Способ исследования внутренней структуры объектов в трансэмиссионном акустическом микроскопе Советский патент 1988 года по МПК G01N29/06 

со ;о

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для исследования внутренней структуры объектов с по- мощью ультразвуковых волн.

Цель изобретения - повьшение информативности способа и расширение области его применения путем получения количественных характеристик внутренней структуры объекта.

На чертеже приведена блок-схема устройства, реализукнцего способ.

Устройство.реализующее способ, представляет собой трансэмиссионный микроскоп, который содержит держатель 1, линзы .2 и 3 с пьезопреоб- разователями 4, двухкоординатнуго сканирующую систему 5, измеритель 6 координат, блок 7 излучения и приема ультразвуковой волны, блок 8 вычислений, например ЭВМ, систему 9 позиционирования ,

Способ осуществляется следукяцим образом. .

Объект 10 закрепляют в держателе t, помещают между линзами 2 и 3 с пьезопреобразователями 4 в каплю иш4ерсионноЙ жидкости II. Затем объ

ект сканируют -С помощью двухкоорди- ,

иатной сканируншсей системы 5, измеряя При этом координаты плоского сканирования измерителем б координат При смещении объекта 10 на заданное фиксированное расстояние с помощью блока 7 и линзы 2 производят его облучение фокусированным ультразвуком и регистрируют изменения амплитуды и фазы прощедавей через объект ульт- развзгковой волны с помощью линзы 3 I блока 7, а затем записывают их в I память блока 8.

; По окончании плоского сканирова- ния объект смещают вдолб оси ультра- 1 звукового пучка с помощью системы 9 I позиционирования объекта на заданное I фиксированное расстояние. Все ука- I занные действия повторяют многокра-г но. Затем накопленные в ЭВМ данные обрабатывают и получают трехмерное распределение физико-механических параметров микрообъекта. Величину аагй S перемещения вдоль акустичес- Kotf оси выбирают из условия SiA,i

;где А « Сим- скорость зву-

ка в иммерсионной жидкости; f - частота ультразвука; Л - длина волны звука в иммерсионной жидкости.

o

5 0

0

5 0

5 Q

5

Количество повторений указанных операций определяется соотношением между толщиной объекта и продольной разрешающей способностью акустического микроскопа. Для исследования объекта толщиной d перемещение осуd

ществляют в п раз, где п « -j-.

Пример. Определяют трехмерное распределение коэффициента поглощения звука (x,y,z) на участке размер рами 48 X 48 мкм образца крыльшпса мухи толщиной около 20 мкм. В держатель 1, соединенный с двухкоординат- ной сканирующей системой 5, системой 9 позиционирования вдоль акустической оси и блоком 6 измерения координат плоского сканирования, помещают крьшьшко мухи.

Держатель 1 с крылыщком мухи устанавливают между линзами 2 и 3 акустического микроскопа таким образом, чтобы объект оказался вне предполагаемой области прохождения ультразвука. Между линзами 2 и 3 помещают каплю воды для создания акустическо- rtf контакта. Через получивщийся акустический тракт пропускают ультразвук с частотой 450 МГц и регистрируют амп.т1Итуды сигнала преобразователя 4 приемной линзы 3. По максимальному значению этого сигнала производят юстировку линзовой системы.

Регистрируют амплитуду и фазу сигнала преобразователя 4 приемной линзы 3, выполняют их аналого-цифровое преобразование и заносят в память блока 8. Получают изображение объекта на электронно-лучевом дисплее. Рассматривая полученное изображение, выбир ают участок, на котором необходимо получить трехмерное распределение коэффициента поглощения.

Выбранный участок сканируют по двум координатам перпендикулярно оси ультразвукового пучка прн смещении объекта в плоскости сканирования на ,5 мкм. При этом объект раз смещают вдоль оси пучка каждый раз на S 2,7 мкм таким образом, чтобы выбранный участок оказался внутри .сканируемой области размером 48 х X 48 X 21,6 мкм. Во время сканирования объект облучают фокусированным ультразвуком, регистрируют амплитуду и фазу сигнала преобразователя приемной линзй с помощью блока 7 и заносят в блок 8.

По окончании сканирования в памяти блока 8 OBMj остаются амплитуда и фаза сигнала, когда ультразвук проходил мимо образца, и два трехмерных массива - массив амплитуд и массив фаз сигналов, полученных при сканировании, размерности 32x32x8.

Вычисляя по каждым амплитуде и фазе комплексный сигнал, получают, соответственно, комплексный сигнал БД,измеренный в отсутствие образца, и трехмерный массив комплексных сигналов, полученных при сканировании

-

S(d). Из каждого элемента этого массива вычитают SQ. Производя пространственное преобразование Фурье полученного массива S, вычисляют спектр S - трехмерный массив комплексных чисел такой же ра змерности. Домно- жая этот спектр поэлементно на хра- нящую я в памяти блока 7 характеристику Н микроскопа, измеренную заранее для данного микроскопа, представ ляющую собой массив вещественных чисел такой же размерностиj как и S, получают спектр F.

Вьшолняя обратное преобразование Фурье этого спектра, получают квадрат переменной части волнового числа К (г) с отрицательным знаком в виде трехмерного массива комплексных чисел. Прибавляя к каждому элементу этого массива известное волновое число в воде Кв4;2- 0 + 46-71 см, получают распределение квадрата вол- яового числа в сканируемой области. Из каждого элемента массива извлекают квадратный корень. Вьщеляя мнимую

09915 4

часть, получают искомое распределение поглощения в трехмерного массива размерности 32x32x8. Значения поглощения в интересующих областях выделенного участка распечатывают. Формула изобретен и я

Способ исследования внутренней структуры объектов в трансэмиссион10 чом акустическом микроскопе, заключающийся в облучении исследуемого объекта, помещенного в иммерсионную жидкость, фокусированной ультразвуковой волной и регистрации изменения

15 амплитуды и фазы прошедшей через

объект ультразвуковой волны при сканировании объекта относительно фокальной области по двум взаимно перпендикулярным направлениям перпендику20 лярно оси ультразвуковой волны, о т- личающийся тем, что, с целью повышения информативности способа и расширения области его применения, после сканирования объект до25 полнительно перемещают вдоль оси

ультразвуковой волны на расстояние - S, значение которого выбирается из интервала , где Л - длина ультразвуковой волны в иммерсион30 ной жидкости, затем цикл перемещения повторяют п раз, рассчитанное по формуле п d/Sf где d - толщина объекта, при этом данные об амплитуде и фазе, полученные при каждом цикле, на- накапливают, а затем из данных каждо-п го последующего цикла вычитают данные всех предыдущих циклов .: учетом . соответствующих весовых коэ ффвдиентов и по полученному результату судит о ) внутренней структуре объекта.

35

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Цель изобретения - повьшение информативности способа и расширение области его применения путем получения количественных характеристик внутренней структуры объекта. Сущность способа заключается в облучении исследуемого объекта сфокусированной ультразвуковой волной, сканировании объекта в двух взаимно перпендикулярных направлениях в плоскости, перпендикулярной оси ультразвуковой волны, регистрации . амплитуды и фазы ультразвуковой волны, прошедшей через объект. Указанный цикл операций повторяют п раз, каждый раз перемещая объект вдоль оси ультразвуковой волны на шаг S,равный . О внутренней структуре объекта судят по данньм, полученным путем вычитания из данных каждого последующего цикла параметров предыдущих циклов измерений с учетом весовых коэффициентов. 1 ил. с (Л

Составитель О.Несова Редактор И.Касарда Техред Л.Олийнык - Корректор А.Обручар

Заказ 3470/39

Тираж 847

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное