Акустический микроскоп для оперативного просмотра объекта Советский патент 1992 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к -аппаратуре для неразрушающего контроля материалов и изделий с помощью сфокусированных ультразвуковых и гиперзвуковых волн

Известны линзовые акустические микроскопы в которых используются аналоговые устройства запоминания и отображения сигналов - осциллографические электронно-лучевые трубки с послесвечением Из-за ограниченного размера экрана на них можно запомнить и единовременно отобразить акустическое изображение как правило небольшой части контролируемого объекта

Попытка увеличить площадь образца путем отображения через интервалы, превышающие разрешение микроскопа,приво- дит к потере детальности изображения объекта, а следовательно, и достоверности

Целью изобретения является акустический микроскоп позволяющий производительно выполнять оперативный и квазинепрерывный просмотр связных изображений без потери разрешения и деталь ности наблюдения контролируемых объектов размеры которых превышают ин формационные возможности устройств аналогового запоминания и ритуялизации длч

vj xi

х|

:9 ixi

единовременного запоминания и отображения всего объекта или его значительной части.

Указанная цель достигается тем, что в акустическом микроскопе с аналоговым запоминанием, содержащем передающий блок, акустический линзовый элемент, приемный блок, соединенные трехплечим циркулятором или направленным ответви- телем, осциллографическую трубку с послесвечением, устройство механического растрового сканирования акустического пучка по поверхности контролируемого объекта, устройство временной синхронизации работы перечисленных устройств, согласно изобретению добавляются блок установок величины сдвига растра сканирования, схемы счета и формирования строчных и кадровых синхроимпульсов управления сканированием, схемы управления величиной обратного кадрового хода, соединен- ные согласно схеме, которые осуществляют управляемый сдвиг растра сканирования по объекту, а следовательно, и изображаемого участка на экране.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое решение отличается перечисленными добавленными схемами, обеспечивающими сдвиг растра сканирования по объекту, и следовательно, изображаемого на экране участка во времени. Этим заявляемое устройство соответствует критерию изобретения новизна.

Сравнение заявляемого решения также с другими техническими решениями в данной области техники не выявило признаков, отличающих его от прототипа, что соответствует критерию существенные отличия.

На фиг.1 приведена структурно-функциональная схема линзового акустического микроскопа (ЛАМ) с аналоговым запоминанием и отображением на осциллогрэфиче- ской трубке с послесвечением; на фиг.2а,б - порядок сканирования объекта и процесс изменения изображения, формируемого на экране трубки.

ЛАМ состоит из блока передатчика 1, выход которого соединен со входом цирку- лятора 2, первый выход которого соединен с преобразователем 3 акустического линзового элемента (АЛЭ) 4, а второй выход - с информационным входом блока приемника 8. С выхода усиленный сигнал подается на электрод трубки блока индикатора 28, модулирующий яркость луча. Входы отклоняющей системы блока индикатора 28 соединены с выходами х.у блока развертки 27. Этот блок, а также схемы управления реверсом 25, схема компаратора 30 соединены линиями подачи строчных (ССИ) и кадровых (КСИ) синхронизирующих импульсов со схемой счета и формирования 26, которая соединена в свою очередь по линиям управления с компаратором 30 и блоком установки сдвига 32. Выход режима 1К (сдвиг на один кадр) последнего соединен со входом схемы выключения реверса 29, выход которой соединен с управляющим входом схемы управления реверсом 25. Два выхода этой

0 схемы соединены по линиям управления направлением сканирования с управляющими входами блока механического сканирования 18. Входы синхронизации передающего 1, приемного 8 блоков, схемы счета и фор5 мирования 26 и вход запуска блока сканирования 18 соединены.с соответствующими выходами блока синхронизации 17, Запускающий его импульс начала строки поступает по линии с блока 18.

0 Устройство работает следующим образом. Модулированные по амплитуде импульсные электрические колебания передающего блока I через циркулятор 2 поступают на электроакустический преоб5 разователь 3 АЛЭ 4 и акустическая волна после преломления линзой 5 фокусируется на объект 7 и после отражения от него, пройдя обратный путь и акустоэлектрическое преобразование, через 3-е плечо циркулято0 ра 2 поступает в приемник 8. а после усиления в нем сигнал подается на электрод трубки блока индикатора 28, модулирующий яркость записывающего электронного луча. Перемещение луча на экране трубки ин5 дикатора 28 по осям х и у синхронизовано импульсами с блока 17. со сканированием акустического пучка по поверхности объекта в направлениях х и у, реализуемым блоком сканирования 18. Этим достигается

0 соответствие положения элементов на сканируемом участке объекта и точек акустического изображения на экране. Трубка достаточно высокого разрешения обычно сохраняет видимое изображение в течение

5 нескольких секунд, определяющих время получения одного кадра Тк. Поэтому для наблюдения устойчивого изображения его необходимо через промежуток Тк возобновлять путем повторного сканирования

0 по тому же участку. Для этого сканирующее устройство после завершения очередного кадра должно возвращать акустический пучок к началу первой полоски того же участка объекта.

5 Отличие в работе нашего микроскопа состоит в том, что пучок возвращается к началу второй или следующих строк-полосок участка объекта, сканируемого в предыдущем кадре. Так как развертка луча начинается всегда с одного места экрана, то

новый кадр будет начинаться с изображения новой первой полоски сканируемого участка. Освободившиеся в конце кадра строки будут заполнены изображением продолжения сканируемого участка в направле- нии кадрового сканирования. Если процесс сдвига при обратном ходе кадрового сканера продолжить, то на экране побежит чередованием кадров изображение целой полосы объекта, Для реализации этого про- цесса в схему микроскопа введены новые элементы.

Схема счета и формирования 26, получая от блока синхронизации 17 импульсы, синхронные с импульсами начала строки сканирования, пересчитывает их число на прямом и обратном ходе сканера и формирует соответствующей длительности кадровые(КСИ) и строчные(ССИ)синхроимпульсы для системы сканирования 18 и блока разверток 27 луча индикатора 28. Блок установки сдвига 32 служит для выбора оператором величины сдвига кадра, те. части перемещения сканера по оси у, на которую он не дойдет при обратном (ревер- сивном) ходе. Она может выражаться в долях кадра - 0,5 К, 0,25К..., или числом строк - 1 с, 0 с. Режим Ос соответствует повторению сканирования и изображения одного и того же участка объекта. Установка на блоке 32 сдвига 1,ОК, т.е. на всю длину кадра, соответствует непрерывному перемещению сканера и изображения на экране по оси у в прямом направлении Отмену обратного хода сканера осуществляет схема вы- ключения реверса 29 совместно со схемой управления реверсом 25. Последняя в этом режиме выдает сканирующей системе 18 только ССИ прямого хода. Независимо от установок величины сдвига на обратном хо- де блок разверток 27 должен вырабатывать сигналы, возвращающие электронный луч индикатора 28 в исходную точку растра изображения ко времени начала каждого нового периода сканирования.

Предлагаемая функциональная схема работает следующим образом.

В зависимости от требуемого режима просмотра контролируемого объекта - с вытеснением кадра, с повторением изо- бражения выбранного участка или в режиме прогона - нажимается соответствующая кнопка на блоке установки сдвига 32. С сигналом Пуск начинается быстрое сканирование, и на блок синхронизации поступают импульсы начала строки запускающие формирование тактовых и г.грочнь-х импульсов. Первые запускают пер грющий и приемный блоки для получения угнала ЛАМ, который подается на л модулятора

индикатора 28 (вход). Строчные синхроимпульсы (ССИ) подаются на схему счета 26. где используются для формирования ССИ и КСИ, запускающих блок разверток 27 индикатора 28 и ССИ прямого хода сканера 18. После отсчета заданного количества импульсов строк в кадре вырабатывается сигнал на реверс движения в направлении у, перекпючающий счетчики на обратный счет. Компаратор 30 сравнивает код обратного счета с установленным на блоке 32 и после их совпадения вырабатывает импульс прекращения реверсивного движения. После этого счетчики сбрасываются и с блока 26 через схему 25 начинают вновь поступать на сканирующую систему 18 ССИ прямого хода.

В режиме прогона при нажатии кнопки 1, ОК включается в работу схема выключения реверса, запрещающая реверс. При этом перемещение по оси у происходит в одном направлении, счетчики работают в циклическом режиме, и на экране индикатора 28 последовательно появляются изображения следующих друг за другом участков просматриваемой полосы объекта. После достижения края объекта переключением сигнала направления движения (блок 17) осуществляется остановка перемещения по у, переход на соседнюю полосу и начинаются измерения с перемещением в противоположном направлении или в том же направлении оси у после предварительного возвращения к началу предыдущей полосы.

Как поясняется на фиг.2а, объект просматривается полосами путем быстрого сканирования с размахом Ах и медленного перемещения на всю длину объекта в направлении у. После достижения края механическое устройство ступенчато перемещает пучок на расстояние Ах вдоль оси х, и начинается сканирование следующей полосы с движением по оси у в противоположном направлении. Траектория медленного (кадрового) сканирования показана зигзагообразной штриховой линией

Время просмотра обьекта с помощью предлагаемого ЛАМ, определяющее оперативность просмотра, зависит не только от площади поверхности, но прежде всего от скорости (частоты) строчного сканирования и разрешения (рабочей частоты) микроскопа. Например при частоте строк 50 Гц кадр из 250 строк можно отобразить за 5 с. Если рабочая частота ЛАМ 1 ГГц и поверхностное разрешение с водой в качестве иммерсионной жидкости 1,5 мкм, то длина такого кадра составит 1,5x250 мкм 375 мкм. Наибольшая скорость просмотра достигается при сдвиге на кадр (режим 1 К на блоке

установки сдвига 32) и составит 75 мкм/с При ширине кадра сканирования Ах 1,5 х х250 мкм 375 мкм на просмотр объекта с размерами 3.75 мм х 3.75 мм потребуется около 5x10x10 500 с 6,3 мин времени без учета затрат на переход к следующим (из 9) полосам сканирования. Такая оперативность просмотра невозможна у аналогов, использующих ручной способ перехода от кадра к кадру.

По сравнению с известными акустическими микроскопами предлагаемый ЛАМ имеет следующие преимущества: возможность наблюдения связных (в пределах по- лосы сканирования) изображений; повышенная производительность обзора контролируемых объектов; возможность экспресс-диагностики объектов с большой протяженностью как оператором, так и с помощью вычислительных средств, подклю- чаемых дополнительно к выходу приемника; сочетание оперативной диагностики с углубленным анализом выделенных фрагментов объектов (после включения режима Ос на блоке установки сдвига 32); возможность достаточно точного определения координат дефекта путем счета полос и строк. Формула изобретения Акустический микроскоп для оперативного просмотра объекта содержащий сое- диненные направленным ответвителем передающий блок, акустический линзовый элемент, приемный блок, последовательно

соединенные с выходом приемною блока аналого-цифровой преобразователь, запоминающее устройство, буферную память, коммутатор запоминающего устройства, цифроаналоговый преобразователь, видеоконтрольное устройство, коммутатор адреса, счетчики адресов записи и считывания, блок синхронизации и блок сканирования, парные выходы счета элементов и строк счетчиков адреса записи и адреса считывания соединены с парными входами коммутатора адреса, выход которого соединен с адресным входом запоминающего устройства, а входы синхронизирующих сигналов всех блоков и устройств соединены с соответствующими выходами блока синхронизации, отличающийся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей за счет повышения скорости получения связных изображений контролируемого объекта, размеры которого превышают информационные возможности устройств запоминания и отображения, он снабжен счетчиком строк сканирования и сумматора адресов строк сканирования и считывания, причем выход циклического счетчика строк сканирования соединен с первым входом сумматора, второй вход сумматора соединен с выходом счетчика адреса считывания, выход сумматора соединен с входом счета строк коммутатора адреса, синхронизирующие входы счетчика строк и сумматора соединены с выходами блока синхронизации

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для неразрушающего контроля материалов. Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей за счет повышения скорости получения связанных изображений контролируемого объекта. Акустический микроскоп с аналоговым запоминанием и отображением сигналов на осциллографической трубке с послесвечением позволяет выполнять оперативный и квазинепрерывный просмотр связных изображений без потери разрешения и детальности наблюдения контролируемых объектов, размеры которых превышают информационные возможности устройства запоминания и визуализации Для реализации в схему микроскопа введены блок 32 установок величины сдвига растра сканирования, схемы 26 счета и формирования строчных и кадровых синхроимпульсов управления сканированием, схемы 25 управления величиной обратного кадрового хода, которые осуществляют управляемый сдвиг растра сканирования по объекту и изображаемого участка на экране. 2 ил (Л С

Фие /

рЦ ПЬ HMfbfiA

.... «Wft W

./) yeutww

HQ4CUIO

а

Фиг. 2

5