消除测量结果对于厚度的依赖，相比于以前的测试技术更加准确、简便有效。附图说明图1是具体实施方式一所述的薄层导电材料的表面电阻及其损伤信息的测试装置的结构示意图；图2是具体实施方式一中的LC振荡电路的电路原理图；图3是具体实施方式二中的铁氧体的结构示意图；图4是图3的纵向剖视图。具体实施方式具体实施方式一：结合图1和图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的薄层导电材料的测试装置，包括恒流的射频电流发生器1、LC振荡电路2、铁氧体3和滤波电路；LC振荡电路2包括电容和电感线圈；电容和电感线圈并联；恒流的射频电流发生器1用于驱动LC振荡电路2，薄层导电材料4感生磁场、感生出的磁场反作用于原生磁场；滤波电路用于对LC振荡电路2输出的电压进行滤波，滤除高频成分，得到直流电压，根据直流电压测试损伤信息和表面电阻。本实施方式中，缠绕电感线圈的铁氧体3通过放置于薄层导电材料4的上方使薄层导电材料4感生磁场及使感生出的磁场反作用于原生磁场。将一个导电材料通过图1所示的方式耦合到LC振荡电路2中，会在材料的表面形成涡流，最终会转化成材料的焦耳热。在不考虑漏磁和集肤效应时，导电材料所吸收的功率如公式(1)所示：P＝(E2/8πn2)σt(1)其中E是射频电压，n是缠绕在铁氧体上线圈的圈数，σ是导体材料的电导率，t是导体材料的厚度。对于导电材料所吸收的功率还可以表示如下：P＝EI＝(E2/8πn2)σt(2)其中I是射频电流。由公式(2)两边消去E可得：I＝(E/8πn2)σt(3)在实际情况中当材料被耦合到振荡电路时存在漏磁现象，所以可以将式(3)写成如下形式：I＝K(E/n2)σt(4)其中K是一个考虑漏磁情况下的常值。导电材料的表面电阻Rs又称方块电阻，其定义为：所以将公式(5)带入(4)整理得：在本专利技术中采用恒流源驱动LC振荡电路，则电流I是一个常值，则可得：Rs∝E(7)由此可见，最终所求的导体材料的电导率和电感线圈两端的电压成正比，并且和导电材料的厚度无关，可以在不确定材料厚度的情况下直接测定其表面电阻。本实施方式的射频电流发生器1是一个恒流源，在无被测材料的情况下能够保持输出电流为常值。振荡电路主要是由一个电容和缠绕在铁氧体上面的电感线圈组成的，是用来检测被测导电材料的部分。由于从振荡电路输出的电压是交流的，需要对其进行滤波，滤除高频成分，得到直流电压。最后由输出电压和表面电阻间的线性关系便可以得到被测材料的表面电阻值。具体实施方式二：结合图3和图4具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的薄层导电材料的测试装置作进一步说明，本实施方式中，铁氧体3为由两个空心圆柱嵌套在一起的柱体，该柱体的顶面开放，两个空心圆柱之间的圆环底面封闭，嵌套在外的空心圆柱的外壁对称设有两个轴向凹槽，两个轴向凹槽均由圆柱的顶面延伸到底面，柱体的顶面面向薄层导电材料4。相对于现有技术中需要上百匝线圈的铁氧体结构，本实施方式所述的铁氧体结构所需缠绕的线圈匝数少，只需几匝线圈。振荡电路的频率与线圈匝数相关，通过改变线圈匝数就能方便改变振荡电路的频率。为了将被测导体材料和接入振荡电路的电感线圈更好的耦合，线圈需要缠绕在一个具有高Q值的铁氧体上面。线圈的电感的大小以及整个电路振荡频率和线圈缠绕的圈数有关。在缠绕两圈线圈时其电感约为1μh，电路的频率约为10MHz，线圈的电感与圈数平方即n2成正比，而电路振荡频率的大小和1/n成正比。然而对于该振荡电路，其灵敏度和线圈的圈数成反比。图2中Rp为LC振荡电路2的损耗电阻。具体实施方式三：本实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.薄层导电材料的测试装置，其特征在于，包括恒流的射频电流发生器(1)、LC振荡电路(2)、铁氧体(3)和滤波电路；LC振荡电路(2)包括电容和电感线圈；电容和电感线圈并联；恒流的射频电流发生器(1)用于驱动LC振荡电路(2)，薄层导电材料(4)感生磁场、感生出的磁场反作用于原生磁场；滤波电路用于对LC振荡电路(2)输出的电压进行滤波，滤除高频成分，得到直流电压，根据直流电压测试损伤信息和表面电阻。

【技术特征摘要】
1.薄层导电材料的测试装置，其特征在于，包括恒流的射频电流发生器(1)、LC振荡电路(2)、铁氧体(3)和滤波电路；LC振荡电路(2)包括电容和电感线圈；电容和电感线圈并联；恒流的射频电流发生器(1)用于驱动LC振荡电路(2)，薄层导电材料(4)感生磁场、感生出的磁场反作用于原生磁场；滤波电路用于对LC振荡电路(2)输出的电压进行滤波，滤除高频成分，得到直流电压，根据直流电压测试损伤信息和表面电阻。2.根据权利要求1所述的薄层导电材料的测试装置，其特征在于，所述缠绕电感线圈的铁氧体(3)通过放置于薄层导电材料(4)的上方使薄层导电材料(4)感生磁场及使感生出的磁场反作用于原生磁场。3.根据权利要求2所述的薄层导电材料的测试装置，其特征在于，所述铁氧体(3)为由两个空心圆柱嵌套在一起的柱体，该柱体的顶面开放，两个空心圆柱之间的圆环底面封闭，嵌套在外的...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱嘉琦，陈学儒，杨磊，夏菲，高岗，王鹏，代兵，韩杰才，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23