УСТРОЙСТВО УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИНТРОСКОПИИ Российский патент 2009 года по МПК G01N29/22 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве устройства визуализации внутренних неоднородностей в плоской пластине при ее ультразвуковом зондировании с ее сканированием по ортогональным координатам относительно фокуса ультразвуковых волн.

Одним из перспективных направлений визуализации ультразвуковых изображений является ультразвуковая топография, в основе которой лежит интерференционный метод записи, воспроизведения и преобразования звуковых полей. Методы акустической голографии используются в звуковидении - получении изображения объектов с помощью акустических волн, для получения амплитудно-фазовой структуры отраженных и рассеянных полей, измерения характеристик направленности акустических антенн, пространственно-временной обработки акустических сигналов, образующихся от преобразования соответствующих электрических сигналов (см., например, Свет В.Д. Методы акустической топографии, Л., 1976; Ахмед М., Ван К., Мидерелл А. Голография и ее применение в акустоскопии, пер. с англ., «ТИИЭР», 1979, т.67, с.25; Зуйкова Н.В., Свет В.Д. Об одном оптическом методе восстановления акустической голограммы точечного источника, расположенного в неоднородном волноводе, «Акустический журнал», 1981, т.27, с.513; Грегуш П., Звуковидение, пер. с англ., М., 1982). Самостоятельным разделом, основанным на использовании в том числе и акустической топографии, является томография, используемая в медицинской диагностике. Реконструктивная томография дает пространственное распределение параметров распространения звука - коэффициент затухания (аттенюационная модификация метода) или скорости звука (рефракционная модификация). В этом методе исследуемое сечение объекта прозвучивается многократно в различных направлениях, и информация о координатах прозвучивания и об ответных сигналах обрабатывается на ЭВМ, в результате чего на дисплее отображается реконструированная томограмма (см., например, Матаушек И. Ультразвуковая техника, пер. с нем., М., 1962).

Широко используется в технике ультразвук - в дефектоскопии, звуколокации, для контроля технологических процессов, очистки поверхностей металлов от окислов, при пайке алюминия и точечной сварке микроконтактов при изготовлении больших интегральных схем, в биологии и медицине (см., например, Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике, пер. с нем., 2 изд., М., 1957; Михайлов И.Т., Соловьев В.А., Сырников Ю.П. Основы молекулярной акустики, М., 1964; Физическая акустика, пер. с англ., под ред. У.Мэзона, Р.Терстона, т.1-7, М., 1966-74; Зарембо Л.К., Красильников В.А. Введение в нелинейную акустику, М., 1966; Ультразвуковая технология, под ред. Б.А.Аграната, М., 1974; Викторов И.А. Звуковые поверхностные волны в твердых телах, М., 1981).

Акустическая микроскопия - есть совокупность методов визуализации микроструктуры и формы малых объектов с помощью ультразвуковых и гиперзвуковых волн. Она включает в себя также методы измерения локальных характеристик упругих и вязких свойств объекта и их распределений по его поверхности или внутри объема. Акустическая микроскопия основана на том, что УЗ-волны, прошедшие, отраженные или рассеянные отдельными участками объекта, имеют различные характеристики (амплитуду, фазу и др.) в зависимости от локальных вязкоупругих свойств образца. Эти различия позволяют методами визуализации звуковых полей получать акустические изображения, восстанавливаемые компьютером на экране дисплея. В зависимости от способа преобразования акустических полей в видимое изображение различают сканирующую лазерную и сканирующую растровую акустическую микроскопию.

Сканирующая лазерная акустическая микроскопия представляет собой разновидность акустической топографии, предназначенную для визуализации малых объектов. При облучении плоской УЗ-волной объекта, помещенного в жидкость, фронт волны после прохождения образца искажается из-за неоднородных фазовых задержек, а амплитуда изменяется в соответствии с неоднородностью коэффициента отражения и поглощения в объекте. Прошедшая волна падает на свободную поверхность жидкости и создает на ней поверхностный рельеф, соответствующий акустическому изображению объекта. Этот рельеф считывается световым лучом лазера и затем воспроизводится на экране дисплея после соответствующих преобразований амплитудно-фазового распределения сосчитанного световым пучком акустического рельефа. УЗ-микроскоп такого типа содержит излучающий УЗ-волну пьезоэлектрический преобразователь, через звукопровод связанный с наблюдаемым объектом, помещенным в иммерсионную жидкость. После прохождения объекта УЗ-волна создает на поверхности этой жидкости рельеф. На поверхность жидкости нанесена тонкая полупрозрачная пленка, которая деформируется вместе с жидкостью, повторяя ее рельеф. Луч лазера с помощью сканирующего устройства перемещается по поверхности пленки, частично отражаясь от нее. Отраженные углы от различных точек поверхности пленки отвечают созданному на ней рельефу, и с помощью фокусирующей оптики световой пучок воздействует на фотоприемник, предварительно проходя через оптический нож, преобразующий угловую модуляцию луча света в амплитудную. Видимое акустическое изображение объекта возникает на экране дисплея, развертка которого синхронизирована с движением лазерного луча по поверхности пленки. Другое аналогичное устройство визуализации строят на использовании прошедшего через объект лазерного луча, что позволяет сравнивать изображения, полученные при отражении и прохождении света через объект, получая при этом дополнительную информацию об объекте.

Используемый в сканирующей лазерной акустической микроскопии способ визуализации не позволяет получать высокое разрешение. Такие микроскопы работают на частотах вплоть до нескольких сотен МГц и дают разрешение до 10 мкм. Достоинством таких микроскопов является возможность одновременного получения оптического и акустического изображений для их сравнения.

В сканирующей растровой акустической микроскопии сфокусированный в точку УЗ-пучок перемещается по объекту, изображение которого воссоздается по точкам в виде растра. Сфокусированная УЗ-волна, падая на образец, частично отражается от него, частично поглощается и рассеивается в нем, а частично проходит через него. Принимая ту или иную часть излучения, можно судить об акустических свойствах образца в области, размеры которой определяются размерами фокального пятна. Эти размеры согласно теории дифракции по порядку равны длине волны УЗ-колебаний в данной среде.

Известен ультразвуковой микроскоп сканирующего растрового типа (см., например, Березина С.И., Лямов В.Е., Солодов И.Ю. Акустическая микроскопия, «Вестник МГУ», сер. «Физика, Астрономия», 1977, т.18, №1, стр.3; а также Куайт К.Ф., Алталар А., Викрамасингхе Х.К. Акустическая микроскопия с механическим сканированием, «ТИИЭР», Обзор, 1979, т.67, № 8, р.5), содержащий излучающий УЗ-волну пьезоэлектрический преобразователь, связанный через звукопровод с собирающей акустической линзой, которая в последующем звукопроводе собирает УЗ-волны в фокус малых размеров. Такая акустическая линза может представлять собой сферическое углубление в звукопроводе на границе его раздела с иммерсионной жидкостью. Образец при этом помещают в фокальную плоскость акустической линзы и перемещают в этой плоскости вдоль двух ортогональных осей координат этой плоскости с помощью специального сканирующего устройства. УЗ-излучение после взаимодействия с объектом собирается второй сферической акустической линзой, конструкция которой аналогична первой, и через звукопровод возбуждает второй пьезоэлектрический преобразователь, на выходе которого образуется электрический сигнал с частотой УЗ-колебаний генератора, возбуждающего УЗ-колебания в первом преобразователе. Этим сигналом управляется яркость электронного луча дисплея, у которого развертка синхронизирована с движением сканирующего устройства с помещенным в него образцом. При этом на экране дисплея возникает акустическое изображение, которое определяется распределением по образцу его физических свойств (упругости, плотности, вязкости, толщины, анизотропии и т.д.).

В зависимости от того, какая часть излучения после взаимодействия с объектом регистрируется, различают акустические микроскопы «на отражение», «на прохождение», «темного поля». При использовании микроскопа «на прохождение» пара акустических линз должна отвечать условию совмещения их фокальных плоскостей. В режиме «на отражение» используется одна и та же акустическая линза как для зондирования объекта УЗ-волной, так и для приема отраженной от объекта УЗ-волны. Акустическое изображение в режиме «темного поля» создается лучами, рассеянными объектом, и для его получения приемную (вторую) линзу в конфокальной системе отклоняют от акустической оси системы так, чтобы она собирала рассеянные лучи. Имеется еще один режим приема УЗ-волн - нелинейный, основанный на приеме не на основной частоте УЗ-колебаний соответствующего генератора УЗ-колебаний, а на ее гармониках.

Ближайшим аналогом (прототипом) заявляемому техническому решению может быть взят ультразвуковой микроскоп сканирующего растрового типа по патенту РФ № 2270997 того же автора, опубл. в бюл. № 6 от 27.02.2006, содержащий последовательно акустически связанные преобразователь УЗ-колебаний, звукопровод, акустическую линзу и иммерсионную среду, связанную с исследуемым объектом, помещенным в фокальную плоскость акустической линзы и перемещаемым в ней двухкоординатным сканирующим устройством, а также дисплей, развертка в котором соотнесена с работой двухкоординатного сканирующего устройства, и отличающийся тем, что в него включены последовательно соединенные генератор линейно-частотно-модулированных импульсов, коммутатор, широкополосный усилитель, согласованный фильтр на дисперсионной линии задержки, компенсирующий усилитель, амплитудный детектор, пороговое устройство, временной селектор и компьютер, подключенный выходом к дисплею, а также генератор синхронизирующих импульсов, выходы которого подключены к синхровходам генератора линейно-частотно-модулированных импульсов, коммутатора, временного селектора, двухкоординатного сканирующего устройства и компьютера, первый управляющий выход компьютера подключен ко второму входу временного селектора, второй - к управляющему входу двухкоординатного сканирующего устройства, выход которого соединен со вторым информационным входом компьютера, а второй вход-выход коммутатора соединен с преобразователем У3-колебаний.

Недостатком известного устройства является его относительная сложность.

Указанный недостаток прототипа устранен в заявляемом техническом решении. Целью изобретения является упрощение конструкции устройства визуализации внутренних неоднородностей плоского объекта.

Указанная цель достигается в заявляемом техническом решении - в устройстве ультразвуковой интроскопии, содержащем последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и генератор линейно-частотно-модулированных (ЛЧМ) колебаний, ультразвуковую линзу, помещенную вместе с исследуемым плоским объектом и ультразвуковым приемным устройством в иммерсионную среду, причем фокус ультразвуковой линзы размещен в плоскости неоднородностей плоского объекта, связанного механически с двухкоординатным сканирующим устройством, соединенным с компьютером, подключенным к дисплею, и отличающемся тем, что в нем выход ЛЧМ генератора соединен с многоотводной линией задержки с n выходами, задержки между которыми распределены эквидистантно или по псевдослучайному коду и которые подключены через n канальных усилителей к n ультразвуковым преобразователям, объединенным в плоскую матрицу, ультразвуковые колебания которых поступают на ультразвуковую линзу коллинеарно ее оптической оси, а проходящие через зондируемый плоский объект ультразвуковые колебания поступают на вход ультразвукового приемного устройства, выход которого соединен с видеовходом компьютера, управляющий вход которого подключен ко второму выходу генератора тактовых импульсов.

Достижение поставленной цели объясняется сокращением состава оборудования и упрощением процедуры обработки информационных сигналов. Кроме того, заявляемое техническое решение использует ранее не известное свойство точечного возбуждения волновым полем дислокации неоднородности зондируемой волновым полем среды, при котором энергия волнового поля концентрируется в форме ударной волны в строго локализованной области пространства.

Устройство представлено на чертеже. Оно включает последовательно включенные генератор тактовых импульсов 1, ЛЧМ генератор 2, многоотводную линию задержки 3 с n выходами, блок n канальных усилителей 4, плоскую матрицу n ультразвуковых (УЗ) преобразователей 5, ультразвуковую линзу 6, оптическая ось которой ортогональна плоскости матрицы 5, плоский объект (пластину) 7 с внутренними неоднородностями, плоскость размещения которых совмещена с фокальной плоскостью ультразвукового объектива 7, ультразвуковое приемное устройство 8, компьютер 9 и дисплей (монитор) 10, а также связанное с компьютером двухкоординатное сканирующее устройство 11, управляющее положением плоского объекта 7, кроме того, управляющий вход компьютера 9 соединен со вторым выходом генератора тактовых импульсов 1. Пространство между плоской матрицей 5 и УЗ-приемным устройством 8 заполнено иммерсионной жидкостью, не указанной на чертеже, что снижает потери УЗ-колебаний в тракте их распространения.

Рассмотрим действие заявляемого устройства.

Для решения поставленной задачи визуализации на экране дисплея 10 внутренних неоднородностей плоского объекта 7, например рисунка печати многослойной микросхемы в заданном ее слое или букв и цифр билета «беспроигрышной» лотереи, скрытых от «счастливчика» защитными покрытиями, необходимо создать УЗ-волновое поле значительной интенсивности в области локализации указанной внутренней неоднородности и при этом использовать режим «темнового поля» для реконструкции акустического изображения, создаваемого лучами, рассеянными на неоднородности, для чего акустическую линзу УЗ-приемного устройства 8 в конфокальной системе отклоняют от акустической оси так, чтобы она собирала рассеянные лучи при достаточной интенсивности акустической ударной волны, совмещенной в пространстве с заданной неоднородностью, что позволяет обрабатываемый сигнал очистить от помех, возникающих от взаимодействия УЗ-колебаний меньшей интенсивности с другими неоднородностями плоского объекта, расположенными до и после рассматриваемой неоднородности, совмещенной с фокальным пятном У3-линзы 6.

То обстоятельство, что в заявляемой схеме сканирующего типа используется акустическая короткофокусная УЗ-линза 6, приводит автоматически к росту концентрации УЗ-волны в фокальной плоскости этой линзы по сравнению с зонами до и после исследуемой неоднородности плоского объекта 7. Однако существенным для повышения концентрации УЗ-волны в области фокального пятна - диска Эйри - УЗ-линзы 6 является использование в заявляемом устройстве способа формирования ударной УЗ-волны, образующейся на заданном расстоянии от матрицы 5 УЗ-преобразователей (пьезоэлементов) в определенный момент времени, когда все n компонент УЗ-волны с разными частотами в сечении фокального пятна, то есть на исследуемой неоднородности плоского объекта 6, приходят в одной и той же фазе, то есть интенсивность УЗ-волны на неоднородности n-кратно возрастает.

Рассмотрим сущность формирования ударной УЗ-волны в фокальной плоскости У3-линзы 6. Пусть расстояние от плоскости матрицы 5 УЗ-преобразователей до фокального пятна УЗ-линзы 6 равно 2F, где F - фокусное расстояние этой линзы. При эффективном диаметре УЗ-линзы 6, равном D, и показателе преломления иммерсионной жидкости η любая точка матрицы 5 УЗ-преобразователей «равноудалена» от фокального пятна УЗ-линзы 6 с точки зрения времени распространения УЗ-волны Δt₀={F+[F²+(D/2)²]^1/2}/v, где v - скорость УЗ-волны в иммерсионной среде с показателем преломления η, который меньше показателя преломления для собирающей УЗ-линзы 6.

Пусть n ультразвуковых преобразователей матрицы 5 излучают колебания на разных частотах f₁, f₂, f₃, … f_n соответственно номерам этих преобразователей, но так, что в какой-то момент времени t₀ начальные фазы φ_i всех этих колебаний одинаковы, например, φ₁=φ₂=φ₃=…=φ_i=…=φ_n=0 при t=t₀. Такое возможно в том случае, если указанные частоты находятся в целочисленнократных отношениях, в частности, f₁=m₁Δf, f₂=m₂Δf, f₃=m₃Δf, … f_i=m_iΔf, … f_n=m_nΔf, где m₁<m₂<m₃…<m_i<…<m_n - целые числа, Δf - частотный дискрет. Поскольку все излучаемые колебания гармонические и для каждого из колебаний оказывается справедливым уравнение u_i(х, t)=U_icos(2πf_it-k_ix), где U_i - амплитуда волны, k_i=2π/λ_i=2πf_i/v - волновое число, то фаза УЗ-колебаний для n пьезоизлучателей матрицы 5 φ_i=2πf_i(t-x/v) может оказаться одинаковой для всех n УЗ-колебаний, например, равной φ_i(x,t)=0 (для i=1, 2, 3, … n) в плоскости фокального пятна УЗ-линзы 6, если t-x/v=0, то есть Δt₀={F+[F²+(D/2)²]^1/2}/v, и имеют место соотношения Δt₀/f₁=p₁, Δt₀/f₂=p₂, Δt₀/f₃=p₃, … Δt₀/f_i=p_i, … Δt₀/f_n=p_n, где р_n<р_n-1<р_n-2<Р_n-3<…<р_n-i<…<p₁ - целые числа. С учетом соотношений f_i=m_iΔf и

Δt₀/f_i=p_i для всех значений индексов i=1, 2, 3, … n получаем уравнение связи Δt₀/m_iΔf=p_i или Δt₀/Δf=m_ip_i - целое число, поскольку произведение двух целых чисел - целое. Следовательно, при заданном удалении плоскости фокального пятна УЗ-линзы 6 от плоскости матрицы 5 УЗ-преобразователей F+[F²+(D/2)²]^1/2 можно определить величину частотного дискрета Δf, полагая, в первом приближении, что скорость распространения УЗ-волны в иммерсионной жидкости v не изменяется с изменением частоты УЗ-колебаний в заданной спектральной области, то есть имеем Δf=Δt₀/R, где R=m_ip_i=const(i) - целое число. Соблюдение указанных условий означает, что в плоскости фокального пятна возникает синфазное, в течение короткого промежутка времени, наложение УЗ-колебаний в одной фазе, что определяет резкое возрастание амплитуды УЗ-колебаний в плоскости фокального пятна, то есть на исследуемой неоднородности плоского объекта 7 действует ударная волна, создающая достаточно сильное рассеяние.

При этом в сечениях плоского объекта 7 до и после сечения, связанного с плоскостью фокального пятна, интенсивность УЗ-колебаний существенно ослабляется не только за счет угловой дивергенции излучения, но и за счет сложения УЗ-волн от n УЗ-преобразователей с разными фазами. Поэтому рассеяние от других неоднородностей плоского объекта 7 вне фокального пятна УЗ-линзы 6 является весьма слабым либо вообще отсутствует. Это способствует избирательному по пространству обнаружению неоднородностей плоского объекта при его сканировании в заданной плоскости по взаимно ортогональным координатам Y и Z под действием двухкоординатного сканирующего устройства 11 с управлением от компьютера 9.

При заданных значениях Δt₀ и n можно определить диапазон целых чисел {m} и {p} с учетом того, что R=m_ip_i=const(i) - целое число. Так, для частоты f_i имеем соотношение f₁=m₁Δf=Δt₀/p₁, откуда видно, что с ростом чисел {m} в такое же число раз уменьшаются числа {p}. Если m₁=f₁/Δf, то m₂=m₁+1, m₃=m₁+2, …, m_n=m₁+n-1 и при этом значения чисел {p} соответственно равны: р_n=m₁=f₁/Δf, р_n-1=m₁-1, р_n-2=m₁-2, … р₂=m₁-n-2, p₁=m₁-n-1. При этом получаем f₂=m₂Δf=f₁+Δf, f₃=m₃Δf=f₁+2Δf, … f_n=m_nΔf=f₁+(n-1)Δf. Если f₁>>(n-1)Δf, то диапазон частотной перестройки рассматривается как узкополосный, в пределах которого скорость v распространения УЗ-колебаний можно, в первом приближении, считать не зависящей от частоты колебаний.

Указанные выше значения чисел {m} и {p} определяют эквидистантное распределение частот в n УЗ-колебаниях, излучаемых с матрицы 5. Эквидистантность распределения частот минимизирует полное время задержки в многоотводной линии задержки 3. Величина задержки между любыми двумя смежными выходами этой линии Δτ_ЭКВ=Δf/(df_ЛЧМ/dt), где f_ЛЧМ(t) - текущее значение частоты на выходе ЛЧМ генератора 2 - линейная функция времени, рабочий диапазон которой для эквидистантного распределения задержек в многоотводной линии задержки 3 включает частоты от f₁ до f_n, то есть занимает полосу спектра, несколько превышающую разность f_n-f₁=(n-1)Δf. Перестройка частоты в заданном диапазоне занимает время τ_ЛЗ=(n-1)Δf/(df_ЛЧМ/dt), а база В такого ЛЧМ сигнала равна В=τ_ЛЗ·(f_n-f₁)=[(n-1)Δf]²/(df_ЛЧМ/dt), а с учетом того, что df_ЛЧМ/dt=Δf/Δτ_ЭКВ, база ЛЧМ сигнала В равна В=(n-1)²Δf Δτ_ЭКВ. При этом в парциальной задержке Δτ_ЭКВ укладывается целый период дискрета частоты Δf, следовательно, имеем Δf Δτ_ЭКВ=1, и В=(n-1)², то есть база сигнала растет пропорционально квадрату числа выходов в многоотводной линии задержки 3 (без единицы).

С учетом переходных процессов установления линейного во времени изменения частоты в ЛЧМ генераторе 2 частота запускающих его работу импульсов в генераторе тактовых импульсов 1 F_ЗАП=1,2/τ_ЛЗ=1,2 Δf/(n-1), и с такой частотой в устройстве происходит последовательное смещение плоского объекта 7 с помощью двухкоординатного сканирующего устройства 11 по строкам и кадру некоторой площадки указанного объекта с величиной элементарного сдвига, равного радиусу фокального пятна (диска Эйри) r_ФП=1,22λF/D. Поскольку для короткофокусной У3-линзы 6 имеем соотношение F<D, то можно приблизительно считать, что радиус фокального пятна r_ФП≈λ≈v/f_cp, где f_cp=(f₁+f_n)/2 - среднее значение частоты сигнала ЛЧМ генератора 2. При этом однократный обзор поверхности S₀ плоского объекта 7 произойдет за время Т_ОБЗ=(S₀/λ²)(n-1)/1,2Δf. При этом осуществляется растровая развертка поверхности S₀ плоского объекта 7. Так, если указанная поверхность представляет собой квадрат, то число строк в кадре и число элементов разложения по строке равны соответственно S₀ ^1/2/λ.

Результаты принимаемого рассеянного сигнала в УЗ приемном устройстве 8 поступают на видеовход компьютера 9, синхронизированного с работой двухкоординатного сканирующего устройства 11 по сигналам генератора тактовых импульсов 1, в результате чего на экране дисплея образуется картина распределения интенсивностей рассеянного неоднородностями сигнала, расположенными на плоскости, совмещенной с фокальным пятном УЗ-линзы 6, то есть возникает картина дислокации этих неоднородностей, например чертеж печати соответствующего слоя в многослойной интегральной схеме или цифра или буква в рассматриваемой клетке лотерейного билета.

Управление по глубине поиска неоднородностей осуществляется на этапе настройки устройства путем микроскопического перемещения плоского объекта 7 по координате X, то есть вдоль направления оптической оси УЗ-линзы 6. Это позволяет переходить к обзору от одного слоя многослойной интегральной схемы к другому ее слою.

Повышение вероятности правильного представления рисунка исследуемого сканированием слоя внутри плоского объекта 7 достигается за счет многократного повторения растрового сканирования одного и того же слоя плоского объекта с последующим статистическим усреднением полученных результатов, что обеспечивается соответствующей программой расчета в компьютере 9, в том числе и при изменении отклонения УЗ-линзы от акустической оси в УЗ приемном устройстве 8 при каждом повторении растрового сканирования.

Отметим, что воздействие на исследуемый плоский объект 7 УЗ-колебаний не приводит к какому-либо нарушению целостности этого объекта, а помещение его в иммерсионную жидкость также не сказывается на свойствах объекта, например, при применении в качестве иммерсионной жидкости ртути, не смачивающей исследуемый объект.

Рассмотрим один из примеров реализации заявляемого устройства.

Пусть в устройстве используется многоотводная линия задержки 3 с числом выходов n=100 и парциальной задержкой Δτ_ЭКВ=1 мкс. Это означает, что Δf=1 МГц, а рабочий диапазон перестройки частоты в ЛЧМ генераторе 2 соответствует полосе в 99 МГц. При этом частота в генераторе тактовых импульсов 1 выбирается равной F_ЗАП=1,2Δf/(n-1)≈12 кГц. Пусть частота в ЛЧМ генераторе 2 изменяется в пределах 840…960 МГц, так что f₁=850 МГц и f_n=949 МГц, то есть имеем m₁=850 и m_n=949, то есть {m}>>n. При скорости УЗ-колебаний v=1500 м/с для средней длины волны УЗ-излучения имеем величину λ_СР=1500/900·10⁶=1,67 мкм, которая приблизительно соответствует радиусу диска Эйри, если F/D<0,8. Тогда площадка S₀=1 см² будет просканирована за время Т_ОБЗ=(S₀/λ²)(n-1)/1,2 Δf=29,58 с, то есть приблизительно за половину минуты. При усреднении результатов сканирования при двадцати циклах достоверная информация о картине исследуемого слоя получается всего за 10 минут, то есть производительность устройства выражается как 0,1 см²/мин. Так, разгадывание билета «беспроигрышной» лотереи из 20 цифр и букв потребует около 200 минут времени, а с учетом предварительной настройки устройства - не более 4 часов. В сутки можно таким путем «выиграть» до 6 автомобилей…, либо полностью расшифровать структуру СБИС, созданную на предприятиях компании Microsoft мультимиллиардера Билла Гейтца.

Теоретический анализ показывает, что при эквидистантном распределении задержек в многоотводной линии задержки 3 ударная волна - короткий импульс УЗ-поля - имеет боковые лепестки достаточно большой интенсивности, что снижает отношение сигнал/шум на входе решающего устройства (алгоритма обнаружения) и приводит к необходимости повторения сканирования по нескольку раз для статистического усреднения результатов сканирования одного и того же слоя плоского объекта. Добиться снижения уровня боковых лепестков в сигнале-отклике на выходе УЗ приемного устройства 8 можно путем использования многоотводной линии задержки 3 с неэквидистантным распределением задержек по псевдослучайному бинарному коду [1-3]. Это приведет при том же числе выходов линии к увеличению полной задержки в ней, так как бинарный псевдослучайный код содержит достаточно большое количество нулей, кроме единиц как действующих сигналов. Если число нулей, например, приблизительно равно числу единиц в таком коде, то общая задержка в линии удваивается по сравнению с линией задержки с эквидистантным распределением парциальных задержек Δτ_ЭКВ, однако это усложнение многоотводной линии задержки (за счет увеличения длины ее звукопровода) компенсируется снижением уровня боковых лепестков в сигнале-отклике УЗ приемного устройства 8. При этом выбор того или иного варианта построения устройства осуществляется из конъюнктурных соображений.

Литература

1. А.Гилл, Линейные последовательностные машины. Анализ, синтез, применение, пер.с англ. под ред. Я.З.Цыпкина, М., «Наука», 1974.

2. Я.Д.Ширман, Разрешение и сжатие сигналов, М., Сов. радио, 1974.

3. Ч.Кук, М.Бернфельд, Радиолокационные сигналы, пер. с англ., М., Сов. радио, 1974.

Использование: для визуализации внутренних неоднородностей в плоской пластине. Сущность заключается в том, что устройство ультразвуковой интроскопии содержит последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и генератор линейно-частотно-модулированных колебаний, ультразвуковую линзу, помещенную вместе с исследуемым плоским объектом и ультразвуковым приемным устройством в иммерсионную среду, причем фокус ультразвуковой линзы размещен в плоскости неоднородностей плоского объекта, связанного механически с двухкоординатным сканирующим устройством, соединенным с компьютером, подключенным к дисплею, при этом выход линейно-частотно-модулированного генератора соединен с многоотводной линией задержки с n выходами, задержки между которыми распределены эквидистантно или по псевдослучайному коду и которые подключены через n канальных усилителей к n ультразвуковым преобразователям, объединенным в плоскую матрицу, ультразвуковые колебания которых поступают на ультразвуковую линзу коллинеарно ее оптической оси, а проходящие через зондируемый плоский объект рассеянные ультразвуковые колебания поступают на вход ультразвукового приемного устройства, выход которого соединен с видеовходом компьютера, управляющий вход которого подключен ко второму выходу генератора тактовых импульсов. Технический результат: упрощение конструкции устройства. 1 ил.

Устройство ультразвуковой интроскопии, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и генератор линейно-частотно-модулированных колебаний, ультразвуковую линзу, помещенную вместе с исследуемым плоским объектом и ультразвуковым приемным устройством в иммерсионную среду, причем фокус ультразвуковой линзы размещен в плоскости неоднородностей плоского объекта, связанного механически с двухкоординатным сканирующим устройством, соединенным с компьютером, подключенным к дисплею, отличающееся тем, что в нем выход линейно-частотно-модулированного генератора соединен с многоотводной линией задержки с n выходами, задержки между которыми распределены эквидистантно или по псевдослучайному коду и которые подключены через n канальных усилителей к n ультразвуковым преобразователям, объединенным в плоскую матрицу, ультразвуковые колебания которых поступают на ультразвуковую линзу коллинеарно ее оптической оси, а проходящие через зондируемый плоский объект рассеянные ультразвуковые колебания поступают на вход ультразвукового приемного устройства, выход которого соединен с видеовходом компьютера, управляющий вход которого подключен ко второму выходу генератора тактовых импульсов.