Акустический микроскоп для оперативного просмотра объекта

(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ СКО ВИДЕТЕЛЬСТВУ К учн"(71) Фрязинский филиал Центрального нано-исследовательского института "Цикло(54) АКУСТИЧЕСКИЙ МИКРОСКОП ДЛЯОПЕРАТИВНОГО ПРОСМОТРА ОБЬЕКТА(57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для нераэрушаюбего контроляматериалов. Цель изобретения - расширеИзобретение относится к аппаратуре для неразрушаюбего. контроля материалов и иэделий 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, Ц 1777071 ние эксплуатационных возможностеи 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 илС)Попытка увеличить площадь образца 4 путем отображения через интервалы, пре- , з вышаюбие разрешение микроскопа привоу1 дит к потере детальности иэображения р объекта, а следовательно,и достоверностиЦелью изобретения является акусти) а ческий микроскоп, позволяющий производительно выполнять оперативный и квазинепрерывный просмотр связных изображений без потери разрешения и детальности наблюдения контролируемых объектов, размеры которых превышают информационные воэможности устройств аналогового запоминания и визуализации для10 20 25 30 35 40 единовременного запоминания и отображения всего объекта или его значительнойчасти.Указанная цель достигается тем, что вакустическом микроскопе с аналоговым запоминанием. содержащем передающийблок, акустический линзовый элемент,приемный блок, соединенные трехплечимциркулятором или направленным ответвителем, осциллографическую трубку с послесвечением. устройство механическогорастрового сканирования акустическогопучка по поверхности контролируемого объекта, устройство временной синхронизацииработы перечисленных устройств, согласноизобретению добавляются блок установоквеличины сдвига растра сканирования, схемы счета и формирования строчных и кадровых синхроимпульсов управлениясканированием, схемы управления величиной обратного кадрового хода, соединен ные согласно схеме, которые осуществляютуправляемый сдвиг растра сканирования пообъекту, а следовательно, и изображаемогоучастка на экране.Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое решениеотличается перечисленными добавленнымисхемами, обеспечивающими сдвиг растрасканирования по объекту, и следовательно,изображаемого на экране участка во времени, Этим заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".Сравнение заявляемого решения такжес 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 акустическогомикроскопа (ЛАМ) с аналоговым запоминанием и отображением на осциллографической трубке с послесвечением; на фиг.2 а,б -порядок сканирования объекта и процессизменения изображения, формируемого наэкране трубки,ЛАМ состоит из блока передатчика 1,выход которого соединен со входом циркулятора 2, первый выход которого соединенс преобразователем 3 акустического линзового элемента (АЛЭ) 4, а второй выход - синформационным входом блока приемника8, С выхода усиленный сигнал подается наэлектрод трубки блока индикатора 28, модулирующий яркость луча, Входы отклоняющей системы блока индикатора 28соединены с выходами х,у блока развертки27. Этот блок, а также схемы управленияреверсом 25, схема компаратора 30 соединены линиями подачи строчных(ССИ) и кадровых КСИ) синхронизирующих импульсов со схемой счета и формирования 26, котораясоединена в свою очередь по линиям управления с компаратором 30 и блоком установки сдвига 32. Выход режима 1 К (сдвиг на один кадр) последнего соединен со входом схемы выключения реверса 29, выход которой соединен с управляющим входом схемы управления реверсом 25, Два выхода этойсхемы соединены по линиям управления направлением сканирования с управляющими входами блока механического сканирования 18. Входы синхронизации передающего 1, приемного 8 блоков, схемы счета и формирования 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.Устройство работает следующим образом. Модулированные по амплитуде импульсные электрические колебания передающего блокачерез циркулятор 2 поступают на электроакустический преобразователь 3 АЛЭ 4 и акустическая волна после преломления линзой 5 фокусируется на объект 7 и после отражения от него, пройдя обратный путь и акустоэлектрическоепреобразование, через 3-е плечо циркулятора 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 индикатора 28 по осям х и у синхронизованоимпульсами с блока 17, со сканированием акустического пучка по поверхности объекта в направлениях х и у, реализуемым блоком сканирования 18. Этим достигается соответствие положения элементов на сканируемом участке объекта и точек акустического изображения на экране, Трубка достаточно высокого разрешения обычносохраняет видимое изображение в течениенескольких секунд, определяющих время получения одного кадра Тк, Поэтому для наблюдения устойчивого изображения его необходимо через промежуток Тк возобновлять путем повторного сканированияпо тому же участку. Для этого сканирующее устройство после завершения очередногокадра должно возвращать акустический пучок к началу первой полоски того же участкаобъектаОтличие в работе нашего микроскопа состоит в том, что пучок возвращается кначалу второй или следующих строк-полосок участка объекта, сканируемого в предыдущем кадре. Так как развертка луча начинается всегда с одного места экрана, то10 15 20 30 35 40 новый кадр будет начинаться с изображения новой первой полоски сканируемого участка. Освободившиеся в конце кадра строки будут заполнены иэображением продолжения сканируемого участка в направлении кадрового сканирования, Если процесс сдвига при обратном ходе кадрового сканера продолжить, то на экране "побежит" чередованием кадров изображение целой полосы объекта, Для реализации этого процесса 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, т.е. части перемещения сканера по оси у, на которую он не дойдет при обратном (реверсивном) ходе, Она может выражаться в долях кадра - 0,5 К, 0,25 К,.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 1,0 К, 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 выключения 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 ходе 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 изображения 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 строчных импульсов, Первые запускают перелзющий и приемный блоки для получения сигнала ЛАМ, который подается на:л олулятора 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, переключающий 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,2 а, 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 объекта 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 1,5 х 250 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 хх 250 мкм = 375 мкм на просмотр объекта сразмерами 3.75 мм х 3.75 мм потребуетсяоколо 5 х 10 х 10 = 500 с = 6,3 мин временибеэ учета затрат на переход к следующим(из 9) полосам сканирования, Такая оперативность просмотра невозможна у аналогов, использующих ручной способ переходаот кадра к кадру,По сравнению с известными акустическими микроскопами предлагаемый ЛАМимеет следующие преимущества: возможность наблюдения связных в пределах полосы сканирования) изображений;повышенная производительность обзораконтролируемых обьектов; возможностьэкспресс-диагностики объектов с большойпротяженностью как оператором, так и спомощью вычислительных средств, подключаемых дополнительно к выходу приемника;сочетание оперативной диагностики с углубленным анализом выделенных фрагментов объектов (после включения режима "Ос"на блоке установки сдвига 32); возможностьдостаточно точного определения координатдефекта путем счета полос и строк.ф о р мул а и зоб рете н ияАкустический микроскоп для оперативного просмотра объекта. содержащий соединенные направленным ответвителемпередающий блок, акустический линзовыйэлемент, приемный блок, последовательно соединенные с выходом приемного блока аналого-цифровой преобразователь, запоминающее устройство, буферную память, коммутатор запоминающего устройства, 5 цифроаналоговый преобразователь, видеоконтрольное устройство, коммутатор адреса, счетчики адресов записи и считывания, блок синхронизации и блок сканирования, парные выходы счета элементов и строк 10 счетчиков адреса записи и адреса считывания соединены с парными входами коммутатора адреса, выход которого соединен с адресным входом запоминающего устройства, а входы синхронизирующих сигналов 15 всех блоков и устройств соединены с соответствующими выходами блока синхронизации, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения Эксплуатационных возможностей за счет повышения скорости получения 20 связных изображений контролируемогообъекта, размеры которого превышают информационные воэможности устройств запоминания и отображения, он снабжен счетчиком строк сканирования и сумматора 25 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, 30 выход сумматора соединен с входом счетастрок коммутатора адреса, синхронизирующие входы счетчика строк и сумматора соединены с выходами блока синхронизации,