Способ обнаружения дефектов Советский патент 1985 года по МПК G01N21/59 G01J1/00 

Изобретение относится к дефекто скопни оптических сред и может быть использовано для обнаружения дефектов в оптических кристаллах или в оптических средах, в частнос ти в пироэлектрических средах, в средах с наведенным пироэлектрическим эффектом, поглощающих рассеивающих и люминесцентных средах. Известен способ обнаружения дефектов, в котором оптический луч модулируют (прерывают) с частотой U) , фокусируют и сканируют по исследуемой оптической среде, а с помощью системы селективного усиле ния и регистрации, настроенной на частоту и) , измеряют отклик среды. Измерения осуществляют путе регистрации интенсивности рассеянного в объеме среды и отраженного в обратном направлении излучения. Рассеянное излучение регистри руют фотоприемником (например, фотодиодом или фотоумножителем). Сигнал с фотоприемника попадает на систему селективного усиления и регистрации. При отсутствии дефектов в оптической среде происходит рассеяние на решетке среды (Рэллеевское, Ман дельштам-Бриллюэновское, комбинационное и т.д.), являющееся фоновым излучением. Это рассеянное излучение регистрируют фотоприемником и системой селективного усиления и регистрации, получая фоновьй отклик. При использовании достаточно интенсивного источника излучения (например, лазера с мощностью излучения 0,1-1 Вт) в фоновое излучение преобразуется ча от падающего, т.е. ,1-1 мВт. При наличии дефектов в среде появляется дополнительное рассеяние на дефектах, являющееся полезным си налом (дополнительный отклик) Q. Недостатком данного способа обнаружения дефектов является малая чувствительность к малым дефектам (неоднородностям) среды, так как по лезный сигнал от дефекта (дополнительный отклик) измеряют на фоне б шого сигнала (на фоне фонового отклика) . В связи с этим измерение де фектов кристалла, дающих дополнител ный отклик по величине значительно меньший чем фоновый, затруднительн Так, например, дефекты могут дать дополнительный отклик равный 0,01710,0001 от фонового отклика (фоновьш отклик мВ дополнительный отклик ).. Применение дополнительных усилительных систем усилива ет одновременно фоновьй и дополнительный отклики, так как эти сигналы промодулированы с одной и той же частотой, а уровень дополнительного отклика, по отношению к фоновому, остается таким же низким. Таким образом, данный способ измерения дефектов пригоден для измерения достаточно больших дефектов, дополнительный отклик от которых сравним с фоновым откликом и не пригоден для измерения достаточно малых дефектов. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ обнаружения дефектов, заключа1Ьщийся в пропускании оптического луча через последовательно расположенные фокусирующую оптическую систему и исследуемую оптическую среду, сканировании сфокусированным лучом по объему исследуемой среды и измерения отклика системой селективного усиления и регистрации. Измерение осуществляют путем регистрации пироэлектрического отклика среды, т.е. измеряют разностьпотенциалов на боковых гранях среды (на электродах кристалла), возникающую под действием сфокусированного луча. При отсутствии дефектов регистрируют фоновый отклик, обусловленный остаточньж поглощением в кристалле. При мощности излучения 0,1-1 Вт ти-, пичньй фоновый сигнал -10 мВ. Большие дефекты дают дополнительный отклик ,-5 - 0,5 мВ Малые дефекты среды дают дополнительный отклик и меньше. Такие малые сигналы практически невозможно зарегистрировать на фоне такого большого фонового отклика ( , 10 мВ) . Применение дополнительного усиления не приводит к улучшению возможности регистрации дополнительного отклика, так как отношение дополнительного отклика к фоновому остается прежним и после усиления 2. Недостатком известного способа является малая чувствительность к обнаружению малых дефектов, обусловленная необходимостью регистрации малых полезных сигналов (допгшнительного отклика) при наличии больших фоновых сигналов (фонового отклика).

Цель изобретения - повышение чувствительности к обнаружению малых дефектов. ;

Лоставленная цель достигается тем, что согласно способу обнаружения дефектов, заключающемуся в пропускании оптического луча через последовательно расположенные фокусирщую оптическую систему и исследуему оптическую среду, сканировании сфокусированным лучом по объему исследуемой оптической среды и измерении отклика системой селективного усиления на частоте ui .одновременно со сканированием сфокусированный луч приводят в периодическое движение с частотой, равной частоте и) селек тивного усиления.

Благодаря периодическому движени фокальной области чувствительность способа значительно возрастает, потому что появляется возможность устранить фоновьй отклик и значително усилить дополнительный - полезны отклик.

На фиг.1 изображена схемаустройства, реализующего предложеиньй на фиг.2 - сигнал отклика для известного способаj на фиг.З то же, для предложенного способа до усиления; на фиг.4 - то же, после усиления.

В известных способах при модуляции луча в кристалле возникает фоновьгйотклик, который меняется во времени с частотой модуляции (фиг.2). Фоновьй отклик постоянен П( амплитуде, но переменен во времени (пульсирукиций с частотой модуляции луча). Попадание фокальной области луча на дефект в кристалле приводит к небольшому изменению фонового сигнала по амплитуде. Это небольшое изменение амплитуды является полезньм откликом и его достаточно трудно В1еделить из большого фонового сигнала (отклика) При усилении этих сигналов (дополнительного и фонового откликов) от- ношение между ними остается постоянным ,и условия вьщеления дополнительного отклика при усилении не улучшаются, т.е. система селективного усиления и регистрации в данном случае не изменяет отношения

между дополнительным и фоновым откликами.

В предложенном способе периодическое движение сфокусированного луча (фокальной области) с постоянной частотой, совпадающей с частотой селективного усиления сигнала системой селективного усиления и регистрации, приводит к возникновению постоянного фанового сигнала (не меняющегося во времени, фиг.З).

При наличии дефекта в кристалле периодическое пересечение э-того дефекта сфокусированным лучом приводит к появлению периодического во времени полезного отклика (дополнительного отклика), т.е. меняющегося во времени с частотой, равной частоте вращения перетяжки луча. Общая картина в этом случае - постоянный фоновый отклик плюс переменный дополнительный (полезный ) от- клик. При усилении с помощью системы селективного усиления и регистрации этих сигналов эффективно может усиливаться только полезный сигнал (по- стоянная составляющая не может быть усилена системой селективного усиления и регистрации). Полезный сигнал может быть значительно усилен по амплитуде, что приводит к значительному увеличение чувствительности предлагаемого способа к мальм дефектам (фиг.4).

Предложенный способ реализуется при помощи устройства, представленного на фиг.1.

Луч 1 гелий-неонового лазера (ЛГ-38) фокусируют с помощью сферической линзы 2 с фокусньм расстоянием мм в оптическую среду 3 (кристалл иодата лития с размером сторон мм), фокальная область 4 сфокусированного луча 1 сканирует объем исследуемой оптической среды с помощью качающегося в двух плоскостях и перемещающегося поступательно относительно кристалла плоскопараллельного зеркала 5, а также одновременно приводится во вращательное периодическое движение. Вращательное движение фокальной области 4 сфокусированного луча 1 получают, пропуская оптический луч через прозрачную плоскопараллельную пластину

6, нормаль к которой составляет небольшой угол с направлением распространения луча. Пластину с помощью 5. 1 электродвигателя СД-Ю приводят во вращательное движение вокруг оси, совпадающей с направлением распространения луча. Частоту вращательного движения пластины выбирают равной uJ , при это сфокусированный луч. 1 также совершает вращательное движение в кристалле с частотой U). При пересечении им дефекта в кристалле на электродах 7 появляется периодический сигнал с частотой ш , который регистрирует настроенная на частоту и) система селективного усиления и регистрации. Измерение отклика среды при наличии дефектов осуществляют за счет измерения пироэлектрического сигнала. Алюминиевые электроды 7 наносят (напыляют) непосредственно на кристалл. Частоту периодического вра щения изменяют в пределах 35-70 Гц. В качестве системы 8 селективного усиления и регистрации используют 16 селективный измерительный усилитель типа У2-6. При мощности излучения ЛГ-38, равной 40 мВт, полезный си1- нал (дополнительный отклик) для разных дефектов изменяется в пределах (0,5-100) 10- мВ, фоновый отклик равен нулю, уровень шумов (0,3-0,5)- 10 мВ. Для другого варианта исполнения устройства периодическое колебательное движение сфокусированного луча 1 осуществляют, отражая луч 1 от зеркала гальванометра, которое приведено в колебательное движение. Частоты колебательного движения области перетяжки и системы селективного усиления и регистрации равны 225 Гц. Предлагаемый способ обнаружения дефектов обладает значительно более высокой чувствительностью (в раз) по сравнению с известными способами.

СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ДЕФЕКТОВ, заключающийся в пропускании оптического луча через последовательно расположенные фокусирующую оптическую систему и исследуемую оптическую среду, сканировании сфокусированным лучом по объему исследуемой оптической среды, иэмерении отклика системой селективного усиления на частоте ы , о т личающийся тем, что, с целью повьшения чувствительности к дефектам в оптической среде, одновременно со сканированием сфокусированный луч приводят в периоди§ ческое движение с частотой, равной частоте О) селективного усиления. СП 00

А А

г

г I