Способ неразрушающего контроля механической анизотропии диэлектрических материалов

Авторы патента:

G01N22 - Исследование или анализ материалов с использованием сверхвысоких частот (G01N 3/00- G01N 17/00,G01N 24/00 имеют преимущество)

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для неразрушающего контроля диэлектрических материалов в радиотехнической и авиационной промышленности. Цель изобретения - повышение точности контроля анизотропии диэлектрических материалов . Сущность изобретения заключается в поочередном облучении диэлектрического материала под углом 45° двумя линейно поляризованными волками, азимут которых составляет 45 и 90° с плоскостью падения, измерении эллипсометрических параметров отраженной электромагнитной волны, падающей на образец с азимутом 45°, и коэффициента отражения электромагнитной волны, азимут которой при падении на образец составляет 90°, и определении экстремальных значений отношения эллипсометрического параметра р к коэффициенту отражения. Изобретение позволяет обнаружить анизотропию материала при любом положении образца, а также практически полностью исключить погрешность, обусловленную перекосами образца, и погрешность , связанную с амплитудно-временной и частотной нестабильностью источника излучения. 1 ил. У fe

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (505 6 01 и 22/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4638775/09 (22) 18.01.89 (46) 07.11.91. Бюл. М 41 (71) Институт прикладной физики АН БССР (72) С.А.Тиханович и Е.С.Максимович (53) 621.396.39(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1109669, кл. G 01 R 27/26, 1984.

Авторское свидетельство СССР

hb 623145, кл. G 01 N 22/00, 1978. (54) СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ АНИЗОТРОПИИ

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для неразрушающего контроля диэлектрических материалов в радиотехнической и авиационной промышленности.

Цель изобретения вЂ” повышение точности контроля анизотропии диэлектрических материалов. Сущность изобретения заключаИзобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для бесконтактного неразрушающего контроля диэлектрических материалов и иэделий.

Целью изобретения является повышение точности контроля.

На чертеже приведена блок-схема устройства, реализующего способ неразрушающего контроля механической анизотропии диэлектрических материалов.

Устройство содержит ист очник 1 линейно поляризованного излучения, вращатель

2 плоскости поляризации, поляризационЫ.1, 1689815 А1 ется в поочередном облучении диэлектрического материала под углом 45 двумя линейно поляризованными волнами, азимут которых составляет 45 и 90 с плоскостью падения, измерении эллипсометрических параметров отраженной электромагнитной волны, падающей на образец с азимутом

45, и коэффициента отражения электромагнитной волны, азимут которой при падвнии на образец составляет 900, и определении экстремальных значений отношения эллипсометрического параметра р к коэффициенту отражения. Изобретение позволяет обнаружить анизотропию материала при любом положении образца, а также практически полностью исключить погрешность, обусловленную перекосами образца, и погрешность, связанную с амплитудно-временной и частотной нестабильностью источника излучения. 1 ил. ный модулятор 3, диэлектрический материал 4, второй вращатель 5 плоскости поляризации, анализатор 6, СВЧ-детектор 7 ° усилитель 8, блок 9 выборки и деления напряжения, экстрематор 10, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 11, блок 12 обработки и измеритель 13 разности фаз.

Устройство работает следующим образом.

Электромагнитные колебания, генерируемые источником 1, поступают во вращатель 2, где устанавливается азимут зондирующего излучения равным 45, и поступают далее в модулятор 3. С помощью

1689815 (4) модулятора 3 из исходного СВЧ-излучения формируют две линейно поляризованные электромагнитные волны, азимут которых составляет соответственно 45 и 90 с плоскостью падения, и поочередно направляют их на материал 4, Отраженное от него электромагнитное излучение поступает во вращатель 5. С помощью вращателя 5 осуществляется вращение эллипса поляризации отраженной волны, а затем с помощью анализатора 6 выполняется преобразование электромагнитной волны эллиптической поляризации в линейно поляризованную волну, После детектирования с помощью детектора 7 сигнал усиливается усилителем 8 и поступает на блок 9, с помощью которого определяют отношение минимального значения сигнала к максимальному, которое дает значение коэффициента эллиптичности отраженной электромагнитной волны, поскольку анализатор 6 при вращении эллипса поляризации вращателем 5 в минимуме сигнала выделяет малую ось эллипса, а в максимуме вЂ” большую. Измерение азимута осуществляется путем измерения разности фаз опорного сигнала с опорной обмотки вращателя 5 и продетектированного сигнала с выхода усилителя 8, которые поступают ка входы измерителя. !3, Выходной сигнал измерителя

13, пропорциональный азимуту отраженной волны, поступает в блок 12. Блох 9 в соответствии с управляющим сигналом с модулятора 3 работает в двух режимах. В первом, при облучении материала 4 линейно г(оляризованной электромагнитной волной, плоскость поляризации котооой составляет 45ос плоскостью падения, с помощью блока 9 определяют отношение минимального значения сигнала к максимальному, которое дает значение коэффициента эллиптичности отраженной электромагнитной волны, поскольку анапизатор 6 при вращении эллипса поляризации вращателем 5 в минимуме сигнала выделяет малую ось эллипса, а в максимуме вЂ” большую. Во втором режиме, при облучении материала 4 линейно поляризованной электромагнитной волной, плоскость поляризации которой составляет 90 с плоскостью падения, с помощью блока 9 определяют отношение максимального значения сигнала к минимальному, которое дает при условии предварительной калибровки величину коэффициента отражения зондирующей волны. Измеренные значения коэффициента эллиптичности и коэффициента отражения с помощью АЦП 11 преобразуются в цифровой код и поступают в блок 12, в котором рассчитывается значение эллипсомет5

35 рического параметра р и определяются экстремальные значения величин р/R, при вращении материала 4, по отношению которых судят о степени анизотропии материала 4.

Запишем выражения для коэффициентов отражения линейно поляризованных

СВЧ-волн, поляризованных в плоскости падения (р-поляризация) и перпендикулярно ей (S-поляризация); о 1

В(П pо + ф1 (2) где ((Ъ, p1 вЂ” угол падения и преломления соответственно.

Если положить угол падения p = 45, то из(1) и (2) получим (Я(45 - Ч,) 6q (450- ц, ) я с

Р У(45. Ср,) Е (9О -(45 вЂ” р,)1 g (450-(р,) („5 „,)

»в(45 -Ц,1»Л(45 -Ч,)

» <(45о+ Ц),1 5»$90 (45 (р,)1

q) ð (45 -Щ со5(45 вЂ” сР) вЂ” (3 (45 -Ц,)

Из уравнений {3) и (4) получаем

Rp = R2s (5)

Рассмотрим теперь основное уравнение эллипсометрии, которое имеет следующий вид: р =19фе =ф

1Д R (6) где ф, Л вЂ” эллипсометрические углы.

В радиоволновой эллипсометрии более удобно измерять другие эллипсометрические параметры: эплиптичность tg y и азимут g, которые связаны с ф, Л известными формулами перехода. Воспользовавшись этими формулами, уравнение (6) с учетом (5) для изотропного диэлектрического материала без поглощения приводится к,следующему виду: (2

Р =19.9е =rgb= = вЂ” = Rç,, (7) йз 14

Таким образом из (7) видно, что для изотропного диэлектрического материала без поглощения тангенс азимута отраженной волны, падающей на материал под углом о

45, и линейно поляризованной под углом

45 к плоскости, падения равен коэффицивиту отражения линейно поляризованной волны, поляризованной перпендикулярно плоскости падения. Следователько, отношение р /йз для изотропного материала должно тождественно равняться единице. В случае контроля анизотропных материалов при облучении последних линейка поляризованной волной под углом 45о и азимутом ,") зд = 45о тангенс азимУта (длЯ матеРиалов.

1689815

p =tg Qe гдe (ip/8з,)макс (p Râ )мик, экстремальные значения отношений; ф, Л вЂ” зллипсометрические углы, связанные с эллиптичностью и азимутом.

Составитель А. Лысов

Редактор О;Юрковецкая Техред М.Моргентал Корректор М. Шароши

Заказ 3808 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Произаодстеенно-издательский комбинат Патент", г. ужгород, ул.Гагарина. 10З без поглощения) или значение зллипсометрического параметра р (при его наличии) отраженной волны не равняется величине

R>, поскольку соотношение (5) Для Ортогонально поляризованных компонент р- и $-, 5 на которые можно разложить падающую волну, не выполняется вследствие анизотропии диэлектрических свойств материала.

Более высокая точность обусловлена использованием эллипсометрической мето- 10 дики измерения параметров двух линейно поляризованных волн, имеющих равный угол падения и различный азимут.

Формула изобретения

Способ неразрушающего контроля ме- 15 ханической анизотропии диэлектрических материалов, заключающийся в облучении диэлектрического материала линейно поляризованной волной, измерении коэффициента отражения Rs отраженной волны, 20 плоскость поляризации которой составляет угол с1 с плоскостью падения, и измерении параметров отраженной волны, плоскость поляризации которой составляет угол а2 к плоскости падения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля, диэлектрический материал облучвют под углом 45, величины углов а> и а2 выбирают соответственно 90 и 45, а в качестве измеряемого параметра отраженной волны, плоскость поляризации которой составляет угол а = 45, выбирают эллиптичность и азимут эллипса поляризации, а степень анизотропии диэлектрического материала определяют по формуле

Способ неразрушающего контроля механической анизотропии диэлектрических материалов

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для бесконтактного измерения физических свойств веществ, перемещаемых по трубопроводам

Высокочастотный датчик сплошности потоков двухфазных сред // 1682896

Устройство для измерения угловых перемещений конструкции летательного аппарата // 1681208

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения угловых перемещений конструкций летательного аппарата (ЛА) в тепловых камерах

Способ измерения параметров экранирующих материалов и устройство для его осуществления // 1679413

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для исследования параметров экранирующих материалов, преимущественно являющихся крупногабаритными строительными конструкциями сооружений

Способ дистанционного определения солености почвы // 1672321

Изобретение относится к технике радиолокационного зондирования Земли

Способ измерения сплошности потока жидкости // 1672320

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может использоваться для измерения параметров потоков сред, транспортируещих по трубопроводу

Способ определения индекса рефракции атмосферы // 1672319

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может использоваться при измерении индекса рефракции радиоволн в атмосфере

Устройство для оценки текучести пульпы // 1670548

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения равномерности перемешивания пульпы в емкости контура пульпоприготовления

Способ определения электрически активных примесей в полупроводниковых структурах с р - п-переходом // 1669407

Изобретение относится к технике выявления электрически активных примесей в полупроводниковых материалах

Датчик для измерения холловской подвижности носителей заряда в полупроводнике // 1665290

Изобретение относится к неразрушающему радиоволновому контролю

Способ исследования подповерхностных слоев объектов // 2101694

Изобретение относится к радиолокации, а именно к способам исследования подповерхностных слоев различных объектов

Способ изменения свойств материалов и устройство для его осуществления - генератор "эмитоп" // 2102233

Изобретение относится к созданию материалов с заданными свойствами при помощи электрорадиотехнических средств, что может найти применение в химической, металлургической, теплоэнергетической, пищевой и других отраслях промышленности

Датчик поточного влагомера // 2102731

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам измерения влажности, и может быть использовано в тех отраслях народного хозяйства, где влажность является контролируемым параметром материалов, веществ и изделий

Способ определения диэлектрической проницаемости материала // 2103673

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к технике измерений макроскопических параметров сред и материалов, и, в частности, может использоваться при неразрушающем контроле параметров диэлектрических материалов, из которых выполнены законченные промышленные изделия

Устройство для контроля электромагнитной сплошности поверхности изделий // 2103674

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для неразрушающего контроля состояния поверхности конструкционных материалов и изделий и может быть использовано в различных отраслях машиностроения и приборостроения

Устройство для контроля дефектов в изделиях из диэлектрических материалов // 2103700

Изобретение относится к технике измерений с помощью электромагнитных волн СВЧ диапазона и может использоваться для дефектоскопии строительных материалов различных типов с различной степенью влажности

Компьютерный томограф // 2103920

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля и может использоваться для томографического исследования объектов и медицинской диагностики при различных заболеваниях человека, а также для лечения ряда заболеваний и контроля внутренних температурных градиентов в процессе гипертермии

Способ определения границ фазовых переходов в полимерах // 2104515

Изобретение относится к области исследования свойств и контроля качества полимеров в отраслях промышленности, производящей и использующей полимерные материалы

Способ исследования объектов квч воздействием // 2108566

Изобретение относится к исследованию объектов, процессов в них, их состояний, структур с помощью КВЧ-воздействия электромагнитных излучений на физические объекты, объекты живой и неживой природы и может быть использован для исследования жидких сред, растворов, дисперсных систем, а также обнаружения особых состояний и процессов, происходящих в них, например аномалий структуры и патологии в живых объектах

Устройство для измерения сплошности потоков криопродуктов // 2108567

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения сплошности потоков диэлектрических неполярных и слабополярных сред, преимущественно криогенных