RU2019852C1 - Capacitive pickup for checking wires of printed circuits - Google Patents

Abstract

FIELD: test equipment. SUBSTANCE: capacitive pickup has exciting and signal electrodes 1 and 2 correspondingly and negative feedback amplifier 3. All the units are disposed inside electrconducting shielding case 4. Both electrodes are isolated electrically from the case and disposed in the plane of one side of the case. Signal electrode 2 is connected to high-ohmic non-inverting input of amplifier 3. Compensation circuit is introduced into the pickup, which is formed by controlled capacitance 5 and resistor 6 connected in series. One end of compensation circuit is connected to exciting electrode 1, and the other end is connected to inverting input of amplifier 3. Case of the pickup is separated to three spaces, which are shielded one from another - exciting electrode space 7, signal electrode space 8 and compensation circuit space 9. EFFECT: improved reliability of operation. 1 dwg

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для съема диагностической информации с печатной платы. The invention relates to instrumentation and can be used to remove diagnostic information from a printed circuit board.

Емкостной датчик для съема диагностической информации является одним из основных узлов в устройствах диагностики и контроля плат печатного монтажа. Он выдает информацию о правильности и надежности печатного монтажа. A capacitive sensor for acquiring diagnostic information is one of the main units in the diagnostics and control devices of printed circuit boards. It provides information on the correctness and reliability of printed wiring.

Известен емкостной датчик для съема диагностической информации с печатной платы, содержащий активную и экранирующую части, выполненные в виде последовательно размещенных диэлектрических и проводящих слоев, причем диэлектрический слой активной части выполнен из материала с высокой диэлектрической проницаемостью, а диэлектрический слой экранирующей части, размещенный между проводящим слоем активной части и экраном, выполнен из материала с низкой диэлектрической проницаемостью. Known capacitive sensor for removing diagnostic information from a printed circuit board, containing the active and shielding parts made in the form of sequentially placed dielectric and conductive layers, the dielectric layer of the active part being made of a material with high dielectric constant, and the dielectric layer of the shielding part located between the conductive layer the active part and the screen is made of a material with low dielectric constant.

Недостатками известного датчика являются высокая трудоемкость диагностики за счет подключения многих сигналов к проводникам печатной платы и необходимости ЭВМ для обработки выходного сигнала датчика и низкая чувствительность. The disadvantages of the known sensor are the high complexity of diagnostics due to the connection of many signals to the conductors of the printed circuit board and the need for a computer to process the output signal of the sensor and low sensitivity.

Известен емкостной датчик для съема диагностической информации с печатной платы, выбранный в качестве прототипа, содержащий активную и экранирующую части, выполненные в виде последовательно размещенных диэлектрических и проводящих слоев, причем диэлектрический слой активной части выполнен из материала с высокой диэлектрической проницаемостью и с возможностью сопряжения с контролируемой платой, а диэлектрический слой экранирующей части, размещенный между проводящим слоем активной части и экраном, выполнен из материала с низкой диэлектрической проницаемостью. Активная часть датчика выполнена в форме клина, одна грань которого размещена в плоскости контролируемой печатной платы с перекрытием контролируемых проводников. Поверхность диэлектрического слоя активной части датчика, обращенная в сторону контролируемой печатной платы, выполнена самоклеящейся. Known capacitive sensor for removing diagnostic information from a printed circuit board, selected as a prototype, containing active and shielding parts made in the form of sequentially placed dielectric and conductive layers, the dielectric layer of the active part being made of a material with high dielectric constant and with the possibility of interfacing with a controlled the board, and the dielectric layer of the shielding part, located between the conductive layer of the active part and the screen, is made of material with low dielectric electric permeability. The active part of the sensor is made in the form of a wedge, one face of which is placed in the plane of the controlled circuit board with the overlapping of the controlled conductors. The surface of the dielectric layer of the active part of the sensor, facing the controlled printed circuit board, is made self-adhesive.

Недостатками емкостного датчика для съема диагностической информации с печатной платы является высокая трудоемкость диагностики за счет необходимости использования ЭВМ для обработки получаемого сигнала и гальванического подключения многих сигналов к проводникам печатной платы и низкая чувствительность. The disadvantages of the capacitive sensor for removing diagnostic information from the printed circuit board is the high complexity of the diagnosis due to the need to use a computer to process the received signal and galvanic connection of many signals to the conductors of the printed circuit board and low sensitivity.

Низкая чувствительность датчика обусловлена несколькими причинами: во-первых, отношение большого и малого основания трапеции клиновидного электрода датчика нельзя делать слишком большим, так как при этом уменьшается разрешающая способность датчика по длине проводников, а при небольших значениях вышеуказанного отношения разница емкостей электрода с соседними проводниками становится меньше разброса этих емкостей от непостоянства зазора между электродом и проводниками платы; во-вторых, большое количество емкостей вызывает погрешность от непостоянства отношения диэлектрической проницаемости составной среды к расстоянию между активной частью датчика и проводником; в-третьих, при суммировании выходных импульсов сказываются паразитные факторы, что приводит к искажению и уменьшению сигнала и к потере информации. The low sensitivity of the sensor is due to several reasons: firstly, the ratio of the large and small bases of the trapezoid of the wedge-shaped electrode of the sensor cannot be made too large, since this decreases the resolution of the sensor along the length of the conductors, and for small values of the above ratio, the difference in capacitance of the electrode with neighboring conductors becomes less dispersion of these capacities from the inconsistency of the gap between the electrode and the board conductors; secondly, a large number of capacities causes an error from the inconstancy of the ratio of the dielectric constant of the composite medium to the distance between the active part of the sensor and the conductor; thirdly, when summing the output pulses parasitic factors affect, which leads to distortion and reduction of the signal and loss of information.

Целью изобретения является повышение чувствительности и снижение трудоемкости контроля проводников печатных плат. The aim of the invention is to increase the sensitivity and reduce the complexity of the control conductors of printed circuit boards.

Это достигается тем, что в емкостной датчик для съема диагностической информации с печатной платы, содержащий возбуждающий и сигнальный электроды и усилитель с отрицательной обратной связью, размещенные в электропроводном экранирующим корпусе, причем оба электрода электрически изолированы от корпуса и расположены в плоскости одной из сторон корпуса, а сигнальный электрод присоединен к высокоомному неинвертирующему входу усилителя, дополнительно введена цепь компенсации, состоящая из последовательно соединенных регулируемой емкости и резистора, одним концом присоединенная к электроду возбуждения, другим - к инвертирующему входу усилителя. Корпус датчика разделен на три экранированных друг от друга полости: полость электрода возбуждения, в которой расположены электрод возбуждения и его вывод, полость сигнального электрода, в которой расположены сигнальный электрод и предварительный усилитель, неинвертирующий вход которого через высокоомный резистор соединен с корпусом датчика, а выход усилителя является сигнальным выходом датчика, и полость цепи компенсации, соединенная с первыми двумя полостями через переходные изоляторы, в которой расположены емкость и резистор цепи коррекции. This is achieved by the fact that in the capacitive sensor for removing diagnostic information from the printed circuit board, containing the exciting and signal electrodes and the amplifier with negative feedback, placed in an electrically conductive shielding housing, both electrodes are electrically isolated from the housing and are located in the plane of one of the sides of the housing, and the signal electrode is connected to the high-resistance non-inverting input of the amplifier, an additional compensation circuit is introduced, consisting of a series-connected adjustable capacitance and a resistor, one end connected to the excitation electrode, the other to the inverting input of the amplifier. The sensor case is divided into three shielded cavities: the cavity of the excitation electrode, in which the excitation electrode and its output are located, the cavity of the signal electrode, in which the signal electrode and the preamplifier are located, the non-inverting input of which is connected to the sensor case through a high-resistance resistor, and the output the amplifier is the signal output of the sensor, and the cavity of the compensation circuit connected to the first two cavities through the transition insulators, in which the capacitance and the circuit resistor are located correction.

На чертеже показан предлагаемый датчик и контролируемая плата, помещенная в поле датчика. The drawing shows the proposed sensor and the control board placed in the sensor field.

Датчик содержит возбуждающий 1 и сигнальный 2 электроды и усилитель 3 с отрицательной обратной связью, размещенные в электропроводном экранирующем корпусе 4, причем оба электрода электрически изолированы от корпуса 4 и расположены в рабочей плоскости датчика, а сигнальный электрод 2 присоединен к высокоомному неинвертирующему входу усилителя 3. В состав датчика введены цепь компенсации, состоящая из последовательно соединенных регулируемой емкости 5 и резистора 6 и присоединенная одним концом к возбуждающему электроду 1, а другим - к инвертирующему входу усилителя 3. Корпус 4 разделен на три экранированных друг от друга полости - полость 7 электрода возбуждения, в которой расположен возбуждающий электрод 1, полость 8 сигнального электрода, в которой расположены сигнальный электрод 2 и предварительный усилитель 3, неинвертирующий вход которого через высокоомный резистор 9 соединен с корпусом 4 датчика, а выход усилителя 3 является сигнальным выходом 10 датчика, и полость цепи 11 компенсации, соединенная с первыми двумя полостями через проходные изоляторы 12. Экранирующий корпус 4 заземлен. При введении контролируемой печатной платы 13 в поле датчика, на проводнике 14 данной платы наводится ЭДС от возбуждающего электрода 1, подключенного к внешнему источнику 15 напряжения. Значение напряжения проводника 14 определяется выражением
U_п=E

,, где Е - напряжение внешнего источника 15;
С_в - емкость между возбуждающим электродом 1 и контролируемым проводником 14;
С_о - емкость между проводником 14 и земляной шиной.The sensor contains exciting 1 and signal 2 electrodes and a negative feedback amplifier 3 located in the electrically conductive shielding case 4, both electrodes being electrically isolated from the case 4 and located in the working plane of the sensor, and the signal electrode 2 is connected to the high-resistance non-inverting input of the amplifier 3. The composition of the sensor introduced a compensation circuit, consisting of series-connected adjustable capacitance 5 and resistor 6 and connected at one end to the exciting electrode 1, and the other to the inverter amplifier input 3. The housing 4 is divided into three shielded cavities from each other - cavity 7 of the excitation electrode, in which the excitation electrode 1 is located, cavity 8 of the signal electrode, in which the signal electrode 2 and the pre-amplifier 3 are located, the non-inverting input of which is through a high-resistance resistor 9 is connected to the sensor housing 4, and the output of the amplifier 3 is the signal output of the sensor 10, and the cavity of the compensation circuit 11 connected to the first two cavities through the bushing 12. The screen housing 4 grounded. When a controlled printed circuit board 13 is inserted into the sensor field, an EMF is induced on the conductor 14 of this board from the exciting electrode 1 connected to an external voltage source 15. The voltage value of the conductor 14 is determined by the expression
U _p = E

,, where E is the voltage of the external source 15;
With _{in the} capacity between the exciting electrode 1 and the controlled conductor 14;
With _{about the} capacity between the conductor 14 and the earth bus.

Проводник 14, в свою очередь, наводит ЭДС на сигнальном электроде 2 датчика, соединенном с неинвертирующим входом усилителя 3. Напряжение на этом входе определяется выражением
U_вх=U

,, где С_с - емкость между сигнальным электродом и контролируемым проводником 14;
С_вх - входная емкость усилителя 3.The conductor 14, in turn, induces an EMF on the signal electrode 2 of the sensor connected to the non-inverting input of the amplifier 3. The voltage at this input is determined by the expression
U _in = U

,, where C _with is the capacitance between the signal electrode and the controlled conductor 14;
C _in - input capacitance of amplifier 3.

Величина зазора между рабочей поверхностью датчика и контролируемой платой 13 задается с помощью внешнего механического устройства и выбирается в пределах (0,1...0,5) шага проводников контролируемой печатной платы. The gap between the working surface of the sensor and the controlled board 13 is set using an external mechanical device and is selected within (0.1 ... 0.5) the pitch of the conductors of the controlled printed circuit board.

Для компенсации паразитной емкости между возбуждающим 1 и сигнальным 2 электродами введена цепь компенсации, состоящая из последовательно соединенных регулируемой емкости 5 и резистора 6. Подстройка цепи компенсации при помощи конденсатора 5 производится при начальной регулировке датчика без помещения печатной платы или какого-либо другого предмета в поле датчика и заканчивается наличием на выходе усилителя 3 напряжения, равного нулю. To compensate for stray capacitance, a compensation circuit is introduced between the exciting 1 and signal 2 electrodes. It consists of a series-connected adjustable capacitance 5 and resistor 6. The compensation circuit is tuned with a capacitor 5 when the sensor is initially adjusted without placing a printed circuit board or any other object in the field sensor and ends with the presence of the output of the amplifier 3 voltage equal to zero.

Для контроля проводника необходимо его поместить в зону действия как минимум двух датчиков, причем у одного датчика используются оба электрода, а у другого - только сигнальный. Если выходные сигналы датчиков одинаковы, то проводник в промежутке между сигнальными электродами датчиков исправен, а если различны, то в данном промежутке имеет место дефект. To control the conductor, it is necessary to place it in the coverage area of at least two sensors, with one electrode using both electrodes, and the other with only a signal. If the output signals of the sensors are the same, then the conductor in the gap between the signal electrodes of the sensors is working, and if they are different, then a defect occurs in this gap.

Введение цепи компенсации, состоящей из последовательно соединенных регулируемой емкости и резистора, позволяет повысить чувствительность емкостного датчика при получении информации с контролируемой печатной платы. При использовании датчика нет необходимости использования ЭВМ для обработки получаемой диагностической информации и гальванического подключения сигналов к проводникам контролируемой печатной платы. С помощью двух и более датчиков можно просто и однозначно определить отказ проводника печатного монтажа. Размеры электродов датчика практически не ограничивают его разрешающую способность по длине проводника. The introduction of a compensation circuit consisting of a series-connected adjustable capacitance and a resistor makes it possible to increase the sensitivity of a capacitive sensor when receiving information from a controlled printed circuit board. When using the sensor, there is no need to use a computer to process the received diagnostic information and galvanically connect the signals to the conductors of the controlled printed circuit board. Using two or more sensors, you can simply and unequivocally determine the failure of a printed circuit conductor. The dimensions of the sensor electrodes practically do not limit its resolution along the length of the conductor.

Claims (1)

ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОВОДНИКОВ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ, содержащий сигнальный и возбуждающий электроды и усилитель с отрицательной обратной связью, размещенные в электропроводном экранирующем корпусе, причем оба электрода электрически изолированы от корпуса и расположены в плоскости одной из сторон корпуса, а сигнальный электрод присоединен к высокоомному входу усилителя, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и снижения трудоемкости диагностики печатных плат, в него дополнительно введена цепь компенсации, состоящая из последовательно соединенных регулируемой емкости и резистора, одним выводом присоединенная к электроду возбуждения, вторым - к инвертирующему входу усилителя, а корпус разделен на три экранированных одна от другой полости - полость электрода возбуждения, в которой расположены электрод возбуждения и его вывод, полость сигнального электрода, в которой расположены сигнальный электрод, предварительный усилитель, неинвертирующий вход которого через высокоомный резистор соединен с корпусом датчика, а выход усилителя является сигнальным выходом датчика, и полость цепи компенсации, соединенная с первыми двумя полостями через проходные изоляторы, в которой расположены емкость и резистор цепи компенсации. CAPACITIVE SENSOR FOR CONTROL OF CIRCUIT CONNECTORS, containing signal and excitation electrodes and an amplifier with negative feedback placed in an electrically conductive shielding case, both electrodes being electrically isolated from the case and located in the plane of one of the sides of the case, and the signal electrode is connected to the high-impedance input of the amplifier characterized in that, in order to increase the sensitivity and reduce the complexity of diagnostics of printed circuit boards, a compensation circuit is additionally introduced into it, the one from the series-connected adjustable capacitance and the resistor, connected to the excitation electrode with one output, and the second to the inverting input of the amplifier, and the housing is divided into three shielded cavities from one another - the excitation electrode cavity, in which the excitation electrode and its output, the signal electrode cavity are located in which the signal electrode is located, a pre-amplifier, the non-inverting input of which is connected to the sensor housing through a high-resistance resistor, and the output of the amplifier is a signal nym sensor output, and a cavity compensation circuit coupled to the first two cavities through the bushings in which are arranged a resistor and capacitance compensation circuit.