44. Акустические методы и средства нк .(Методы акустодефектоскопии.)

Методы акустической дефектоскопии основаны на регистрации изменений параметров УЗ упругих колебаний, прошедших сквозь контролируемый объект.

Теневой метод. Излучатель и приёмник разделены. Дефект на пути ультразвуковых (УЗ) волн ослабляет принимаемый сигнал или задерживает его приход. Эхо-метод. Искатель генерирует короткий УЗ импульс, который отражается от дефектов, поверхности изделий и других неоднородностей, а затем принимается тем же или другим искателем. По временной развёртке можно фиксировать время прихода сигналов и различать сигналы, приходящие от дефектов и от противоположной поверхности объекта. Зеркально-теневой метод. Контроль ведётся обычным эхо-методом, но признаком наличия дефекта служит ослабление сигнала, отражённого ото дна. Импедансный метод заключается в наблюдении за режимом колебаний стержня, опирающегося на поверхность изделия. При наличии дефекта, близкого к поверхности изделия, уменьшается акустический импеданс данного участка поверхности, который становится более мягким. Это приводит к увеличению амплитуды колебаний стержня, снижений механических напряжений на его торце, изменению фазы колебаний и смещению частоты резонанса. Резонансный метод. При контроле этим методом определяют частоты, на которых возбуждаются резонансы колебаний в исследуемом участке изделия. По резонансным частотам определяют толщину изделия. Наличие дефекта приводит в конце концов к уменьшению толщины, а это в свою очередь определяет ослабление или исчезновение резонансов. Метод свободных колебаний основан на анализе спектра частот собственных колебаний изделия, вибрирующего после удара по нему. Разработана аппаратура, позволяющая выделять и количественно анализировать характерные частоты спектра. Акустическая эмиссия - явление, заключающееся в генерации упругих волн в твёрдых телах при их деформации или механических напряжениях внутри них. Моменты излучения волн эмиссии распределены статистически во времени, и возникающие при этом импульсы-вспышки имеют широкий частотный диапазон. Шумо-вибрационный метод основан на наблюдении спектра частот работающего механизма в целом или отдельных его компанентов. Преобразователь прижимают к отдельным точкам механизма и анализируют преобразованный электрический сигнал.

45. Акустическая микроскопия.

Использование ЭВМ и разработка новых акустоэлектронных преобразователей позволяет сейчас создавать более совершенные системы акустовидения. Такими системами являются акустические микроскопы.

В первых акустических микроскопах объект помещался в сосуд с водой и облучался УЗ-колебаниями. Отражённые от объекта лучи собирались акустической линзой на пьезоэлектрической мишени телевизионной трубки. Распределение потенциала на её мишени, отображающее УЗ-поле, считывалось электронным лучом и преобразовалось в электрический сигнал, который модулировал изображение на экране кинескопа.

Ультразвуковой телевизионный микроскоп: 1 - контролируемый объект; 2 - УЗ-излучатель; 3 - акустическая линза; 4 - пьезоэлектрическая мишень; 5 - ТВ-передающая трубка; 6 - видеоусилитель; 7 - ТВ-приёмная трубка

Разрешение этого микроскопа определяется длиной волны УЗ-колебаний. В первых образцах такого микроскопа использовалась частота 2 МГц, на которой длина волны ультразвука в воде составляет 0,75 мм, что затрудняло наблюдение деталей объекта меньше 1 мм

Наиболее перспективным с точки зрения получения высокого разрешения оказался сканирующий (растровый) микроскоп. Основу микроскопа составляет пара сферических акустических линз, расположенных зеркально. Пространство между ним заполнено водой. Вода является медленной по сравнению со звуководом преломляющей средой и обеспечивает хороший акустический контакт между линзой и исследуемым объектом. При помещении объекта в фокальную плоскость системы энергия рассеянных им акусических волн собирается линзой и попадает на пьезопреобразователь.

Схема линзового сканирующего акустического микроскопа: 1 - СВЧ-генератор; 2 - акустоэлектронные преобразователи; 3 - звукопровод; 4 - вода; 5 - контролируемый объект; 6 -СВЧ-приёмник; 7 - сканирующее устройство; 8 – ВКУ

Для получения изображения объект механически перемещают по двум осям относительно фокуса линз, причём сканирование осуществляют синхронно с развёрткой дисплея, а электрический сигнал с приёмного преобразователя после усиления модулирует яркость изображения на дисплее.

В линзовом сканирующем микроскопе легко осуществить режим работы на отражение. В этом режиме используется лишь одна линза, которая излучает и принимает гиперзвуковые импульсы. Фокусируя звуковой пучок на различную глубину, можно получить информацию о внутреннем строении объекта. Режим на отражение используется для контроля качества поверхностей металлических шлифов, контроля и отбраковки кристаллов интегральных схем и других изделий микроэлектроники.