Способ обнаружения дефектов

Способ обнаружения дефектов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ДЕФЕКТОВ , заключающийся в пропускании оптического луча через последовательно расположенные фокусирующую оптическую систему и исследуемую оптическую среду, сканировании сфокусированным лучом по объему исследуемой оптической среды, иэмерении отклика системой селективного усиления на частоте ы , о т личающийся тем, что, с целью повьшения чувствительности к дефектам в оптической среде, одновременно со сканированием сфокусированный луч приводят в периоди§ ческое движение с частотой, равной частоте О) селективного усиления. СП 00

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1151871

«f

1 (1...

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ19 (21) 3665528/24-25 (22) 24. 11. 83 (46) 23.04.85. Бюл. У 15 (72) В.И.Строганов (71) Хабаровский институт июкенеров аелезнодорвкиого транспорта (53) 535.24(088.8) (56) 1. Патент США 1« 3892494, кл. G 01 N 21/59; G 01 J 1/00, опублик. 1978.

2 ° Hadni А. Арр1ication of

the pyroelectric probe techniqUe.—

Ferroelectrics, 1976, v. 13, У 1-4, р. 491-493 (прототип) ..1«50 G 01 N 21/59; G 01 J 1/00 (54) (57) СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ДЕФЕКТОВ, заключающийся в пропускаиии оптического луча через последовательно- расположенные фокусирующую оптическую систему и исследуемую оптическую среду, сканировании сфокусированньвч лучом по объему исследуемой оптической среды, из.-мерении отклика системой селективного усиления на частоте ы, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности к дефектам в оптической среде, одновременно со сканированием сфокусированный луч приводят в периодическое двикение с частотой, равной . частоте ы селективного усиления °

1 1151

Изобретение относится к дефекто-скопии оптических сред и может быть использовано для обнаружения дефектов в оптических кристаллах или в оптических средах в частнос1

5 ти в пироэлектрических средах, в средах с наведенным пироэлектрическим эффектом, поглощающих рассеивающих и люминесцентных средах.

Известен способ обнаружения дефектов, в котором оптический луч модулируют (прерывают) с частотой м>, фокусируют и сканируют по исследуемой оптической среде, а с помощью системы селективного усиле15 ния и регистрации, настроенной на частоту и>, измеряют отклик среды. Измерения осуществляют путем регистрации интенсивности рассеянного в объеме среды и отраженно20 го в обратном направлении излучения. Рассеянное излучение регистрируют фотоприемником (например, фотодиодом или фотоумножителем). Сигнал с фотоприемника попадает на

25 систему селективного усиления и ре" гистрации.

При отсутствии дефектов в оптической среде происходит рассеяние на решетке среды (Рэллеевское, Мандельштам-Бриллюэновское, комбинационное и т.д.), являющееся фоновым излучением.. Это.рассеянное излучение регистрируют фотоприемником и системой селективного усиления и регистрации, получая фоновый 35 отклик. При использовании достаточно интенсивного источника излучения (например, лазера с мощностью излучения 0,1-1 Вт) в фоновое излучение преобразуется 10 -10 часть40 от падающего, т.е.;0,1-1 мВт.

При наличии дефектов в среде появляется дополнительное рассеяние на дефектах, являющееся полезным сигналом (дополнительный отклик) (11. 45

Недостатком данного способа обнаружения дефектов является малан чувствительность к малым дефектам (неоднородностям) среды, так как полезный сигнал от дефекта (дополни- 50 тельный отклик) измеряют на фоне больйого сигнала (на фоне фонового отклика). В связи с этим измерение дефектов кристалла, дающих дополнительный отклик по величине значительно 55 меньший чем фоновый, затруднительно.

Так, например, дефектьгмогут дать дополнительный отклик равный 0,0f0,0001 от фонового отклика (фоновый отклик 1 мВ, дополнительный отклик 10 — 10 мВ) .

Применение дополнительных усилительных систем усиливает одновременно фоновый и дополнительный отклики, так как эти сигналы промодулированы с одной и той же частотой, а уровень дополнительного отклика, по отношению к фоновому, остается таким же низким. Таким образом, данный способ измерения дефектов пригоден для измерения достаточно больших дефектов, дополнительный отклик от которых сравним с фоновым откликом и не пригоден для измерения достаточно малых дефектов °

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ обнаружения дефектов, заключающийся в пропускании оптического луча через последовательно расположенные фокусирующую оптическую систему и исследуемую оптическую среду, сканировании сфокусированным лучом по объему исследуемой среды и измерения отклика системой селективного усиления и регистрации. Измерение осуществляют путем регистрации пироэлектрического отклика среды, т ° е. измеряют разность . потенциалов.на боковых гранях среды (на электродах кристалла), возникающую под действием сфокусированного луча.

При отсутствии дефектов регистрируют фоновый отклик, обусловленный остаточным поглощением в кристалле.

При мощности излучения 0,1-1 Вт ти- . пичный .фоновый сигнал 10 мВ. Большие дефекты дают дополнительный отклик; 5 — 0,5 мВ Малые дефекты среды дают дополнительный отклик

10 "- 10 мВ и меньше. Такие малые сигналы практически невозможно зарегистрировать на фоне такого большого фонового отклика (,- 10 мВ) . Применение дополнительного усиления не приводит к улучшению возможности регистрации дополнительного отклика, так как отношение дополнительного отклика к фоновому остается прежним и после усиления 523.

- Недостатком известного способа является малая чувствительность к обнаружению малых дефектов, обусловленная необходимостью регистрации малых полезных сигналов (лоиолнимежду дополнительным и фоновым откликами.

В предложенном способе периодическое движение сфокусированного луча (фокальной области) с постоянной частотой, совпадающей с частотой селективного усиления сигнала системой селективного усиления и регистрации, приводит к возникновению постоянного фонового сигнала (не менявшегося во -времени, фиг.3).

При наличии дефекта в кристалле периодическое пересечение этого дефекта сфокусированным лучом приводит к появлению периодического во времени полезного отклика (дополнительного отклика), т.е. меняющегося во времени с частотой, равной частоте вращения перетяжки луча.

Общая картина в этом случае — постоянный фоновый отклик плюс переменный дополнительный (полезный ) отклик. При усилении с помощью системы селективного усиления и регистрации этих сигналов эффективно может усиливаться только полезный сигнал (по стоянная составляющая не может быть ления и регистрации). Полезный сигнал может быть значительно усилен по амплитуде, что приводит к значительному увеличению чувствительности предлагаемого способа к малым деПредложенный способ реализуется при помощи устройства, представленнием F=120 мм в оптическую среду 3 (кристалл иодата лития с размером сторон 1520 10 мм ), фокальная обнирует объем исследуемой оптической среды с помощью качающегося в двух плоскостях и перемещающегося поступательно относительно кристалла плоскопараллельного зеркала 5, а также одновременно приводится во вращательное периодическое движение. Вращательное движение фокальной области

4 сфокусированного луча 1 получают, пропуская оптический луч через прозрачную плоскопараллельную пластину

6, нормаль к которой составляет небольшой угол с направлением распространения луча. Пластину с помощью з 1151871 4 тельного отклика) при наличии больших фоновых сигналов (фонового отклика) .

Цель изобретения — повышение чувствительности к обнаружению ма- 5 лых дефектов.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу обнаружения дефектов, заключающемуся в пропускании оптического луча через последовательно расположенные фокусирую1 щую оптическую систему и исследуемую оптическую среду, сканировании сфокусированным лучом по объему исследуемой оптической среды и измерении 15 отклика системой селективного усиления на частоте ш, одновременно со сканированием сфокуснрованный луч приводят в периодическое движение с частотой, равной частоте ю селек- 20 тивного усиления.

Благодаря периодическому движению фокальной области чувствительность способа значительно возрастает, потому что появляется воэможность 25. устранить фоновый отклик и эначитель но усилить дополнительный — полезный отклик. усилена системой селективного усиНа фиг.1 изображена схема устройства, реализующего предложенный Зр спо =об; на фиг ° 2 — сигнал отклика для известного способа на фиг.3— то же, для предложенного способа до усиления; на фиг.4 — то же, после фектам (фиг.4). усиления. 35

В известных способах при модуляции луча в кристалле возникает фо- ного на фиг.1. новый отклнк, который меняется во Луч 1 гелий-неонового лазера времени с частотой модуляции (ЛГ-38) фокусируют с помощью сфе(фиг.2). Фоновый отклик постоянен 40 рической линзы 2 с фокусным расстояпр амплитуде, но переменен во.времени (пульсирующий с частотой модуляции луча). Попадание фокальной области луча на дефект в крис- ласть 4 сфокусированного луча 1 скаталле приводит к небольшому изме- 45 нению фонового сигнала по амплитуде. Это небольшое изменение амплитуды является полезным откликом и его достаточно трудно выделить из

6oJIbIIIoFo фоновогo сигнала (отклика). у

При усилении этих сигналов (дополнительного и фонового откликов) отношение между ними остается постоянным и условия выделения дополни> тельного отклика при усилении не улучшаются, т. е. система селективного усиления и регистрации в данном случае не изменяет отношения

Фиг. 5

ВНИИПИ

Тираж 897

Заказ 2313/33

Подписное фиа. 4

$ 11518 электродвигателя СД-10 приводят во вращательное движение вокруг оси

9 совпадающей с направлением распространения луча.

Частоту вращательного движения 5 пластины выбирают равной н, при этом сфокусированный луч 1 также совершает вращательное движение в кристалле с частотой и>. При пересечении им дефекта в кристалле на электродах 7 появляется периодический сигнал с частотой си, который регистрирует настроенная на частоту и> система селективного усиления и регистрации. Измерение отклика среды при 15 наличии дефектов осуществляют за счет измерения пироэлектрического сигнала. Алюминиевые электроды 7 наносят (напыпяют) непосредственно на кристалл. Частоту периодического вра- 2© щения изменяют в пределах 35-70 Гц.

В качестве системы 8 селективного усиления и регистрации используют

Филиал ППП "Патент" г. Ужгоррд, ул. Проектная, 4 селективный измерительный усилитель типа У2-6. При мощности излучения

ЛГ-38, равной 40 мВт, полезный сигнал (дополнительный отклик) для разных дефектов изменяется в пределах (0,5-100) 10 з мВ, фоновый отклик равен нулю, уровень шумов (0,3-0,5) 10 мВ. Anÿ другого варианта исполнения устройства периодическое колебательное движение сфокусированного луча

1 осуществляют, отражая луч 1 от зе— т зеркала гальванометра, которое приведено в колебательное движение. Частоты колебательного движения области перетяжки и системы селективного усиления и регистрации равны 225 Г

П

Це редлагаемый способ обнаружения дефектов обладает значительно более высокой чувствительностью (в 10 103 раз) по сравнению с известными способами.