Способ неразрушающего контроля механической анизотропии диэлектрических материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 505 6 01 й 22/00 ТЕНИЯсточника излучения. 1 ил ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗО К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ Р 1) 4638775/09(71) Институт прикладной физики АН БССР (72) С.А.Тиханович и Е.С.Максимович (53) 621.396,39088,8)(56) Авторское свидетельство СССР М 1109669, кл. 6 01 В 27/26, 1984.Авторское свидетельство СССР Я 623145, кл. 6 01 й 22/00, 1978.(54) СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ АНИЗОТРОПИИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для неразрушающего контроля диэлектрических материалов в радиотехнической и авиационной промышленности. Цель изобретения - повышение точности контроля анизотропии диэлектрических материалов. Сущность изобретения заключ Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для бесконтактного неразрушающего контроля диэлектрических материалов и иэделий.Целью изобретения является повышение точности контроля,На чертеже приведена блок-схема устройства, реализующего способ неразрушающего контроля механической анизотропии диэлектрических материалов,Устройство содержит источник 1 линейно поляризованного излучения, вращатель 2 плоскости поляризации, поляризацион.Ы.1 1689815 А 1 ется в поочередном облучении диэлектрического материала под углом 45 двумя линейно поляризованными волнами, азимут которых составляет 45 и 90 с плоскостью падения, измерении эллипсометрических параметров отраженной электромагнитной волны, падающей на образец с азимутом 45, и коэффициента отражения электромагнитной волны, азимут которой при падЕнии на образец составляет 900, и определении экстремальных значений отношения эллипсометрического параметра р к коэффициенту отражения. Изобретение позволяет обнаружить анизотропию материала при любом положении образца, а также практически полностью исключить погрешность, обусловленную перекосами образца, и погрешность, связанную с амплитудно-временной и частотной нестабильностью ный модулятор 3, диэлектрический матери- Оф ал 4, второй вращатель 5 плоскости поляри- в зации, анализатор 6, СВЧ-детектор 7, ц усилитель 8, блок 9 выборки и деления напряжения, экстрематор 10, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 11, блок 12, Ф обработки и измеритель 13 разности фаз,вУстройство работает следующим образом,Электромагнитные колебания, генерируемые источником 1, поступают во вращатель 2, где устанавливается азимут зондирующего излучения равным 45, и поступают далее в модулятор 3. С помощьюмодулятора 3 из исходного СВЧ-излучения формируют две линейно поляризованные электромагнитные волны, азимут которых составляет соответственно 45 и 90 с плоскостью падения, и поочередно направляют 5 их на материал 4, Отраженное от него электромагнитное излучение поступает во вращатель 5. С помощью вращателя 5 осуществляется вращение эллипса поляризации отраженной волны, а затем с по мощью анализатора 6 выполняется преобразование электромагнитной волны эллиптической поляризации в линейно поляризованную волну, После детектирования с помощью детектора 7 сигнал 15 усиливается усилителем 8 и поступает на блок 9, с помощью которого определяют отношение минимального значения сигнала к максимальному, которое дает значение коэффициента эллиптичности отраженной 20 электромагнитной волны, поскольку анализатор 6 при вращении эллипса поляризации вращателем 5 в минимуме сигнала выделяет малую ось эллипса, а в максимуме - большую. Измерение азимута осуществляется 25 путем измерения разности фаз опорного сигнала с опорной обмотки вращателя 5 и продетектированного сигнала с выхода усилителя 8, которые поступают ка входы из мерителя. 13, Выходной сигнал измерителя 13, пропорциональный азимуту отраженной волны, поступает в блок 12. Блох 9 в соответствии с управляющим сигналом с модулятора 3 работает в двух режимах. В 35 первом, при облучении материала 4 линейно г(оляризованной электоомагнитной волной, плоскость поляризации котовой составляет 450 с плоскостью падения, с помощью блока 9 определяют отношение ми нимального значения сигнала к максимальному, которое дает значение коэффициента эллиптичности отраженной электромагнитной волны, поскольку анализатор 6 при вращении эллипса поляризации вращателем 5 в минимуме сигнала выделяет малую ось эллипса, а в максимуме - большую. Во втором режиме, при облучении материала 4 линейно поляризованной электромагнитной волной, плоскость поляризации которой составляет 90 с плоскостью падения, с помощью блока 9 определяют отношение максимального значения сигнала к минимальному, которое дает при условии предварительной калибровки величину коэффициента отражения зондирующей волны. Измеренные значения коэффициента эллиптичности и коэффициента отражения с помощью АЦП 11 преобразуются в цлфровой код и поступают в блок 12, в котором рассчитывается значение эллипсомет рического параметра р и определяются экстремальные значения величин р/Вз при вращении материала 4, по отношению которых судят о степени анизотропии материала 4.Запишем выражения для коэффициентов отражения линейно поляризованных СВЧ-волн, поляризованных в плоскости падения (р-поляризация) и перпендикулярно ей (Я-поляризация); 1 п(2 в(п фор - угол пственно.и положитьи (2) получиЭ(45- Ч) адения и преломления соответ Есл то из(1)-(Е 5-Ч Д 3) Чи Нзф-Ч,) 5 Ъ 05-Ч,11 И 5 -сР,3. Мп(45"+ Щ 1 р(5 о щ,5 (4 5 - ч"1ений (3) иВзмотрим тпсометри с йр - Расс кие элли щий вид перь основное уравн, которое имеет следую Р =19 фе =фд В (6) где ф, Л - эллипсометрические углы.В радиоволновой эллипсометрии более удобно измерять другие эллипсометрические параметры: эллиптичность т 9 у и азимут у, которые связаны с ф, Л известными формулами перехода. Воспользовавшись этими формулами, уравнение (6) с учетом (5) для изотропного диэлектрического материала без поглощения приводится к,следующему виду: 2Р=99 е =тЯЖ= = - =Вз, (7)Вз йзТаким образом из (7) видно, что для изотропного диэлектрического материала без поглощения тангенс азимута отраженной волны, падающей на материал под угломо45, и линейно поляризованной под углом 45 к плоскости, падения равен коэффицивиту отражения линейно поляризованной волны, поляризованной перпендикулярно плоскости падения, Следователько, отношение р Из для изотропного материала должно тождественно равняться единице. В случае контроля анизотропных материалов при облучении последних линейка поляризованной волной под углом 45 и азимутом упзд = 450 тангенс азимута (для материалов.)макс (Рейв )мик; эк ия отношений;зллипсометрические углы, липтичностью и азимутом. стремаль ные значен ные с Составитель А. Лысоврковецкая Техред М.Моргентал Корректор М. Ша едакт каэ 3808 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 оизаодстаенно.издательский комбинат фПатент", г. Ужгород, ул. Гагарин без поглощения) или значение эллипсометрического параметра р (при его наличии) отраженной волны не равняется величине В, поскольку соотношение (5) для ортогонально поляризованных компонент р- и 8-, 5 на которые можно разложить падающую волну, не выполняется вследствие анизотропии диэлектрических свойств материала.Более высокая точность обусловлена использованием эллипсометрической мето дики измерения параметров двух линейно поляризованных волн, имеющих равный угол падения и различный азимут.Формула изобретенияСпособ неразрушающего контроля ме ханической анизотропии диэлектрических материалов, заключающийся в облучении диэлектрического материала линейно поляризованной волной, измерении коэффициента отражения й отраженной волны, 20 плоскость поляризации которой составляет угол а 1 с плоскостью падения, и измерении параметров отраженной волны, плоскость поляризации которой составляет угол а 2 к плоскости падения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности контроля, диэлектрический материал облучвют под углом 45, величины углов а и а 2 выбирают соответственно 90 и 45, а в качестве измеряемого параметра отраженной волны, плоскость поляризации которой составляет угол а 2 = 45, выбирают эллиптич- ность и азимут эллипса поляризации, а степень анизотропии диэлектрического материала определяют по формуле