книги из ГПНТБ / Гущо Ю.П. Фазовая рельефография

ленных от места контакта слоев носителя. При этом урав­ нение теплопроводности и соответствующие граничные условия для расчетной схемы, изображенной на рис. 5-4, запишутся следующим образом:

означают принадлежность данной величины ролику и носителю соответственно.

Будем считать, что носитель представляет собой однослойное тело. Функция т|)(х) соответствует распре­ делению температуры носителя при его поступлении на барабан, а на участке от 0 до s соответствует начальной температуре барабана.

Решение краевой задачи (5-14) —(5-17) имеет вид:

°°-ш2 t

d= =£___________________•

IIХ п ||=

U>n

cos 7^ (* + s)

X»(*) = --------—------- при — s < л < 0 ;

COS— 7 - 5

" P

110

примерно 100 мм при идеальном контакте нх поверхно­ стей происходит за время около 0,1 сек, в то время как свободное охлаждение носителя в вакууме длится около

5 мин.

Уравнение (5-18) наиболее точно описывает охла­ ждение носителя в газовой среде, служащей для пере­ дачи тепла от носителя к барабану в местах неплотного прилегания их поверхностей, или в вакууме при спе­ циальной смазке поверхностей соприкосновения.

По литературным данным, площадь истинного кон­ такта поверхностей без смазки составляет всего 30— 50% от полной площади. Если не применена контактная смазка, реальное время охлаждения может быть больше по сравнению с расчетным при идеальном контакте на

(5-18) не может быть достаточно точным, пока не будут получены точные данные о реальной поверхности кон­ такта носителя и барабана.

5-5. Установка для исследования температурного режима термопластического слоя

Способность сохранять записанный рельеф на любой срок является главным отличием и преимуществом термопластических слоев по сравнению с гелеобразными и жидкими. Это свойство термопластиков можно реали­ зовать, только применяя нестационарный температурный режим проявления рельефа. Однако расчет проявления

111

п стирания рельефана деформируемом слое при непо­ стоянной его температуре является сложной и практи­ чески еще не решенной проблемой. Поэтому при исследо­ вании проявления истирания рельефа на разработанных и создаваемых термопластиках необходимо использовать экспериментальные методы.

■При экспериментальном изучении этих процессов

термопластика. Методы измерения рельефа будут рас­ смотрены в § 7-1.

Для регистрации температуры необходимо разрабо­ тать датчик температуры сочень малой инерционностью, так как скорость нагревания термопластического слоя достигает 2 • 104 °С/сек.

При исследовании термопластической записи можно применять как контактные, так и бесконтактные методы измерения пли регистрации температуры на носителе при проявлении. Бесконтактные методы в общем случае предпочтительны, так как исключают влияние системы измерения на процесс образования рельефа. Кроме того, они позволяют легко регистрировать температуру термопластика на движущейся подложке. К числу бес­ контактных можно, в частности, отнести методы, осно­ ванные на использовании изменений оптических свойств, излучательной способности или цвета объекта при изме­ нении температуры и др. Наиболее перспективен метод с болометрическим датчиком, чувствительным к инфра­ красному излучению.

Однако бесконтактные методы в отличие от контакт­ ных требуют применения пли разработки более сложной аппаратуры. 'Значительные трудности возникают при градуировке бесконтактных датчиков. Поэтому при создании исследовательской лабораторной установки целесообразно пользоваться одним из контактных мето­ дов регистрации температуры. Требованию малой инер­ ционности из контактных датчиков удовлетворяют толь­ ко пленочные резисторы и термопары.

При термопластической записи имеет смысл исполь­ зовать в качестве термосопротивления проводящий слой, находящийся в непосредственном контакте с тер­ мопластиком. Температура в проводящем слое изменя­ ется практически безынерционно, так как он служит объектом нагревания с тепловой постоянной времени

112

около 10 мксек. Ранее было показано, что температура проводящего слоя толщиной до 20 мкм отличается не более чем на 2 % от температуры свободной поверх­ ности деформируемого слоя. Если же исследуются слои толщиной более 20 мкм, то температуру можно пересчитать в соответствии с теорией, изложенной выше.

Чтобы исключить влияние качества подложки, адге­ зии, неравномерности протяжки ленты, нестабильности толщины термопластического и проводящего слоев п ряда других факторов на процесс проявления, иссле­ дование образования рельефа желательно проводить на одной и той же жесткой неподвижной подложке. При этом значительно проще измерять температуру и пара­ метры рельефа, а по полученным данным нетрудно рассчитать соответствующие величины для случая дви­ жущейся подложки. В качестве неподвижной подложки нами применен датчик, изготовленный методом вжигания платиновой пленки в поверхность ситаллового стекла.

Среди возможных способов проявления высоко­ частотный нагрев дает наибольшие перепады темпера­ туры по времени и толщине слоя, поэтому любой из них можно имитировать, если пользоваться ВЧ-нагревате- лем. Нужно принять во внимание, что нагрев проводя­ щего слоя в реальных условиях происходит в зоне, соизмеримой с шириной зазора между электродами высокочастотной головки s = l - ^ 3 мм, в диапазоне ско­ ростей движения термопластической ленты и=5ч30 см/сек. Мощность высокочастотного источника вы­ брана нами такой, чтобы обеспечить для минимального интервала времени максимальную температуру в термо­ пластике около 200 °С.

На рис. 5-5 изображена принципиальная схема уста­ новки [Л. 75]. Высокочастотный генератор 2 частоты 30 мгц, запускаемый блоком выдержки времени 1 на время to , нагревает проводящий слой — термосопротив­ ление датчика 3. Изменение сопротивления датчика регистрируется с помощью мостовой схемы 4 и воспро­ изводится на экране осциллографа 5. Стабилизирован­ ные источники напряжения 6 предназначены для пита­ ния схемы запуска и генератора. Питание мостовой схе­ мы осуществляется от батареи 7 напряжением 2— 6 в. Медленное изменение сопротивления датчика при нагре-

= 200 °С. Это соответствует скорости изменения темпе­ ратуры 104 °С/сек. При уменьшении толщины основы в 2 раза получим:

= 0,005 сек\ 7'макс= 200°С; dTfdt=4-\0!l °С/сек.

Можно еще больше повысить скорость нагревания, если увеличить мощность генератора и изменить пара­ метры датчика, влияющие на его тепловую постоянную времени.

Ввод тепловой мощности через электрические кон­ такты и электрическая регистрация температуры позво­ ляют помещать датчик-подложку в специальную газо­ вую среду млн вакуум и применять любой способ управления поверхностным рельефом. Доступность дат­ чика позволяет исследовать не только окончательный результат проявления, но п изучать динамику изменения рельефа поверхности. Для этих целей можно использо­ вать, например, двухлучевой микроскоп совместно со скоростной кинокамерой или щелевую оптику с фоточувствительным преобразователем изменений освещен­ ности экрана в электрические сигналы и последующей подачей их на регистрирующий прибор.

Разработанная установкаотличается универсаль­ ностью, поскольку на ней можно имитировать и регист­ рировать режимы работы носителя при проявлении записи на подвижных н неподвижных подложках. Уста­ новка была использована для изучения термопластиче­ ской записи электронным лучом. Результаты этого иссле­ дования приведены в гл. 7.

Г л а в а ш е с т а я

ПРОХОЖДЕНИЕ СИГНАЛОВ В СИСТЕМАХ ФАЗОВОЙ

РЕЛЬЕФОГРАФИИ С ЗАРЯЖЕННЫМИ И НЕЗАРЯЖЕННЫМИ ДЕФОРМИРУЕМЫМИ СЛОЯМИ

6-1. Общие замечания

Выше были подробно рассмотрены явления, связан­ ные с прохождением сигналов через отдельные участки тракта в системах фазовой рельефографии, выполняю­ щие самостоятельные функции. Накопленные данные являются той основой, на которой в настоящей главе исследуется прохождение сигналов через систему в целом.

116

Мы снова рассмотрим две основные группы систем. К первой группе относятся системы рельефографии с заряженными деформируемыми слоями (РЗС), в ко­ торых входным сигналом является плотность заряда, распределенного в деформируемом слое, п выходным — освещенность экрана на выходе устройства воспроизве­ дения. Вторую группу образуют системы рельефографии с незаряженными деформируемыми слоями (РНС), входным сигналом в которых будем считать модулиро­ ванный потенциал, заданный на управляющей плоско­

линейно преобразование заряда (потенциала) в плот­ ность сил ц рельефа на поверхности деформируемого слоя в освещенность экрана. Из-за нелинейности тракта систем фазовой рельефографии их функциональный опе­ ратор для каждого вида входного сигнала необходимо рассчитывать в отдельности.

Для систем первой группы в качестве входного сиг­ нала выберем заряд, распределенный в приповерхност­ ном слое по гармоническому закону (2 -1 2 ), а для си­ стем второй группы — потенциал, распределенный на управляющей плоскости также по гармоническому за­ кону (2-41).

•При определенных условиях, которые детально рас­ смотрены в предыдущих главах, зависимость выходного сигнала от входного может оказаться линейной. В этом

вид входного периодического сигнала.

6-2. Светоотдача, кривая свечения и чувствительность систем РЗС

Светоотдачу при заданной глубине гармонической фазовой решетки можно определить с помощью выра­ жений (4-12) или (4-15), из анализа которых следует, что расчет светоотдачи для систем РЗС сводится к на­ хождению зависимости глубины рельефа фазовой ре­ шетки А от а(х) вида (2-12).

Пренебрегая частотными искажениями сигнала при переходе от плотности заряда к плотности сил, с по­ мощью формул (2-15), (2-16), (3-23) и (3-35) получим

117

выражение, описывающее кривую свечения для заряжен­ ного слоя:

сумме амплитуд нормальных и касательных сил основ­

плотности сил основной частоты; сом и F расшифрованы в выражениях (3-11) и (3-13) соответственно, если за­ менить в них г на (3d

только расчета глубины канавки, но и ее частотной ха­ рактеристики. Из выражения (6-1) получим формулу

118

чувствительности заряженных деформируемых слоев

При известной величине Л0 параметры щелевой оптики всегда могут быть подобраны так, чтобы коэф­ фициент светоотдачи оказался линейной функцией угла набега фазы ср. В этом случае светоотдачу можно рас­ считать в соответствии с формулой (4-16) по выра­ жению

где А (/) определяется по формуле (6-1).

Величину светоотдачи для выбранной щелевой опти­ ки при оптимальной глубине рельефа можно опреде­

где А0 определяется по формуле чувствительности (6-5). При быстром (около 0,01 сек) чередовании цикла «запись — стирание» глаз человека реагирует только на среднюю освещенность экрана. Ееможно определить с помощью средней величины коэффициента светоотдачи

V

где tCT—длительность цикла «запись — стирание». Подставив (6-1) и (6-7) в (6-9), после интегрирова­

ния получим:

119