Способ исследования внутренней структуры объектов в трансэмиссионном акустическом микроскопе

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Цель изобретения - повьшение информативности способа и расширение области его применения путем получения количественных 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. Указанный цикл операций повторяют п раз, каждый раз перемещая объект вдоль оси ультразвуковой волны на шаг S,равный . О внутренней структуре объекта судят по данньм, полученным путем вычитания из данных каждого последующего цикла параметров предыдущих циклов измерений с учетом весовых коэффициентов. 1 ил. с (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) (ll) А1 (gg 4 G O1 N 29/D

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетений и ОткРытий (21} 4073800/25-28 (22) 02.06.86 (46) 15.07.88.Бюл. У 26 (71) Институт химической физики

АН СССР (72) О.В.Колосов, Л.Ф.Мациев, P.Ã.Èàåâ, E.Þ.Ëàãóòåíê0âà, Т.А.Сенюшкина и М.Ф.Пьпаный (53} 534.8 (088.8) (56} Патент США У 1503734, кл. G 01 N 29/00, 1975. (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 количественных 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 п раэ, каждый раз перемещая объект вдоль оси ультразвуковой волны на шаг S,ðàâíûé

Л/2 c $ c g, О внутренней структуре объекта судят по данным,-полученным путем вычитания из данных каждого а последующего цикла параметров предыдущих циклов измерений с учетом весовых коэффициентов. 1 ил.

I 14099 ! !

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может (! быть использовано для исследования ! ( внутренней структуры объектов с по5 мощью ультразвуковых волн. !

Цель изобретения — повышение инi формативности способа и расширение области его применения путем получения количественных характеристик внутренней структуры объекта.

На чертеже приведена блок-схема устройства, реализующего способ.

Устройство реализующее способ, представляет собой трансэмиссионный 15 микроскоп, который содержит держатель l, линзы 2 и 3 с пьеэопреобразователями 4, двухкоординатную сканирующую систему 5, измеритель 6 координат, блок 7 излучения и приема 20 ультразвуковой волны, блок 8 вычислений, например ЗВМ, систему 9 позиционирования, Способ осуществляется следующим образом.

Объект 10 закрепляют в держателе

1, помещают между линзами 2 и 3 с пьезопреобразователями 4 в каплю ию ерсиоиной жидкости ll . Затем объект сканируют .с помощью двухкоорди, иатной сканирующей системы 5, измеряя при этом координаты плоского сканирования измерителем 6 координат.

При смещении объекта 10 иа заданное фиксированное расстояние с помощью 35 блока 7 и линзы 2 производят его облучение фокусированным ультразвуком и регистрируют изменения амплитуды и

I фазы прошедшей через объект ульт развуковой волны с помощью линзы 3 40 . блока 7, а затем записывают их в, память блока 8.

По окончания плоского сканирования.объект смещают вдоль оси ультра звукового пучка с помощью системы 9 45 позиционирования объекта на заданное фиксированное расстояние. Все ука занные действия повторяют многократ,но. Затеи накопленные в ЭВИ данные обрабатывают и получают трехмерное распределение физико"механических

1 параметров микрообъекта, Величину шага 8 перемещения вдоль акустичес кой оси выбирают иэ условия Яьй, С де им f ка в иммерсионной жидкости; f — частота ультразвука; Я вЂ” длина волны звука в иммерсионной жидкости.

Количество повторений указанных операций определяется соотношением между толщиной объекта и продольной разрешающей способностью акустического микроскопа. Для исследования объекта толщиной d перемешение осуществляют в п раэ, где п — ;. — .

cl

Пример. Определяют трехмерное распределение коэффициента поглощения звука (х,у,z) на участке разме рами 48 х 48 мкм образца крылышка мухи толщиной около 20 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 обраэом, 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

l,5 мкм. При этом объект n=8 раз смещают вдоль оси пучка каждый раз на

S 2,7 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.

140991 5

По окончании сканирования в памяти блока 8 (3BN) остаются амплитуда и фаза сигнала, когда ультразвук проходил мимо образца, и два трехмерных массива — массив амплитуд и массив фаз сигналов, полученных при сканировании, размерности 32х32х8.

Вычисляя по каждым амплитуде и фазе комплексный сигнал, получают, соответственно, комплексный сигнал

S,измеренный в отсутствие образца, и трехмерный массив комплексных сигналов, полученных при сканировании

S(d). Из каждого элемента этого массива вычитают Sö. Производя пространственное преобразование Фурье полученного массива S, вычисляют спектр

S — - трехмерный массив комплексных чисел такой же размерности. Домножая этот спектр поэлементно на хранящуюся в памяти блока 7 характеристику Н микроскопа, измеренную заранее для данного микроскопа, представ ляющую собой массив вещественных чи25 сел такой же размерности1 как и S, получают спектр F.

Выполняя обратное преобразование

Фурье этого спектра, получают квадрат переменной части волнового числа К (г) с отрицательным знаком в

2.. виде трехмерного массива комплексных чисел, Прибавляя к каждому элементу этого массива известное волновое число в воде К, 2 10 + 46 7i см

Ь ° -1 35 получают распределение квадрата волнового числа в сканируемой области,, Из каждого элемента массива извлекают квадратный корень. Выделяя мнимую часть, получаю т искомое распределение поглощения в виде трехмерного массива размерности 32х32х8. Значения поглощения н интересукяцих областях выделенного участка распечатывают.

Формула изобретения

Способ 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 шийся тем, что, с целью повышения информативности способа и расширения области его применения, после сканирования объект дополнительно перемещают вдоль оси ультразвуковой волны на расстояние

S, значение которого выбирается из интервала Л /2 с S6Л, где — длина ультразвуковой волны в иммерсионной жидкости, затем цикл перемещения повторяют и раз, рассчитанное по формуле n d/S, где d — толщина объекта, при этом данные об амплитуде и фазе, полученные при каждом цикле, нанакапливают, а затем иэ данных каждо

ro последующего цикла вычитают данные всех предыдущих циклов.-с учетом . соответствующих весовых коэфф щиентов и по полученному результату судят о внутренней структуре объекта.

14099.1 5

Составитель О.Несова

Редактор И.Касарда Техред Л.Олийнык ° - Корректор А.Обручар

Заказ 3470/39 Тираж 847

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д. 4/5

Проиэводственн< -полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4