Акустический микроскоп для оперативного просмотра объекта

Акустический микроскоп для оперативного просмотра объекта

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для неразрушающего контроля материалов. Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей за счет повышения скорости получения связанных изображений контролируемого объекта . Акустический микроскоп с аналоговым запоминанием и отображением сигналов на осциллографической трубке с послесвечением позволяет выполнять оперативный и квазинепрерывный просмотр связных изображений без потери разрешения и детальности наблюдения контролируемых объектов, размеры которых превышают информационные возможности устройства запоминания и визуализации Для реализации в схему микроскопа введены блок 32 установок величины сдвига растра сканирования, схемы 26 счета и формирования строчных и кадровых синхроимпульсов управления сканированием , схемы 25 управления величиной обратного кадрового хода, которые осуществляют управляемый сдвиг растра сканирования по объекту и изображаемого участка на экране. 2 ил (Л С

СОЮЗ COBE ТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 N 29/04

ГОСУДАРСТВЕН)ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССP

1 (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4880557/28 (22) 26.07,90 (46) 23,11,92. Бюл. №.43 (71) Фрязинский филиал Центрального научно-исследовательского института "Циклон" (72) В.В.Карнишин и В.Г.Смирнов (56) ТИИЭР, 1979, т. 67. ¹8.,с 5-31.

Зарубежная электронная техника, 1987, в, 7 (314), с. 65--78, ЦНИИ "Электроника".

Trans IEEE on Son. and Ultrasonics, 1985, Su-32, ¹2,,р. 274-287.

Приборы и техника эксперимента, 1986, N 2,с.194, Электронная промышленность, 1983, в.

6 (123), с. 36.. (54) АКУСТИЧЕСКИЙ МИКРОСКОП ДЛЯ

ОПЕРАТИВНОГО ПРОСМОТРА ОБЬЕКТА (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для нераэрушающего контроля материалов. Цель изобретения — расширеИзобретение относится к аппаратуре для неразрушающего. контроля материалов и иэделий с помощью.сфокусированных ультразвуковых и гиперзвуковых волн, Известны линзовые акустические микроскопы, в которых используются аналоговые устройства запоминания и отображения сигналов — осциллографические электронно-лучевые трубки с послесвечением. Из-за ограниченного размера экрана на них можно запомнить и единовременно отобразить акустическое изображение, как правило, нг большой части контролируемого объекта, .. Ж „1777071 Al ние эксплуатационных возможностей за счет повышения скорости получения связанных изображений контролируемого объекта. Акустический микроскоп с аналоговым запоминанием и отображением сигналов на осциллографической трубке с послесвечением позволяет выполнять оперативный и квазинепрерывный просмотр связных изображений без потери разрешения и детальности наблюдения контролируемых объектов, размеры которых превышают информационные возможности устройства запоминания и визуализации, Для реализации в схему микроскопа введены блок 32 установок величины сдвига растра сканирования, схемы 26 счета и формирования строчных и кадровых синхроимпульсов управления сканированием, схемы 25 управления величиной обратного кадрового хода, которые осуществляют управляемый сдвиг растра сканирования по объекту и изображаемого участка на экране. 2 ил, Попытка увеличить площадь образца путем отображения через интервалы, превышающие разрешение микроскопа, приводит к потере детальности иэображения объекта, а следовательно, и достоверности.

Целью изобретения является акустический микроскоп, позволяющий производительно выполнять оперативный и квазинепрерывный просмотр связных изображений без потери разрешения и детальности наблюдения контролируемых объектов, размеры которых превышают информационные возможности устройств аналогового запоминания и визуализации для

1777071

40

50 объекта единовременного запоминания и отображения всего объекта или его значительной части.

Указанная цель достигается тем, что в акустическом микроскопе с аналоговым запоминанием. содержащем передающий блок, акустический линзовый элемент, приемный блок, соединенные трехплечим циркулятором или направленным ответвителем, осциллографическую трубку с послесвечением. устройство механического растрового сканирования акустического пучка по поверхности контролируемого объекта, устройство временной синхронизации работы перечисленных устройств, согласно изобретению добавляются блок установок величины сдвига растра сканирования, схемы счета и формирования строчных и кадровых синхроимпульсов управления сканированием, схемы управления величиной обратного кадрового хода, соединен ные согласно схеме, которые осуществляют управляемый сдвиг растра cKBHvlpoBGHMsl no объекту, а-следовательно, и изображаемого участка на экране.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое решение отличается перечисленными добавленными схемами, обеспечивающими сдвиг растра сканирования по объекту, и следовательно, изображаемого на экране участка во времени, Этим заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения также с другими техническими решениями в данной области техники не выявило признаков, отличающих его от прототипа, что соответствует критерию "существенные отличия", На фиг.1 приведена структурно-функциональная схема линзового акустического микроскопа (ЛАМ) с аналоговым запоминанием и отображением на осциллографической трубке с послесвечением; на фиг.2а,б— порядок сканирования объекта и процесс изменения изображения, формируемого на экране трубки, ЛАМ состоит из блока передатчика 1, выход которого соединен со входом циркулятора 2, первый выход которого соединен с преобразователем 3 акустического линзового элемента (АЛЭ) 4, а второй выход — с информационным входом блока приемника

8, С выхода усиленный сигнал подается на электрод трубки блока индикатора 28, модулирующий яркость луча, Входы отклоняющей системы блока индикатора 28 соединены с выходами х,у блока развертки

27. Этот блок, а также схемы управления реверсом 25, схема компаратора 30 соединены линиями подачи строчных(ССИ) и кадровых {КСИ) синхронизирующих импульсов со схемой счета и формирования 26, которая соединена в свою очередь по линиям управления с компаратором 30 и блоком установки сдвига 32. Выход режима 1К (сдвиг на один кадр) последнего соединен со входом схемы выключения реверса 29, выход которой соединен с управляющим входом схемы управления реверсом 25. Два выхода этой схемы соединены по линиям управления направлением сканирования с управляющими входами блока механического сканирования 18. Входы синхронизации передающего

1, приемного 8 блоков, схемы счета и формирования 26 и вход запуска блока сканирования 18 соединены,с соответствующими выходами блока синхронизации 17, Запускающий его импульс начала строки поступает по линии с блока 18.

Устройство работает следующим образом. Модулированные по амплитуде импульсные электрические колебания передающего блока через циркулятор 2 поступают на электроакустический преобразователь 3 АЛЭ 4 и акустическая волна после преломления линзой 5 фокусируется на объект 7 и после отражения от него, пройдя обратный путь и акустоэлектрическое преобразование, через 3-е плечо циркулятора 2 поступает в приемник 8, а после усиления в нем сигнал подается на электрод трубки блока индикатора 28, модулирующий яркость записывающего электронного луча.

Перемещение луча на экране трубки индикатора 28 по осям х и у синхронизовано импульсами с блока 17, со сканированием акустического пучка по поверхности объекта в направлениях х и у, реализуемым блоком ска ниро ва ния 18. Этим достигается соответствие положения элементов на сканируемом участке объекта и точек акустического изображения на экране. Трубка достаточно высокого разрешения обычно сохраняет видимое изображение в течение нескольких секунд, определяющих время получения одного кадра Тк, Поэтому для наблюдения устойчивого изображения его необходимо через промежуток Тк возобновлять путем повторного сканирования по тому же участку. Для этого сканирующее устройство после завершения очередного кадра должно возвращать акустический пучок к началу первой полоски того же участка

Отличие в работе нашего микроскопа состоит в том, что пучок возвращается к началу второй или следующих строк-полосок участка объекта, сканируемого в предыдущем кадре. Так как развертка луча начинается всегда с одного места экрана, то

1777071

20

35

50 новый кадр будет начинаться с изобрэжения новой первой полоски сканируемого участка. Освободившиеся в конце кадра строки будут заполнены иэобрэжением продолжения сканируемого участка в нэпрэвлении кадрового сканирования, Если процесс сдвига при обратном ходе кадрового скэнерэ продолжить, то нэ экране "побежит" чередовэнием кадров изображение целой полосы объекта, Для реэлизэции этого процессэ в схему микроскопа введены новые элементы.

Схема счета и формирования 26, получэя от блока синхрониээции 17 импульсы, синхронные с импульсами начала строки сканирования, пересчитывает их число нэ прямом и обратном ходе сканера и формирует соответствующей длительности кэд ровые (КСИ) и строчные (ССИ) синхроимпульсы для системы сканирования 18 и блока рэзверток 27 луча индикатора 28.

Блок установки сдвига 32 служит для выборэ оператором величины сдвига кадра, т.е. части перемещения сканера по оси у, нэ которую он не дойдет при обратном (реверсивном) ходе, Онэ может выражаться в долях кадра — 0,5 К, 0,25К..., или числом строк—

1 с, 0 с. Режим Ос соответствует повторению сканирования и изображения одного и того же участка объектэ, Установка нэ блоке

32 сдвига 1,0К, т.е. нэ всю длину кадра, соответствует непрерывному перемещению сканера и изобрэжения нэ экране по оси у в прямом направлении, Отмену обратного хода сканера осуществляет схема выключения реверса 29 совместно со схемой управления реверсом 25, Последняя в этом режиме выдает сканирующей системе 18 только ССИ прямого хода, Независимо от установок величины сдвига нэ обратном ходе блок рэзверток 27 должен вырэбэтывэть сигналы, возвращающие электронный луч индикатора 28 в исходную точку растра изобрэжения ко времени начала каждого нового периода сканирования.

Предлагаемая функционэльнэя схема работает следующим образом.

В зависимости от требуемого режима просмотра контролируемого объекта — с

"вытеснением" кадра, с повторением изобрэжения выбрэн ного участка или в режиме прогона — нажимается соответствующая кнопка нэ блоке установки сдвига 32. С сигналом "Пуск" начинается быстрое скэнировэние, и нэ блок синхронизации поступают импульсы начала строки, запускэющие формировэние тактовых и строчных импульсов.

Первые зэпускэют перелзющий и приемный блоки для получения сигнала ЛАМ, который подэется на:...л одулятора индикатора 28 (вход). Строчные синхроимпульсы (ССИ) подэются нэ схему счета 26. где используются для формирования ССИ и

КСИ. запускающих блок рэзверток 27 индикэторэ 28 и ССИ прямого ходэ сканера 18.

После отсчета заданного количества импульсов строк в кадре вырэбэтывэется сигнэл нэ реверс движения в направлении у, переключающий счетчики нэ обратный счет.

Компэрэтор 30 сравнивает код обратного счета с установленным нэ блоке 32 и после их совпадения вырэбэтывэет импульс прекрэщения реверсивного движения, После этого счетчики сбрасываются и с блока 26 через схему 25 начинают вновь поступать нэ сканирующую систему 18 ССИ прямого ходэ.

В режиме прогона при нажатии кнопки

"1, ОК" включается в работу схема выключения реверса, зэпрещэющэя реверс. При этом перемещение по оси у происходит в одном направлении, счетчики работают в циклическом режиме, и нэ экране индикэторэ 28 последовательно появляются изобрэжения следующих друг зэ другом участков просматриваемой полосы объектэ, После достижения края объекта переключением сигнала направления движения (блок 17) осуществляется остановка перемещения по у, переход нэ соседнюю полосу и начинаются измерения с перемещением в противоположном направлении или в том же направлении оси у после предвэрительного возвращения к началу предыдущей полосы.

Кэк поясняется нэ фиг,2э, объект просмэтривэется" полосами путем быстрого сканирования с размахом А> и медленного перемещения нэ всю длину объектэ в нэправлении у. После достижения края мехэническое устройство ступенчато перемещает пучок нэ рэсстояние Ах вдоль оси х, и начинается сканирование следуощей полосы с движением по оси у в противоположном направлении. Траектория медленного (кэдрового) сканирования показэнэ зигзэгообрэзной штриховой линией.

Время просмотра объектэ с помощью предлэгэемого ЛАМ, определяющее оперативность просмотра, зэвисит не только от площади поверхности, но прежде всего от скорости (чэстоты) строчного сканирования и разрешения (рэбочей частоты) микроскопэ. Например при частоте строк 50 Гц кадр из 250 строк можно отобразить зэ 5 с, Если рабочая частота ЛАМ 1 ГГц и поверхностное разрешение с водой в качестве иммерсионной жидкости 1,5 мкм, то длина такого кэдрэ составит 1,5х250 мкм = 375 мкм.

Нэибольшэя скорость просмотра достигэется при сдвиге нэ кадр (режим "1К" нэ блоке

1777071 установки сдвига 32) и составит 75 мкм/с, При ширине кадра сканирования А, = 1,5 х х250 мкм = 375 мкм на просмотр объекта с размерами 3.75 мм х 3.75 мм потребуется около 5 х 10 х 10 = 500 с = 6,3 мин времени беэ учета затрат на переход к следующим (из 9) полосам сканирования. Такая оперативность просмотра невозможна у аналогов, использующих ручной способ перехода от кадра к кадру.

По сравнению с известными акустическими микроскопами предлагаемый ЛАМ имеет следующие преимущества: возможность наблюдения связных (в пределах по лосы сканирования) изображений; повышенная производительность обзора контролируемых объектов; возможность экспресс-диагностики объектов с большой протяженностью как оператором, так и с помощью вычислительных средств, подключаемых дополнительно к выходу приемника; сочетание оперативной диагностики с углубленным анализом выделенных фрагментов объектов (после включения режима "Ос" на блоке установки сдвига 32); возможность достаточно точного определения координат дефекта путем счета полос и строк.

Формула изобретения

Акустический микроскоп для оперативного просмотра объекта. содержащий соединенные направленным ответвителем передающий блок, акустический линзовый элемент, приемный блок, последовательно соединенные с выходом приемного блока аналого-цифровой преобразователь, запоминающее устройство, буферную память, коммутатор запоминающего устройства, 5 цифроаналоговый преобразователь, видеоконтрольное устройство, коммутатор адреса, счетчики адресов записи и считывания, блок синхронизации и блок сканирования, парные выходы счета элементов и строк

10 счетчиков адреса записи и адреса считывания соединены с парными входами коммутатора адреса, выход которого соединен с адресным входом запоминающего устройства, а входы синхронизирующих сигналов

15 всех блоков и устройств соединены с соответствующими выходами блока синхронизации, отличающийся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей за счет повышения скорости получения

20 связных изображений контролируемого объекта, размеры которого превышают информационные воэможности устройств запоминания и отображения, он снабжен счетчиком строк сканирования и сумматора

25 адресов строк сканирования и считывания, причем выход циклического счетчика строк сканирования соединен с первым входом сумматора, второй вход сумматора соединен с выходом счетчика адреса считывания, 30 -выход сумматора соединен с входом счета строк коммутатора адреса, синхронизирующие входы счетчика строк и сумматора соединены с выходами блока синхронизации.

1777071

Редактор

Заказ 4119 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1130.15, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Произво 1ствс н .-и. дз ельский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 veep

ОРСО Г

Составитель В.Карнишин

Техред М.Моргентал Корректор И.Шмакова