Способ исследования внутренней структуры объектов в трансэмиссионном акустическом микроскопе

(50 4 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ТОРСНОМУ СВИ/25-268.Бюлт хим осов, Л.Ф.МациеЮ.Лагутенкова,а и М.Ф.Пышный ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРпО делАм изОБРетений и ОткРытий(71) Институ ической физики АН СССР(54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ВНУТРЕННЕЙ СТРУКТУРЫ ОБЪЕКТОВ В ТРАНСЭМИССИОННОМ АКУСТИЧЕСКОМ МИКРОСКОПЕ (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Цель изобретения - повышение информативности способа и расширение области его применения путем получения коли чественных 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. Укаэанный цикл операций повторяют и раэ, каждый раз перемещая объект вдоль оси ультразвуковой волны на шаг Я,равный Л/2 4 8 4О внутренней структуре объекта судят по данным,-полученным путем вычитания из данных каздого последующего цикла параметров предыдущих циклов измерений с учетом весовых коэффициентов. 1 ил.1 14099Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и можетбыть использовано для исследованиявнутренней структуры объектов с по 5мощью ультразвуковых волн.Цель изобретения - повышение ин формативности способа и расширениеобласти его применения путем получения количественных характеристик 10внутренней структуры объекта.На чертеже приведена блок-схемаустройства, реализующего способ.Устройствореализующее способ,представляет собой трансэмиссионный 15микроскоп, который содержит держатель 1, линзы 2 и 3 с пьеэопреобразователями 4, двухкоординатнуюсканирующую систему 5, измеритель 6координат, блок 7 излучения и приема 20ультразвуковой волны, блок 8 вычислений, например ЗВИ, систему 9 позиционирования,Способ осуществляется следующимобразом,25Объект 10 закрепляют в держателе1, помещают между линзами 2 и 3 спьезопреобразователями 4 в каплюиюерсиоиной жидкости 11 . Затем объект сканируют .с помощью двухкоорди",иатной сканирующей системы 5, изме"ряя при этом координаты плоскогосканирования измерителем 6 координат.При смещении объекта 10 иа заданноефиксированное расстояние с помощью 35блока 7 и линзы 2 производят его общяение фокусированным ультразвукоми регистрируют изменения амплитуды иФазы прошедшей через объект ульт развуковой волны с помощью линзы 3 40блока 7, а затем записывают их в, память блока 8.По окончании плоского сканирова,ния.объект смещают вдоль оси ультразвукового пучка с помощью системы 9 45позиционирования объекта на заданноеФиксированное расстояние. Все указанные действия повторяют многокрач,но. Затеи накопленные в ЭВИ данныеобрабатывают и получают трехмерноераспределение физико"механическихпараметров микрообъекта, Величинувага 8 перемещения вдоль акустической оси выбирают иэ условия Я 4 й,Сгде Лв -ф С - скорость звук ям 1ка в иммерсионной жидкости; Г - частота ультразвука; Я - длина волнызвука в иммерсионной жидкости. Количество повторений указанных операций определяется соотношением между толщиной объекта и продольной разрешающей способностью акустического микроскопа. Для исследования объекта толщиной с 1 перемешение осуществляют в п раэ, где п щ ,дП р и м е р, Определяют трехмерное распределение коэффициента поглощения звука (х,у,а) на участке разме-, рами 48 х 48 мкм образца крылышка мухи толщиной около 2 О мкм. В держатель 1, соединенный с двухкоординатной сканирующей системой 5, системой 9 позиционирования вдоль акустической оси и блоком 6 измерения координат плоского сканирования, помещают крылышко мухи.Держатель 1 с крылышком 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 акустическогб контакта. Через получившийся акустический тракт пропускают ультразвук с частотой 450 ИГц и регистрируют амплитуды 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 иэображение, выбирают участок, на котором необходимо получить трехмерное распределение коэффициента поглощения.Выбранный участок сканируют по двум координатам перпендикулярно оси ультразвукового пучка при смещении объекта в плоскости сканирования на 1,5 мкм, При этом объект п=8 раз смещают вдоль оси пучка каждый раз на Б2,7 мкм таким образом, чтобы выбранный участок оказался внутри сканируемой области размером 48 х х 48 х 21,6 мкм, Во время сканирования объект облучают фокусированным ультразвуком, регистрируют амплитуду и фазу сигнала преобразователя приемной линзы с помощью блока 7 и заносят в блок 8.По окончании сканирования в памяти блока 8 (ЗВИ остаются амплитуда и фаза сигнала, когда ультразвукпроходил мимо образца, и два трехмерных массива - массив амплитуд имассив Фаз сигналов, полученных присканировании, размерности 32 х 32 х 8,Вычисляя по каждым амплитуде и фазе комплексный сигнал, получают, соответственно, комплексный сигналЯ ,измеренный в отсутствие образца,и трехмерный массив комплексных сигналов, полученных при сканированииЯ(д). Из каждого элемента этого массива вычитают Яо, Производя пространственное преобразование фурье полу"ченного массива Я, вычисляют спектрЯ - трехмерный массив комплексныхчисел такой же размерности. Домножая этот спектр поэлементно на хранящуюся в памяти блока 7 характеристику Н микроскопа, измеренную заранее для данного микроскопа, представляющую собой массив вещественных чи 25сел такой же размерности как и Я,получают спектр Р,Выполняя 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 К,2 10 + 46 71 смЬ-1 35 получают распределение квадрата волнового числа в сканируемой области Из каждого элемента массива извлекают квадратный корень. Выделяя мнимуюФ часть, получают искомое распределение поглощения в виде трехмерного массива размерности 32 х 32 х 8. Значения поглощения н интересукяцих областях выделенного участка распечатывают.Ф о р м у л а и 3 о б р е т е н и яСпособ исследования внутренней структ; ры объектов в трансэмиссионном акустическом микроскопе, заключающийся в облучении исследуемого объекта, помещенного в иммерсионную жидкость, фокусированной ультразвуковой волной и регистрации изменения амплитуды и Фазы прошедшей через объект ультразвуковой волны при сканировании объекта относительно фокальной области по двум взаимно перпендикулярным направлениям перпендикулярно оси ультразвуковой волны, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения информативности способа и расширения области его применения, после сканирования объект дополнительно перемещают вдоль оси ультразвуковой волны на расстояние Я, значение которого выбирается из интервала Л /2 с Я 6 Л, где 1 - дли" на ультразвуковой волны в иммерсионной жидкости, затем цикл перемещения повторяют и раз, рассчитанное по формуле и щ Й/Я, где Й - толщина объекта, при этом данные об амплитуде и фазе, полученные при каждом цикле, нанакапливают, а затем иэ данных каждо"го последующего цикла вычитают данные всех предыдущих циклов.-с учетом . соответствующих весовых коэфщиентов и по полученному результату судят о внутренней структуре объекта.1409915 Составитель О.Несовактор И.Касарда Техред Л.ОлийныкКорректор А,Обруча Заказ 3470/39 Подписное онэводственно-полиграФическое предприятие, г. Ужгород, ул. ектная Тираж 847 ВНИИПИ Государствен по делам иэобрет 113035, Москва, Ж, ого комитета СССРний и открытийаущская наб., д. 4/