Способ измерения обобщенной апертурной функции ультразвукового элемента сканирующего акустического микроскопа

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Целью изобретения является расширение области использования за счет измерения обобщенной апертурной функции ультразвукового элемента в случае его осевой несимметричности. Излучателем 1 формируют на рабочей частоте микроскопа плоскую ультразвуковую волну, распространяющуюся в иммерсионной среде в направлении ультразвукового элемента микроскопа. Меняя направление волнового вектора R 0 плоской волны, регистрируют выходной электрический сигнал ультразвукового элемента микроскопа. Показано, что для плоской волны по зависимости амплитуды и фазы выходного сигнала ультразвукового элемента от направления волнового вектора R 0 определяют с точностью до постоянной обобщенную апертурную функцию (ОАФ) ультразвукового элемента. Поскольку угол наклона вектора R 0 меняют в двух плоскостях, то тем самым измеряются также и азимутальные зависимости ОАФ, обеспечивая, таким образом, возможность измерения ОАФ также и в случае значительной несимметричности ультразвукового элемента относительно акустической оси, что расширяет область использования способа, обеспечивая тем самым положительный эффект. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 В 21 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOfVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

7. ЭЮ/7ВМИ и-триада

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

1 (21) 4395020/24-28 (22) 22.03 ° 88 (46) 07.07,90. Еаих У 25 (71) Московский институт радиотехники, электроники и автоматики (72) С,А.Титов (53) 532,534 (088 ° 8) (56) Liang К.К., Kino G .S., KhuriYakub В,Т. Ма erial characterization

by the 1пчегзх.оп of V(Z). IEEE Trans., .1985 811-32, Р 2, р. 213-224. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ОБОБЩЕННОЙ АПЕРТУРНОЙ ФУНКЦИИ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ЭЛЕМЕНТА СКАНИРУЮЩЕГО АКУСТИЧЕСКОГО МИКРОСКОПА (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, Целью изобретения является расширение области . использования за счет измерения обобщенной апертурной функции ультразвукового элемента в случае его осевой несимметричности. Излучателем 1 формируют на рабочей частоте микроскопа

„,80„„1576839 А 1

2 плоскую ультразвуковую волну, распространяющуюся в иммерсионной среде в направлении ультразвукового элемента микроскопа. Меняя направление волнового вектора плоской волны, регистрируют выходной электрический сигнал ультразвукового элемента микроскопа. Показано, что для плоской волны по зависимости амппитуды и фазы выходного сигнала ультразвукового элемента от направления волнового вектора 1 р определяют с точностью до постоянной обобщенную апертурную функцию (ОАФ) ультразвукового элемента. Поскольку угол наклона вектора R меняют в двух плоскостях, то тем самым измеряются также и азимутальные зависимости ОАФ, обеспечивая, таким образом, возможность измерения ОАФ также и в случае значительной несимметричности ультразвукового элемента относительно акустической оси, что расширяет область использования способа, обеспечивая тем самым положительный эффект. 3 ил, 1576839

Изобретение относится к контрольно-пзмерительной технике и может быть использовано для контроля качества ультразвуковых элементов микроскопов при их производстве, а также для исследования параметров акустических микроизображений.

Целью изобретения является расширение области использования за счет измерения обобщенной апертурной функции ультразвукового элемента в случае его осевой несимметричности.

На фиг..1 представлена схема измерения обобщенной апертурной функции . 15 }ультразвукового элемента; на фиг.2— функциональная схема устройства для реализации способа; на фиг.З вЂ” графи. ческие зависимости, поясняющие способ.

Способ измерения обобщенной апер". 2р турной функции (ОАФ) ультразвукового элемента сканирующего акустического микроскопа заключается в том, что формируют на рабочей частоте микроскопа ультразвуковое излучение в виде плос- 25 ких волн, распространяющееся в иммерсионной среде в направлении ультразвукового элемента, меняют направление волнового вектора плоской волны, при этом регистрируют выходной электричес-30 кий сигнал ультразвукового элемента, по полученной зависикост|| определяют

ОАФ. ца схеме измерения Oh

Плоская волна создает в фокальной плоскости (Х,Y-) распределение поля

U(Xc),Y ), представимое в виде

П(Хо, Y ) = V ехр i(k»Xo+}c„Yo) > (1) где kx =k oos 9», k =k соэ В, <| о (2) а величина Vo не зависит от координат ,у 50

При этом спектральная плотность распределения (1) определяется соотно- шением

V(f «, f ) =P(<) (X,У«)} =<««(2«(,, -<с ) « х 3 (2 о Г, -k ), (3 ) где символ Ff ) — двумерное преобразование Фурье; символ о() — дел|>та-функцию, Отклик Ь(Х„,У„) можно выразить

Фурье — образом обобщенной апертурной функции G (X,У) с помощью соотношения

t M

Ых„<> =ф(х,))} и G(x,Y>«

Г л. Хо Уп х ехр1-2»i(— Х + - Y) dXdY, И Qf ) (5) где f — фокусное расстояние ультразвукового элемента;

) — длина ультразвуковой волны в икмерсионной среде на рабочей частоте микроскопа;

Из соотношения (5) следует, что функция С (Х,Y) имеет смысл когерентной передаточной функции ультразвукового элемента микроскопа

Г(Ь(Х„У,) =К„ G (- ffx> УК „ ),(6) где К вЂ” постоянный множитель.

Тогда, с учетом соотношений (3), (4) и (6) спектральная плотность изображения V(X,УЗ): г- >ч(х), <, )} =г1) (х.,<, )} « ф (х„у, ) =к,ч с(аа„,ась ) .x

xa) (kq-2((f») Я (1< -2)) fy ) . (7)

Отсюда, для 1(Х,Y>) имеет место соотношение

V(X,Уз ) =К>G ()

+1 У,), где К вЂ” постоянный множитель.

В рассматриваемом способе используется несканирующий режим работы, поэтому можно положить Х =Y =О.Тогда, с учетом (2) из соотношения (8) сле-. дует

V(0,0) — К G(f (os(», f < osg ) . (8) Достигнув ультразвукового элемента, волна преобразуется им в электрический сигнал V который регистрируется.

Электрический сигнал V, используемый в сканирующем акустическом микроскопе для формирования иэображения образца, положение которого определяется координатами сканирования Х,Y

5 можно представить в виде свертки, (.ОО

<«(х„<)) = J j h(Q,т,)и (х,-х„<,-Y,> «

" (1Хо <>Уо ) (4) где Ь(Х,У ) — импульсный отклик ультразвукового элемента, равный выходному сигналу, вызываемому точечным источником с координатами (Х „Y,) .

1576839

Из соотношения (9) следует, что выходной сигнал ультразвукового элемента пропорционален ОАФ в точке, координата которой (f cos9» f «osQ )

3 зависит от направления распространения волны, В процессе измерения направления волнового вектора необходимо для осуществления фазовых измерений, контролировать значение фазы излучае- 1ð мой волны в фокусе ультразвукового элемента.

Таким образом, регистрируя амплитуду и фазу выходного сигнала ультразвукового элемента как функции направления волнового вектора плоской волны, определяют с точностью до постоянного множителя ОАФ.

Устройство для реализации способа содержит (фиг.2) излучатель 1 плоских 20 ультразвуковых волн (излучатель 1), состоящий из ультразвукового преобразователя 2 и звукопровода 3, генератор 4 радиоимпульсов,. выход которого соединен с входом преобразователя 2, 25 последовательно соединенные селектор

5 и приемник 6, механизм 7 поворота, на котором закреплен излучатель t, иммерсионную среду 8, предназначенную ,для обеспечения акустического контакта30 излучателя 1 с объектом исследования, Механизм 7 поворота обеспечивает возможность поворота излучателя 1 в двух плоскостях.

Перед началом измерений исследуемый объект — ультразвуковой элемент 9 микроскопа, состоящий из акустической линзы 10 и ультразвукового преобразователя 11, соединенных звукопроводом

12, устанавливают в устройстве таким 40 образом, что иммерсионная среда 8 обеспечивает акустический контакт излучателя 1 с поверхностью акустической линзы 10. Выход ультразвукового преобразователя 11 подключают к входу селектора 5. При этом для обеспечения возможности фазовых измерений ультразвуковой элемент 9 юстируется так, чтобы его фокус совпадал с пересечением осей, относительно которых осуществляется поворот излучателя 1 °

Устройство работает следующим образом, Последовательность pàäèîèìïóëüñîâ, вырабатываемая генератором 4, возбуждает ультразвуковой (пьезоэлектрический) преобразователь 2, который излучает плоские продольные волны, распространяющиеся в звукопроводе 3 и затем в иммерсионной среде 8. Далее эти волны преобразуются акустической линзой 10, проходят звукопровод 12 и принимаются ультразвуковым преобразователем 11. Полученные на его выходе импульсные радиосигналы выделяются селектором 5 на фоне электромагнитных помех и сигналов переотражения н поступают в приемник 6, где подвергаются обработке.

В качестве приемника 6 и генератора 4 могут быть использованы приемопередающие устройства микроскопа, работающего в обычном режиме, На фиг.3 представлен (кривая А) результат измерения модуля ОАФ. Ось симметрии кривой А существенно смещена относительно акустической оси ультразвукового элемента, что может вызываться, например, погрешностью взаимного расположения преобразователя и линзы. Поскольку в данном эксперименте радиус преобразователя выбран существенно. меньшим .радиуса линзы, то

ОАФ определяется, главным образом, распределением поля преобразователя ультразвукового элемента в задней фокальной плоскости акустической линзы, а не функцией зрачка последней.

На фиг.3 представлена также кривая

В, полученная расчетным путем для случая .поршневого круглого излучателя с радиусом, равным радиусу преобразователя, расположенного в акустически жестком экране.

Сравнение кривых А и В на фиг.3 приводит к выводу о вполне удовлетворительном соответствии экспериментальных и расчетных результатов °

Формула и з о б р е т е н и я

Способ измерения обобщенной апертурной функции ультразвукового элемента сканирующего акустического микроскопа, заключающийся в том,.что формируют на рабочей частоте микроскопа ультразвуковое излучение, распространяющееся в иммерсионной среде„ в направлении ультразвукового элемента, регистрируют выходной электрический сигнал ультразвукового элемента, который используют для определения обобщенной апертурной функции, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения области использования за счет измерения обобщенной апертурной. функции ультразвукового элемента также и в случае его осевой несимметрич1576839

Составитель 0,Смирнов

Редактор Л,Гратилло Техред Л.Сердюкова Корректор С.Черни

Заказ 1844 Тираж 484 Подписное

ВЙИИПИ Государственного комитета по изаоретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5.

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул, Гагарина, 101 ности, ультразвуковое излучение формируют в виде плоской волны, меняют в процессе излучения направление волнового вектора плоской волны, опреде-, ляют обобщенную апертурную функцию по зависимости регистрируемого выходного сигнала ультразвукового элемента от направления волнового вектора.