Tantárgy: Rádióhullám típusú roncsolásmentes vizsgálat
Rádióhullám módszer A roncsolásmentes vizsgálat a vizsgált objektummal kölcsönhatásba lépő rádiótartomány elektromágneses hullámainak paramétereiben bekövetkezett változások rögzítésén alapul. Általában ultra-nagy frekvenciájú (mikrohullámú) hullámokat használnak, amelyek hossza 1 mm és 100 mm között van. Ellenőrzik az olyan anyagokból készült termékeket, amelyekben a rádióhullámok nem nagyon csillapíthatók: dielektrikumok (műanyag, kerámia, üvegszál), magnetodielektrikumok (ferritek), félvezetők, vékony falú fémtárgyak.
Az interakció természeténél fogva rendben különbséget tenni a módszerek között átvitt, visszavert, szórt sugárzás és rezonancia.
Ha a szabályozott mennyiség közvetlenül kapcsolódik a visszavert, átvitt vagy szórt sugárzás térerősségéhez (teljesítményéhez), akkor az amplitúdószabályozási módszert alkalmazzuk. Technikai megvalósítás A módszer egyszerű, de az alacsony zajvédelem korlátozza a használatát. Megbízhatóbb eredmények érhetők el fázis és amplitúdó-fázis módszerekkel, kiválasztás alapú hasznos információ, ami a hullám amplitúdójában és fázisában bekövetkezett változásokban következett be.
Ha a tárgy vastagsága meghaladja az alkalmazott szondázó sugárzás hullámhosszát, akkor a méréshez geometriai vagy időmérő módszert kell alkalmazni.. Az első esetben a szabályozott paraméter a visszavert nyaláb pozícióinak eltéréséhez kapcsolódik a rögzítési síkban a kiválasztott koordináta-rendszerhez képest, a második esetben - a jel késleltetésének változásához.
A polarizációs módszert vékonyfilmes és anizotróp anyagok szabályozására használják., a sugárzás és az OC kölcsönhatása utáni rezgések polarizációs síkjában vagy típusában bekövetkezett változások elemzése alapján. A tesztelés előtt a vevőantennát addig telepítik, amíg a referencia OC kimenetén a jel nulla nem lesz. A vizsgált OC-k jelei jellemzik tulajdonságaik standardtól való eltérésének mértékét.
Holografikus módszer kontrollálva jó eredményeket ad belső szerkezet OK, de a hardveres megvalósítás bonyolultsága miatt a módszer korlátozottan alkalmazható.
A legteljesebb információt a többelemes antennák használata biztosítja, mivel ebben az esetben lehetséges az objektum belső szerkezetének reprodukálása.
A hibaészlelés felbontásának növelésére az ön-összehasonlító módszert alkalmazzuk. Két kibocsátó és vevő eszközkészlettel valósítják meg, a lehető legközelebb egymáshoz. A kapott jelet az egyes csatornák vevőiből érkező jelek amplitúdóinak és fázisainak különbsége határozza meg. A hiba jelenléte az egyik csatornában a hullámterjedés körülményeinek megváltozásához és a különbség jelének megjelenéséhez vezet. A jelváltozások dinamikájának elemzése a hiba időszakos áthaladása során a rádióhullám-hibadetektor vezérlőzónáján keresztül lehetővé teszi az érzékenységi küszöb csökkentését.
Rezonancia módszer A rádióhullám-monitoring alapja egy OC rezonátorba, hullámvezetőbe vagy hosszú vezetékbe történő bevezetése és az elektromágneses rendszer paramétereinek változásainak rögzítése (rezonancia frekvencia, minőségi tényező, gerjesztett rezgéstípusok száma stb.). Ez a módszer szabályozza a méreteket, az elektromágneses tulajdonságokat, az alakváltozásokat és egyéb paramétereket. A rezonancia módszert sikeresen alkalmazzák a tartályokban lévő folyadékok szintjének és a különböző tárgyak mozgási paramétereinek szabályozására.
A rádióhullám-felügyeletet minden megoldásra használják tipikus feladatok roncsolásmentes vizsgálat: vastagságmérés, hibadetektálás, strukturoszkópia és introszkópia (belső szerkezet ellenőrzése). Az ebben az esetben használt berendezések általában szabványos vagy modernizált mikrohullámú elemekre épülnek. Egy adott probléma megoldásának speciális eleme lehet egy sugárforrás vagy -vevő, valamint egy tárgy rögzítésére és mozgatására szolgáló eszköz.
A rádióhullám-figyelés egyéb jellemzői között az optikai és sugárzási megfigyeléssel összehasonlítva meg kell jegyezni az impedancia módszer használatát a jelparaméterek kiszámítására, valamint a sugárzás hullámhosszának összemérhetőségét a rádióhullámút méreteivel „sugárforrás - vezérlőobjektum - sugárzás vevő”.
A mikrohullámú sugárzás a rádióhullámok területéhez tartozik, amelyeket felfedezésük óta információtovábbításra használnak. A mikrohullámú hullámok NDT célokra történő felhasználásához elméletet kellett alkotni a vizsgált objektummal való kölcsönhatásukról.
A rádióhullám-roncsolásmentes vizsgálóeszközök érzékeny elemmel ellátott érzékelők, amelyben a szabályozott mennyiség tájékoztató paraméterré alakul át; mikrohullámú generátorok - források elektromágneses rezgések; a másodlagos átalakítókat regisztrációs és vezérlőjelek generálására tervezték.
Az eszközök osztályozása. A rádióhullám-figyelő eszközöket különféle szempontok szerint lehet osztályozni.
Az informatív paraméter szerint az eszközöket megkülönböztetik:
– amplitúdó;
– fázis;
– amplitúdó-fázis;
– polarizáló;
– rezonáns;
– radiális;
– gyakoriság;
– transzformatív (hullámtípus);
- spektrális.
A vevő és a mikrohullámú energia kibocsátójának elrendezése szerint a vezérelthez képest
minták lehetnek:
– átjáráshoz (kétirányú hozzáférés);
– reflexióhoz (egyirányú hozzáférés);
– kombinálva.
A jelgenerálás következő formáit különböztetjük meg:
- analóg;
– diffrakció;
– optikai.
Az ilyen típusú vezérlés használatakor a vizsgált termékek hibái az elektromos energia további visszaverődésének megjelenéséhez vezetnek. mágneses mező, amelyek megváltoztatják az interferenciamintát és további energiaveszteséget okoznak. Ezt a módszert a dielektrikumok hibáinak kimutatására, valamint a vezető testek felületi állapotának vizsgálatára használják.
A mikrohullámú módszer hátránya Az ezt a módszert megvalósító eszközök viszonylag alacsony felbontása a rádióhullámok fémekbe való kis behatolási mélysége miatt.
A rádióhullámos módszer az átvitt vagy visszavert rádiósugárzásnak a dielektromos anyagok (műanyagok, gumi, üvegszál, hőszigetelő anyagok, rétegelt lemez, szemcse, homok stb. anyagok) paramétereitől és jellemzőitől való függésén alapul. A rádióhullám-módszer az ultramagas frekvenciatartománynak nevezett hullámhossz-tartományt használja. Az elektromágneses hullám egy bizonyos Z irányban terjedő elektromos E és mágneses H mező kombinációja. A szabad térben az elektromágneses hullámok keresztirányúak, azaz. az E és H vektorok merőlegesek a terjedési irányra.
Az E vektor határozza meg a polarizációt elektromágneses mező(amplitúdója). Ez alapján a hullám lehet síkpolarizált (lineárisan polarizált), elektromosan polarizált, cirkulárisan polarizált (jobbra vagy balra polarizált, jobbra - óramutató járásával megegyezően, balra - óramutató járásával ellentétes). A H mágneses térerősséget a felhasznált anyag mágneses permeabilitásának függvényében az amplitúdó változása ellenőrzi. A H nullától a maximális értékig változhat, amelyet az elektromos paramágneses rezonancia módszerekben és a magrezonancia módszerekben használnak. Ez lehetővé teszi az anyagon belüli gyenge kölcsönhatások tanulmányozását ezekkel a módszerekkel.
A rádióhullám-építés elvei
roncsolásmentes vizsgálóeszközök.
A rádióhullám-módszer 1 és 1 mm közötti hullámhossz-tartományt használ, amelyet ultramagas frekvenciájú (mikrohullámú) tartománynak neveznek. Amikor egy jel áthalad egy ellenőrzött környezetben, az utóbbi befolyásolja a jellemzőit. Ha a dielektromos anyagokat szabályozzuk, akkor a dielektromos állandót és a veszteség érintőt használjuk jellemzőként; a félvezető anyagok megfigyelésekor értékelik a dielektromos állandót és a mágneses permeabilitást; Az elektromosan vezető anyagok vizsgálatakor a vezetőképességet vizsgálják. A rádióhullám-figyelő eszközök fázisra, amplitúdó-fázisra, polarizációra, rezonanciára, spektrálisra, frekvenciára, sugárra és transzformátorra oszthatók. Mindezek az eszközök a rádióhullám-sugárzás visszaverődése, átvitele, elnyelése, fénytörése, polarizációja és átalakítása jelenségeinek felhasználásán alapulnak. A közeg jelre gyakorolt hatásának mértékének mérésére amplitúdó-fázisú eszközöket használnak. A készülék diagramja az 1. ábrán látható.
Az ilyen típusú eszközök tartalmaznak egy 4 adóantennát és egy 6 vevőantennát, egy mikrohullámú 1 forrást, egy 2 szelepet, egy 3.7 csillapítót, amellyel a sugárzás csillapítható, egy 8 detektort és egy 9 feldolgozó és információ kimeneti egységet. a sugárzás áthalad az 5 vezérlő objektumon, a jelteljesítményt a következő képlet segítségével értékeljük:
A vizsgálati objektumon áthaladó rádiósugárzás teljesítménye;
4. sugárzó antenna terület;
A sugárzó antenna teljesítménye 4;
Rádióhullám-átviteli együtthatók a vizsgált anyag két közege és a környezet között, amelyben az található; , Ahol
A sugárzó antenna hossza keresztmetszetben;
Távolság a sugárzó antenna szélétől a vizsgált termék felületéig 5;
Távolság a vevőantenna szélétől a vizsgált termék felületétől a rádiósugárzás áthaladása után;
a vizsgált termék vastagsága;
Reflexiós együtthatók, amikor a rádiósugárzás a termék felületére esik, és amikor az kilép a termék felületéről; , Ahol
Hullámszám;
A rádiósugárzás hullámhossza.
Az 1. kifejezésből jól látható, hogy adott teljesítmény mellett meg lehet határozni a vezérelt objektum vastagságát vagy fizikai paramétereit. A visszaverődések kiküszöböléséhez szükséges a határvonalak összehangolása a vevő és kibocsátó antennákkal, pl. távolságok A rádióhullámú készülékek a hibáról visszaverődő jel vételének elvén építhetők fel. A készülék diagramja a 2. ábrán látható.
Az ilyen eszközök működési elve a következő: az 1. mikrohullámú generátor jele a 2. szelepen és a 3. elválasztó egységen keresztül a 4 sugárzó antennához jut, a 6. tárgyról visszavert jel az 5. antennába jut, a 7. elemben érzékeli és azonosítja. rendszer 8. A visszavert jelek vételén alapuló eszközök sajátossága a kommunikáció (a rádiósugárzás elektromágneses mezőjének erőssége) megléte a kibocsátó és a vevő antenna között. Ez a kapcsolat a 4 antenna sugárzásának egy része miatt jön létre, és ez az a referenciajel, amellyel a visszavert jelek összegződnek. Az összes jelkomponens összessége interferencia jellegű, a visszavert jel és a kommunikációs jel amplitúdója és fázisa közötti kapcsolattól függően. Az interferenciamintázat típusa a visszavert jeltől függ, amely információt hordoz a vezérelt objektum belső szerkezetéről, pl. attól függ . A rádióhullám-polarizációs készülékek a polarizációfüggvényen alapulnak elektromágneses hullám, azaz az E vektor térbeli orientációjáról, ahogy az ellenőrzött környezetben terjed. A polarizáció típusa alapján (sík, körkörös, elektromos) meg lehet ítélni az anyag belső szerkezetét. Általában az eszköz úgy van konfigurálva, hogy ha nincs belső hiba az objektumban, akkor a vevőantenna jele nulla. Hiba vagy szerkezeti inhomogenitás esetén a kibocsátott jel polarizációjának síkja vagy típusa megváltozik, és a hibákról információt hordozó jel jelenik meg a vevőantennában.
A rádióhullámú rezonáns készülékekben a vezérelt tárgy állapotát a közeg minőségi tényezőre gyakorolt hatása, a rezonanciafrekvencia eltolódása vagy a rezonátorban lévő téreloszlás határozza meg. Az 1. ábra egy hengeres rezonátort mutat diagram formájában:
|
Jellemzően egy ciklikus alakú, átmérőjű 1 rezonátort hullám gerjeszt. A 2 átmérőjű tesztmintát a rezonátor belsejébe helyezzük. Ebben az esetben a rezonancia frekvencia eltolódik. Az elmozdulás nagysága meghatározza ennek a mintának a homogenitását és folytonosságát. Ha a vizsgált objektumon belül folytonossági zavar vagy hiba van, a rezonanciafrekvencia eltolódás növekszik. Ez határozza meg a vizsgálati minta kontrollját.
Ebben az esetben (1b. ábra) eltérő polaritású rádióhullámok keletkeznek. Egyesek jobbra, mások balra polarizáltak. Ha egy ilyen rezonátort egy mintára helyezünk, akkor a minta hibáinak jelenlétében a rádióhullám polarizációja megváltozik, és ennek a polarizációnak az értékének egyes összetevői megjelennek (ez látható az ábrán mint). Ennek az értéknek a helyzetének mérésével megtudhatja a hiba helyét és mértékét.
A gerendaeszközök működési sémája
A 2a) ábra egy rádiósugár áthaladását mutatja a mintán. Jellemzően milliméteres hullámhosszúságú sugarat használnak, amelynek átvitele a geometriai optika törvényei szerint történik. Ennek eredményeként a törésmutatót az eltérés nagysága határozza meg, és így található meg a közeg jellemzője. Ha a közeg homogén, akkor a sugár a termék ellenkező oldaláról tör ki, de ha a közeg inhomogén, akkor a törés mellett a rádiósugár visszaverődése is bekövetkezik, ahogy az a 2b. ábrán látható. Az ilyen típusú készülékekben a belső hibákról rádióképet rögzítenek.
Rádióhullám vastagságmérők.
A rádióhullámú módszerek lehetővé teszik a dielektromos anyagok, fémeken és fémlemezeken lévő dielektromos rétegek vastagságának szabályozását. A vastagság információ amplitúdóban, fázisban, rezonanciavonal-eltolásban és rezonanciagörbében szerepelhet. Az átvitt vagy visszavert jelet befolyásoló legfontosabb tárgyparaméterek az anyag vastagsága és dielektromos állandója. Minél homogénebb az anyag, annál pontosabban mérjük a vastagságot. A rádióhullámok reflexiós és átviteli együtthatói egy lapos homogén rétegre normál beesésnél oszcilláló függvények, amelyek a vastagság növekedésével csökkennek, és az arány , ahol a rádiósugár hullámhossza.
Ezen függvények periódusát a közeg hullámhossza és törésmutatója határozza meg. A csökkenés mértéke pedig a hullámcsillapítási együttható. A 3. ábra két dielektrikum reflexiós együtthatóinak grafikonját mutatja.
1. sor – gipszbeton (); 2. sor – plexi ( 
)
4. ábra
1. sor – közepes bomlás 
; 2. sor – alacsony csillapítás; 3. sor – nagy csillapítás; - veszteségszög.
Látható, hogy a reflexiós együttható rezgési periódusa fordítottan arányos a dielektromos állandóval. Nagy csillapítás esetén egyértelmű kapcsolat áll fenn az átviteli együttható és a vastagság között. A kétértelműség megjelenése alacsony csillapításnál megnehezíti a hullámátvitelen alapuló vastagságmérők használatát. Példaként vegyünk egy vastagságmérőt egy hengerelt fémlemez vastagságának mérésére.
Vastagságmérő a vastagság mérésére
hengerelt fémlemez.
1- csomópont a jelek feldolgozására és kibocsátására jelzésre és vezérlésre
2 - mikrohullámú generátor 10 - lencse
3- tee 11- mért tárgy
4- szelep 12- lencse
7 - beállított zárlatos dugattyú 15 - rövidre záró dugattyú
9 – sugárzó antenna (kürt) 17 – illeszkedő terhelés
18 – szelep
Az erre a célra szolgáló eszközökben egy elektromágneses hullám tükörképes visszaverődése történik a vezérelt tárgy felületéről, míg magán a felületen egy áram-anticsomópont és egy feszültségcsomópont van felszerelve. Egy objektum vastagságának mérésekor a konstruált términtázat megváltozik, amit a készülék feljegyez. A 3 pólón, valamint a 4 és 18 szelepeken keresztül generált mikrohullámú jelek a 8 és 14 ágakba, majd a 10 és 12 lencsékkel ellátott 9 és 13 kürtantennákba jutnak. A 11 mért tárgy felületéről visszaverődő jelek álló helyzetet alkotnak. hullámok. A visszavert hullámok rezonátorait rövidre zárt 7 és 15 dugattyúkkal rezonanciára állítják.
|
Rádióhullámú nedvességmérők.
Az anyagok nedvességtartalmának mérésére szolgáló módszerek a rádióhullámok vízmolekulák általi abszorpcióján és szórásán alapulnak a mikrohullámú tartományban. Informatív paraméterek az elektromágneses hullám polarizációs síkjának amplitúdója, fázisa és forgási szöge. Ismeretes, hogy a mikrohullámú tartományban rezonáns abszorpció történik. Ezenkívül a víz dielektromos állandója a megadott frekvenciatartományban 80 és 20 között változik, míg más anyagoknál ez az érték 2-9 tartományban van. Ez a körülmény lehetővé teszi a rádióhullámú módszer alkalmazását nedvességmérők különféle célokra történő elkészítéséhez. A 6. ábra a dielektromos állandók frekvenciától való függését mutatja be.
1. sor – permeabilitás, 2. sor – permeabilitás.
A nedvességtartalom mérésére egy amplitúdójú nedvességmérőt használnak, amely az objektumon keresztül továbbított jel teljesítményének csillapításán alapul, diagramja a 2. ábrán látható. Gyengén kötött nedvesség tartományában a jelátviteli együttható: arányos a víztartalommal.
Amplitúdó nedvességmérő.
1- mikrohullámú generátor 9 - transzformációs vezérlő berendezés
2- szelep 10 – jelzőkészülék
3 - hullámvezető póló 11 - detektor
4 - sugárzó antenna 12 - rövidre zárt dugattyú
5 – vevőantenna 13 – erősítő
6- átalakító
7- dugattyú rövidre zárva
8- detektor
Amplitúdó fázisú nedvességmérő.
1- Mikrohullámú generátor 5 – vevőantenna
2- Változó konverterek 6 – terhelésillesztő eszköz
3- Tee 7 – hullámvezető póló
4- Sugárantenna 8 – visszajelző
9 – erősítő 10 – detektor
A készülék azon az elven működik, hogy összehasonlítja a nedves tárgyon áthaladó jelet a hullámvezető útvonalon áthaladó jellel. A 7 hullámvezető pólóban a jelek amplitúdója és fázisa összehasonlításra kerül. Az erősítés utáni különbségi jel a 8-as készüléken jelenik meg.
Rádióhullám hibaérzékelők.
Ezek a műszerek repedések, légzárványok, idegen zárványok, inhomogenitások, kötési hibák stb. vizsgálatára szolgálnak. dielektromos anyagokban. A rádióhullám-hibadetektorok egy hullám átvitelének vagy visszaverésének elvén épülnek fel, amely információt hordoz a rétegek vastagságáról és a törésmutatóról, pl. a rétegek fizikai paramétereiről (sűrűség, porozitás, páratartalom, összetétel stb.) a 9. ábrán példaként egy mechanikus letapogatással ellátott hibadetektor diagramja látható.
Küldje el a jó munkát a tudásbázis egyszerű. Használja az alábbi űrlapot
Diákok, végzős hallgatók, fiatal tudósok, akik a tudásbázist tanulmányaikban és munkájukban használják, nagyon hálásak lesznek Önnek.
Közzétéve: http://www.allbest.ru/
Bevezetés
A csővezetékes szállítás egyik legfontosabb problémája a mező- és fővezetékek lineáris részének normál állapotának fenntartása. A normál körülmények között üzemelő földalatti csővezetékek legalább több évtizedig tartanak. Például az USA-ban néhány, körülbelül húsz éve üzemelő csővezeték teljesen megőrzött, és nem igényel javítást. Ezt elősegítette nagy figyelmet, amely a föld alatti és föld feletti csővezetékek állapotának szisztematikus ellenőrzésére és a felmerülő hibák időben történő kiküszöbölésére szolgál.
A csővezetékek hibái általában korrózió és mechanikai sérülések következtében jelentkeznek, amelyek helyének és természetének meghatározása számos nehézséggel és magas anyagköltséggel jár. Nyilvánvaló, hogy a csővezeték közvetlen szemrevételezésre történő megnyitása gazdaságilag nem indokolt. Ezenkívül a csővezetéknek csak a külső felülete vizsgálható. Ezért belül utóbbi években hazánkban és külföldön a speciális kutató- és tervezőszervezetek erőfeszítései arra irányulnak, hogy a földalatti és földfelszíni mező- és főkőolajtermék-vezetékek állapotának meghatározását felnyitás nélkül megoldják. Ez a probléma nagy technikai nehézségekkel jár, de modern módszerek és mérőberendezések alkalmazásával sikeresen megoldható.
Ebben a munkában megvizsgáljuk az egyik módszert, amely biztosítja a hibák azonosítását.
1. SajátosságokRádió hullámmódszer
A rádióhullámú roncsolásmentes vizsgálat a vizsgált objektummal kölcsönhatásba lépő mikrohullámú elektromágneses rezgések paramétereiben bekövetkezett változások rögzítésén alapul. A rádióhullám-monitorozásban túlnyomórészt használt hullámhossz-tartomány 1-100 mm-re korlátozódik. A 3 cm-es és 8 mm-es résztartományok jobban elsajátították és mérőberendezéssel vannak ellátva.
A rádióhullám-tesztet a roncsolásmentes vizsgálatok minden tipikus problémájának megoldására használják: vastagságmérés, hibadetektálás, strukturoszkópia és introszkópia (belső szerkezet ellenőrzése). Az ebben az esetben használt berendezések általában szabványos vagy modernizált mikrohullámú elemekre épülnek. Egy adott probléma megoldásának speciális eleme lehet egy sugárforrás vagy -vevő, valamint egy tárgy rögzítésére és mozgatására szolgáló eszköz.
A rádióhullám-figyelés egyéb jellemzői között az optikai és sugárzási megfigyeléssel összehasonlítva meg kell jegyezni az impedancia módszer használatát a jelparaméterek kiszámítására, valamint a sugárzás hullámhosszának összemérhetőségét a rádióhullámút méreteivel „sugárforrás - vezérlőobjektum - sugárzás vevő”.
A mikrohullámú sugárzás a rádióhullámok területéhez tartozik, amelyeket felfedezésük óta információtovábbításra használnak. A mikrohullámú hullámok NDT célokra történő felhasználásához elméletet kellett alkotni a vizsgált objektummal való kölcsönhatásukról. Teljesen természetes, hogy a kidolgozott elmélet figyelembe vette az elosztott paraméterű (hosszú vonalak, hullámvezetők stb.) hullámrendszerek rádiókommunikációjában kapott eredményeket az impedancia módszerrel, amelyben a rádióhullámút „sugárforrás - vezérlő objektum - sugárzás vevő” helyébe egy hosszú sor alakú modell kerül. Ebben az esetben a mikrohullámú rezgések terjedésének csatornáját (kétvezetékes vonalak, hullámvezetők, szabad tér) hullámimpedancia jellemzi. Ideális dielektrikum esetén valós, ha e r =1 egyenlő z 0 =377 Ohm-mal.
Hozzáállás g/(még a)=tgд dielektromos veszteség érintőnek nevezik, és a dielektrikumok egyik legfontosabb paraméterének tartják. Itt r konkrét elektromos vezetőképesség; u - szögfrekvencia. Egy frekvencián (tgд< 0,01) материал может считаться диэлектриком, на другой (tgд >100) - karmester. A számításokban az ideális dielektrikumok közé tartoznak azok az anyagok, amelyekre tgd< 0,01. На частотах, меньших 9x10 6 Гц, морскую воду относят к классу диэлектриков; на частотах, больших 9x10 10 Гц, - к классу проводников. В промежуточной области 0,001 < tgд < 100 материал называют несовершенным диэлектриком, характеризующимся комплексной диэлектрической проницаемостью и комплексным волновым сопротивлением.
A karmestereknek képzeletbeli rész komplex dielektromos állandó nagy a valós részhez képest: e ">>e a és a hullámimpedanciát a kifejezés határozza meg, z c egyenlő lesz az arány négyzetgyökével (mm a) / g. A frekvencia növekedésével z c növekszik, ill. a hullámok nem tudnak mélyen behatolni a vezetőbe Azt a jelenséget, amikor az anyag mélyebb rétegeit a külső anyagrétegek a terepi behatolástól árnyékolják, bőreffektusnak nevezzük, amelyet a behatolás mélysége jellemez. síkhullám, amelynél az E és H térerő e-szeresére csökken.
Az elektromágneses hullám terjedési sebessége tökéletlen dielektrikumban a frekvenciától függ, mivel e "= r / n. A v érték a hullám azonos fázisát fenntartó pontok mozgási sebességét jellemzi. A függőség v = f ( n A sebességen keresztül az l hullámhossz =vT v.
Amikor egy elektromágneses hullám áthalad az egyik közegből a másikba a normál mentén a határfelület felé, visszavert hullám képződik. Ha mindkét hullámot egymásra helyezzük, állóhullám jön létre, amelyet a k stU = E max / E min állóhullám feszültség együttható vagy a k du = l / k stU haladó hullám feszültség együtthatója jellemez. Az állóhullám maximumait akkor kapjuk meg, ha a beeső és visszavert hullámok intenzitásának effektív értékeit összeadjuk, a minimumokat pedig akkor kapjuk meg, ha ezeket kivonjuk.
Vezető anyagok paraméterei 10 10 Hz frekvencián
A megadott képletek jelzik a kívánt eredmény elérésének lehetőségét a geometriai optika törvényei vagy a hosszú vonalak elmélete alapján. Amikor a második megközelítést alkalmazzuk a mikrohullámú jelek paramétereinek kiszámítására, a valódi rendszer „sugárforrás - tesztobjektum - vevő” modellt egy hosszú vonal formájában felváltja, amely ugyanolyan hullámimpedanciákkal és méretekkel rendelkezik, mint a valós rendszerben. Az alábbiakban egy ilyen modell felépítésének egy változata látható. A termék rétegeinek elektromágneses paramétereit (e i, m i, g i) a hosszú vonalszakaszok Z i komplex hullámimpedanciáin keresztül veszik figyelembe. A vevő bemeneti impedanciáját és a sugárforrás (generátor) kimeneti impedanciáját a Z p és Z g hullámimpedanciák veszik figyelembe.
A delaminációs formájú hibát a modellben a hibával megegyező vastagságú síkpárhuzamos réteg helyettesíti. A hibából származó jel amplitúdója a hiba által elfoglalt terület arányában csökken a szabályozott zóna területéhez képest.
A mikrohullámú sugárzás hullámhosszának a rádióhullámút elemeinek méreteivel való összemérhetősége határozza meg a vezérlőrendszer elektromágneses mezőjének összetettségét. Emiatt a rendszerben lévő jelek értékelésének technikája jellemző tulajdonságokkal rendelkezik. Ha a vizsgált tárgyat alkotó különböző homogén közegek határai közötti távolság meghaladja az anyagban lévő hullámhosszt, akkor az elektromágneses hullám összetevőit a geometriai optika törvényei alapján becsüljük meg.
Ellenkező esetben az impedancia módszer előnyösebb. Mindkét esetben a rendszerben lévő jelekre vonatkozó becslések hozzávetőlegesek, és nem zárhatók ki a nagy hibák. Ezért a meghatározásához a számítási módszer alkalmazása javasolt relatív értékek mennyiségek - a jel amplitúdóinak változásai az objektum paramétereinek kis változásával a vizsgált vagy ellenőrzési körülmények között. Ami a jelek abszolút értékét illeti, azokat kísérletileg kell értékelni.
Röviden tárgyaljuk a rádióhullám-monitoring módszereit és eszközeit. Ha a szabályozott mennyiség közvetlenül kapcsolódik a visszavert, átvitt vagy szórt sugárzás térerősségéhez (teljesítményéhez), akkor az amplitúdószabályozási módszert alkalmazzuk. A módszer technikai megvalósítása egyszerű, de az alacsony zajtűrés korlátozza a használatát. Megbízhatóbb eredmények érhetők el fázis és amplitúdó-fázis módszerekkel, amelyek a hullám amplitúdójában és fázisában bekövetkező változásokból származó hasznos információk kinyerésén alapulnak. Ennek az információnak az elkülönítésére egy referenciakar „sugárforrás - sugárvevő” és egy áramkör van bevezetve a vizsgáló objektum jeleinek összehasonlítására a referenciaegységgel.
Ha a tárgy vastagsága meghaladja az alkalmazott szondázó sugárzás hullámhosszát, akkor annak mérésére geometriai vagy időbeli módszer alkalmazása javasolt. Az első esetben a szabályozott paraméter a visszavert nyaláb pozícióinak eltéréséhez kapcsolódik a rögzítési síkban a kiválasztott koordináta-rendszerhez képest, a második esetben - a jel késleltetésének változásához.
A vékonyfilmes és anizotróp anyagok szabályozására polarizációs módszert alkalmaznak, amely a rezgések síkjában vagy polarizációjának típusában bekövetkezett változások elemzésén alapul a sugárzás és az OC kölcsönhatása után. A tesztelés előtt a vevőantennát addig telepítik, amíg a referencia OC kimenetén a jel nulla nem lesz. A vizsgált OC-k jelei jellemzik tulajdonságaik standardtól való eltérésének mértékét.
A holografikus módszer jó eredményeket ad az OC belső struktúrájának monitorozásában, azonban hardveres megvalósításának összetettsége miatt a módszer alkalmazása korlátozott.
Az átvitt sugárzást alkalmazó rádióhullám-vizsgálat lehetővé teszi a termékhibák kimutatását, ha azok m a és e a paraméterei jelentősen eltérnek az alapanyag hasonló paramétereitől, és méreteik összehasonlíthatóak vagy meghaladják a szondázó sugárzás hullámhosszát. Az ilyen vezérlés legegyszerűbb változatában a vételi úton haladó hullám üzemmódot tartanak fenn. A legteljesebb információt a többelemes antennák használata biztosítja, hiszen ebben az esetben lehetséges az objektum belső szerkezetének reprodukálása. A hibaészlelés felbontásának növelésére az ön-összehasonlító módszert alkalmazzuk. Két kibocsátó és vevő eszközkészlettel valósítják meg, a lehető legközelebb egymáshoz. A kapott jelet az egyes csatornák vevőiből érkező jelek amplitúdóinak és fázisainak különbsége határozza meg. A hiba jelenléte az egyik csatornában a hullámterjedés körülményeinek megváltozásához és a különbség jelének megjelenéséhez vezet. A jelváltozások dinamikájának elemzése a hiba időszakos áthaladása során a rádióhullám-hibadetektor vezérlőzónáján keresztül lehetővé teszi az érzékenységi küszöb csökkentését.
A rádióhullám-monitoring rezonáns módszere azon alapul, hogy egy OC-t viszünk be egy rezonátorba, hullámvezetőbe vagy hosszú vezetékbe, és rögzítjük az elektromágneses rendszer paramétereiben bekövetkezett változásokat (rezonanciafrekvencia, minőségi tényező, gerjesztett rezgéstípusok száma stb.). Ez a módszer szabályozza a méreteket, az elektromágneses tulajdonságokat, az alakváltozásokat és egyéb paramétereket. A rezonancia módszert sikeresen alkalmazzák a tartályokban lévő folyadékok szintjének és a különböző tárgyak mozgási paramétereinek szabályozására.
A rádióhullám-roncsolásmentes vizsgálóeszközök érzékeny elemmel rendelkező érzékelők, amelyekben a szabályozott mennyiséget informatív paraméterré alakítják át; mikrohullámú generátorok - elektromágneses rezgések forrásai; a másodlagos átalakítókat regisztrációs és vezérlőjelek generálására tervezték.
rádióhullám-teszt roncsolásmentes hibaészlelés
2. A mikrohullámú rádióhullám-sugárzás forrásai és vevői
Mikrohullámú rezgések magnetron típusú generátorok, visszafelé irányuló hullámcsövek, reflektív klistronok, kvantummechanikai generátorok és félvezető eszközök segítségével érhetők el. Leggyakrabban a klistronokat használják, ezt követik a magnetronok, a visszafelé irányuló hullámcsövek és a félvezető oszcillátorok.
A fényvisszaverő klistronokat széles körben használják mesteroszcillátorként radarállomásokon, kis teljesítményű adók erősítő láncaiban, rádiórelé kommunikációs vonalakban, kis teljesítményű, folyamatos vagy impulzus sugárzású mikrohullámú generátorok kis hatótávolságú adókészülékekben (rádiótávmérők, rádiójelzők). , transzponderek), valamint kis teljesítményű generátorok a mérő- és kis méretű berendezésekben, mivel számos előnye van a többi kis teljesítményű mikrohullámú generátorhoz képest. Ez különösen alacsony szint ingadozási zaj, könnyű kezelhetőség és nagy megbízhatóság, ha a működési feltételek nagyon eltérőek. Az előállított kis teljesítményű (100 mW-ig) visszaverő klistronok a hullámhosszok széles tartományát fedik le, egészen a szubmilliméteres hullámhosszig. Egyes klystron típusok léghűtést igényelnek, különösen azok, amelyeket a milliméteres tartomány rövidhullámú részén való működésre terveztek, amikor alapvetően nehéz a hatékonyságukat növelni. Sajnos a hőfrekvencia-sodródás minden más felett érvényesül, és minden típusú mikrohullámú generátor velejárója.
A magnetrongenerátorok széles frekvenciatartományt fednek le, és sokféle impulzusteljesítményt biztosítanak: néhány watttól több tíz megawattig. Széles körben használják elektronikus berendezésekben fő oszcillátorként, mikrohullámú áramforrásként stb. Azonban in Utóbbi időben Tervben van a széleskörű használatuk elhagyása a generált frekvencia nagyfokú instabilitása és a termikus frekvencia-drift miatt. Ezen túlmenően az állandó mágnesek jelenléte növeli a magnetronok tömegét, a tápellátáshoz nagy feszültség és a rezonátor intenzív hűtése (fújással) szükséges.
A visszafelé irányuló hullámlámpák (BWV) az elektronikus frekvenciahangolású, széles hatótávolságú mikrohullámú oszcillációs generátorok osztályába tartoznak. Elérhető nagy szám a 60 cm-től a tizedmilliméteres hullámhosszig terjedő VOC típusok. Az elektronnyaláb BWO-ban való fókuszálásához főként állandó csőszerű mágneseket használnak. Az ilyen VOC-okat csomagolt kivitelben állítják elő, amely egyesíti a VOC testét, egy állandó mágnest és egy beállító eszközt. Ezért a BWO normál működése megszakadhat a BWO közelében elhelyezkedő külső mágneses mezők vagy ferromágneses anyagok jelenlétében. Általános szabály, hogy a VOC-k és a hasonló anyagok közötti távolságnak legalább 400 mm-nek kell lennie. A VOC működési módja erősen függ a külső körülményektől (hőmérséklet, páratartalom), valamint a terheléssel való koordinációtól.
Az ellenhullámú lámpák különösen kritikusak a környezeti hőmérséklet változásainál. Ha a lámpákat mechanikai ütések és rezgések hátulsó hullámának teszik ki, az elektronágyú egyes elektródái közötti távolság vagy azok egymáshoz viszonyított keresztirányú elmozdulása periodikusan megváltozik, ami a generált rezgések amplitúdó- és frekvenciamodulációjával jár együtt. . A BWO frekvenciájának rezgés közbeni eltérése általában valamivel nagyobb, mint a klistronoké. Az ilyen típusú lámpák hátrányai közé tartozik az is, hogy ezek a lámpák, amelyek raktárban, ill hosszú idő(több mint két hónapig), amelyek nem kapcsolnak be, képzésnek kell alávetni, ami legalább 1,5 órát vesz igénybe A VWO-n alapuló generátorok, mint minden széles körű elektronikus frekvencia hangolással rendelkező mikrohullámú generátor, működés közben nem rendelkeznek nagy frekvenciastabilitással bármely tartománypontban.
A reflexiós klystron félvezető megfelelőjén centiméteres és milliméteres hullámokból hatékony önoszcillátor hozható létre - egy lavina-tranzit dióda (ALD), amely számos mikrohullámú készülék (generátorok, erősítők, frekvenciaváltók) alapjául szolgál. .
Az LPD működése azon a hatáson alapul, hogy a mikrohullámú félvezető diódák lavinatörése során koherens oszcillációkat generálnak. Az így létrejövő rezgési teljesítmény folyamatos üzemmódban több tíz mikrowatttól több milliwattig terjed különböző diódáknál 0,8-10 cm hullámhosszon A generátor egy lavinadiódából és a hasznos teherhez kapcsolódó üreges rezonátorból áll. Funkció LPD - megnövelt zajszint magas (>10 4 GHz) frekvenciákon. Ez a szint még az egyenletes meghibásodású germánium diffúziós LPD-ben is 25-30 dB-lel magasabb, mint egy azonos áramú vákuumdióda lövészaja. A szilícium LPD-kben, ahol a meghibásodás mikroplazma jelenségekkel jár, a zajszint 60-70 dB-lel meghaladhatja a lövészajt.
A centiméteres tartományban (3-15 GHz) lévő kis méretű generátorok 5-50 mW folyamatos kimeneti teljesítményt biztosítanak 10-20 mA tápárammal és 20-70 V feszültséggel, 3-7% hatásfokkal. A magasabb harmonikusok jelentős szintje a lavinaáram spektrumában lehetővé teszi centiméteres hullámú LPD-k használatát milliméteres hullámú generátorok létrehozására. Az ilyen generátor rezonátorát célszerű két- vagy háromáramkörűvé tenni úgy, hogy az egyik, a hasznos teherhez nem tartozó áramkör a centiméter tartomány rövidhullámú részében legyen az alapfrekvenciára hangolva (10- 15 GHz), a többit pedig magasabb harmonikusokra. Az ilyen típusú generátorok kimeneti teljesítménye (folyamatos üzemmódban) néhány milliwatt nagyságrendű a milliméteres tartomány felső részén. Az LPD amplitúdójának és frekvenciájának fluktuációinak spektrális sűrűsége azonban 15-20 dB-lel nagyobb, mint a visszaverő klistronoké. Tehát az LPD-alapú mikrohullámú készülékeknek olyan előnyei vannak, mint a kis méretek, súly, energiahatékonyság stb. Legfőbb hátrányuk az magas szint zaj
Létrehozták és megkapták is gyakorlati használat Gunn diódákon alapuló félvezető mikrohullámú generátorok. Alacsony tápfeszültségen (4-8,5 V) működnek, miközben 0,4-1,5 A áramot fogyasztanak.
Egyes mikrohullámú generátortípusok összehasonlító jellemzői
Irodalom
1. Roncsolásmentes vizsgálat. 6. kötet. Kézikönyv. Általános alatt szerk. V.V. Klyueva, Moszkva, 2006
2. Milman I.I. „Rádióhullám, termikus és optikai vezérlés”, 1. rész, oktatóanyag. kézikönyv, Jekatyerinburg, 2001.
3. Ermolov I.N., Ostanin Yu.A. „A roncsolásmentes vizsgálat módszerei és eszközei”, 1988, Felsőfokú. iskola.
Közzétéve az Allbest.ru oldalon
...Hasonló dokumentumok
Módszer a félvezető lapkák felületi állapotának, a vékony felületi rétegek paramétereinek és a köztük lévő interfészeknek roncsolásmentes monitorozására. Mérési módszer kompenzációs típusú ellipszométeren. Ellipszometrikus szabályozási módszerek alkalmazása.
absztrakt, hozzáadva: 2009.01.15
A mágneses hibadetektáló módszer lényege. A térerősség összetevőinek számítása. Fejlesztés automatizált rendszer A kocsi kerékpár tengelyének mágneses részecske vizsgálata. Aszinkron motorok fordulatszámának szabályozása mókuskalitkás rotorral.
szakdolgozat, hozzáadva: 2014.06.19
Eszközök a fényenergia rögzítésére és mennyiségi mérésére. Optikai sugárzás hő- és fotonikus detektorai: félvezető bolométerek, hőelemek, fotoellenállások, foto- és LED-ek; tulajdonságaikat és képességeiket jellemző paraméterek.
bemutató, hozzáadva: 2013.06.07
A termikus hiba észlelésének osztályozása és modelljei. Aktív modell hőszabályozás passzív hibák. Optikai pirometria. Hőszabályozó készülékek. Egy eltűnő izzószálú fénysűrűségű vizuális pirométer sémái. Spektrális arány pirométer.
absztrakt, hozzáadva: 2009.01.15
A mágneses tér természete és jellemzői. Mágneses tulajdonságok különféle anyagokés mágneses térforrások. Az elektromágnesek felépítése, osztályozása, alkalmazása és felhasználási példák. A mágnesszelep és alkalmazása. A mágnesező berendezés számítása.
tanfolyami munka, hozzáadva 2011.01.17
Nagy pontosságú héliumhiba-észlelési módszer. Hélium oldhatósága üresedés-típusú hibákkal rendelkező kristályokban. Termikus deszorpciós telepítés vázlata, méréstechnika. Kiürítési rendszer, tömegspektrométer kalibrálás, telítési cellák hőmérséklet-szabályozása.
teszt, hozzáadva 2014.12.03
A vizuális-optikai hibaészlelés technikai eszközei. A Rovver 400 videóbejáró műszaki jellemzői Szabályozási módszer kiválasztása és elméleti modellezés, érzékenységértékelés. A létesítmény szerkezeti diagramjának elkészítése, környezetre gyakorolt hatása.
szakdolgozat, hozzáadva: 2014.08.09
Az SF6 elektromos berendezések összetétele, paramétereinek figyelésének feladatai. SF6 gáznedvesség-szabályozó csatorna. Alállomási berendezések felügyelete. A szabályozott paraméterek értéktartománya. Kapcsolóberendezési kapcsolóberendezések diagnosztikai és vezérlőrendszereinek tervezése.
tanfolyami munka, hozzáadva 2012.02.01
Általános jellemzők A matricák kapillárisainak paramétereinek mérésére használt módszerek: holografikus interferometria, Fourier optika, mikroszkópos. Összehasonlító elemzés megvizsgálja a módszereket, meghatározva azok fő előnyeit és hátrányait.
teszt, hozzáadva 2013.05.20
A sugárforrások típusai, osztályozásuk elvei. A sugárforrások szimmetrikusak és aszimmetrikusak, gázkisülésesek, termikusak, eltérő spektrális energiaeloszlással, a lumineszcencia jelenségén alapulnak. Optikai kvantumgenerátorok (lézerek).
A Fehérorosz Köztársaság Oktatási Minisztériuma
fehérorosz Állami Egyetem számítástechnika és
rádióelektronika
Osztály RES
„Rádióhullám- és sugárzási módszerek a RESI monitorozására. Elektronmikroszkópos módszerek"
MINSZK, 2008
Rádióhullám módszer
A rádióhullám-eljárások az 1-100 mm-es hullámhossz-tartományban lévő elektromágneses mezőnek a vizsgált objektummal való kölcsönhatásán, a térparaméterek elektromos jelparaméterekké való átalakításán és a rögzítőeszközre vagy információfeldolgozó eszközre történő továbbításon alapulnak.
Az elsődleges informatív paraméter alapján a következő mikrohullámú módszereket különböztetjük meg: amplitúdó, fázis, amplitúdó-fázis, geometriai, idő, spektrális, polarizációs, holografikus. A rádióhullám-roncsolásmentes vizsgálat mikrohullámú módszereinek alkalmazási körét az 1. táblázat és a GOST 23480-79 tartalmazza.
A roncsolásmentes vizsgálat rádióhullámos módszerei
| A módszer neve | Alkalmazási terület | A hatókört korlátozó tényezők | Szabályozott paraméterek | Érzékenység | Hiba | ||||||||
| Amplitúdó tompa | Félkész termékek és radiotranszparens anyagokból készült termékek vastagságmérése | Komplex konfiguráció. A szakadék megváltoztatása a jelátalakító antennája és a vezérlőfelület között. | Vastagság 100 mm-ig | 1-3 mm | 5% | ||||||||
| Dielektrikumból készült félkész termékek, termékek és szerkezetek hibafeltárása | Hibák: repedések, leválások, alulnyomás | 0,1-1 mm-nél nagyobb repedések | |||||||||||
| Fázis | Lemezanyagok és félkész termékek, rétegtermékek és dielektromos szerkezetek vastagságmérése. | A vizsgálandó tárgy profiljának vagy felületének hullámossága 10 liternél kisebb lépésnél. Elhangolás a jelamplitúdó hatásától | Vastagság 0,5 mm-ig | 5-3 mm | 1% | ||||||||
| Az „elektromos” (fázis) vastagság szabályozása | Vastagság 0,5 mm-ig | 0,1 mm | |||||||||||
| Amper-tud-fázis | Anyagok, félkész termékek, dielektrikumból készült termékek, szerkezetek vastagságmérése, vastagságváltozások szabályozása. | A leolvasás kétértelműsége, ha a vastagság 0,5 A-nál nagyobb mértékben változik, E A vizsgált tárgyak anyagának dielektromos tulajdonságainak változása több mint 2%-kal. Vastagság több mint 50 mm. | Vastagság 0- | 0,05 mm | ±0,1 mm | ||||||||
| Amper-tud-fázis | Réteges anyagok, dielektromos és félvezető termékek hibaészlelése 50 mm vastagságig | A jelátalakító antennája és a vizsgálandó tárgy felülete közötti rés megváltoztatása. | Elválások, zárványok, repedések, sűrűségváltozások, az alkotóelemek egyenetlen eloszlása | 0,05 A, E nagyságrendű zárványok. Kb. 0,05 mm nyílású repedések Sűrűségkülönbség kb. 0,05 g/cm3 | |||||||||
| Geometriai | Dielektrikumból készült termékek és szerkezetek vastagságmérése: abszolút vastagságértékek szabályozása, maradék vastagság | Vezérlő objektumok komplex konfigurációja; nem párhuzamos felületek. Vastagság több mint 500 mm | Vastagság 0 -500 mm | 1,0 mm | |||||||||
| Félkész termékek és termékek hibáinak észlelése: üregek, delaminációk, idegen zárványok ellenőrzése dielektromos anyagokból készült termékekben | Vezérlő objektumok összetett konfigurációja | 1,0 mm | 1 –3% | ||||||||||
| Idő- | Dielektrikumnak számító szerkezetek és közegek vastagságának mérése | Egy „halott” zóna jelenléte. Nanoszekundumos technológia. Nál nél- | Vastagság több mint 500 mm | 5-10 mm | 5% | ||||||||
| Noé | Dielektromos közeg hibaészlelése | 100 mW-nál nagyobb teljesítményű generátorok cseréje | Hibamélység meghatározása 500 mm-ig | 5-10 mm | 5% | ||||||||
| Spektrális | Félkész termékek és radiotranszparens anyagokból készült termékek hibafelismerése | A generátor frekvenciastabilitása több, mint 10 -6. Mágneses térforrás jelenléte. Érzékeny útvonal létrehozásának nehézsége a 10%-nál nagyobb frekvencia hangolási tartományban | Vezérlőtárgyak, zárványok anyagainak szerkezetének, fizikai-kémiai tulajdonságainak változása | A mikrohibák és mikroinhomogenitások lényegesen kisebbek az üzemi hullámhossznál. | - | ||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | ||||||||
| Polarizáló | Dielektromos anyagokból készült félkész termékek, termékek és szerkezetek hibafeltárása. | Komplex konfiguráció. Vastagság több mint 100 mm. | Az anyagok tulajdonságaiban anizotrópiát okozó szerkezeti és technológiai hibák (anizotrópia, mechanikai és termikus igénybevételek, a szerkezeti sorrendben bekövetkező technológiai zavarok) | 0,5-1,0 cm2-nél nagyobb területű hibák. | |||||||||
| Holografikus | Dielektromos és félvezető anyagokból készült félkész termékek, termékek, szerkezetek hibafeltárása látható (térfogati) kép létrehozásával | A generátor frekvenciastabilitása több, mint 10 -6. Egyenletes amplitúdó-fázis jellemzőkkel rendelkező referencianyaláb vagy mező létrehozásának nehézsége. A berendezések összetettsége és magas költsége. | Zárványok, delaminációk, vastagságváltozások. A tárgyak alakjának változásai. | Repedések 0,05 mm-es nyílással | |||||||||
Megjegyzés: λ – hullámhossz a vezérelt objektumban; L – az antenna hullámosság irányában nyíló mérete.
A mikrohullámú módszerek alkalmazásának szükséges feltétele a következő követelmények betartása:
A vezérelt objektum legkisebb méretének (a vastagság kivételével) és a jelátalakító antenna apertúrájának legnagyobb méretének arányának legalább egységnyinek kell lennie;
A minimálisan kimutatható hibák legkisebb méretének legalább háromszorosának kell lennie az ellenőrzött tárgyak felületi érdességének értékének;
A visszavert (szórt) sugárzás spektrumának rezonanciafrekvenciáinak, illetve a tárgy és a hiba anyagainak mágneses térerősségeinek eltérőnek kell lenniük, az adott típusú rögzítőberendezések megválasztásától függően.
A jelátalakító antennáinak a vizsgálandó objektumhoz viszonyított elhelyezésére vonatkozó lehetőségeket az 1. táblázat tartalmazza.
Az ilyen típusú ellenőrzési módszerek lehetővé teszik a vastagság meghatározását, valamint a belső és felületi hibák kimutatását az elsősorban nem fémes anyagokból készült termékekben. A rádióhullám-hibadetektálás lehetővé teszi a fémhordozón lévő dielektromos bevonatok vastagságának nagy pontosságú és termelékenységű mérését. Ebben az esetben a vizsgálójel amplitúdója a fő információs paraméter. Az anyagon áthaladó sugárzás amplitúdója számos ok miatt csökken, beleértve a hibákat is. Ezenkívül a hullámhossz és annak fázisa változik.
A rádióhullám-hibák észlelési módszereinek három csoportja van: átvitel, visszaverődés és szórás.
A rádióhullám-módszer berendezése általában tartalmaz egy folyamatos vagy impulzus üzemmódban működő generátort, a termékbe energiabevitelre és az átvitt vagy visszavert hullámok vételére tervezett kürtantennákat, a vett jelek erősítőjét és a különféle típusú vezérlőjeleket vezérlő eszközöket. mechanizmusok.
A fóliadielektrikumok vizsgálatakor a vizsgált minta felületét 2 mm hullámhosszú, irányított mikrohullámú sugárral pásztázzák.
A mikrohullámok használt paramétereitől függően a hibaérzékelőket fázisra, amplitúdó-fázisra, geometriaira és polarizációra osztják.
A hullám amplitúdójához viszonyított változást egy referenciaterméken mérik. Az amplitúdóhiba detektorok a legegyszerűbbek beállítási és működési szempontból, de csak kellően nagy, a vett jel szintjét jelentősen befolyásoló hibák észlelésére szolgálnak.
Az amplitúdó-fázis hibaérzékelők lehetővé teszik a hullám amplitúdóját és fázisát egyaránt megváltoztató hibák észlelését. Az ilyen hibaérzékelők képesek meglehetősen teljes információt szolgáltatni, például a többrétegű nyomtatott áramköri lapok egyes rétegeinek gyártására szánt fólia dielektromos nyersdarabok minőségéről.
A polarizációs hibadetektorok rögzítik a hullám polarizációs síkjában bekövetkezett változásokat a különböző inhomogenitásokkal való kölcsönhatás során. Ezek a hibadetektorok felhasználhatók magukban a különféle anyagokban lévő rejtett hibák észlelésére, például a dielektromos anizotrópia és a dielektromos anyagok belső feszültségeinek tanulmányozására.
Sugárzási módszerek
A roncsolásmentes vizsgálat sugárzási módszerei a roncsolásmentes vizsgálat egy fajtáját jelentik, amely a behatoló ionizáló sugárzás regisztrálásán és elemzésén alapul a szabályozott tárggyal való kölcsönhatás után. A sugárzási módszerek azon alapulnak, hogy egy objektumról ionizáló sugárzással hibaészlelési információkat szereznek, amelyeknek az anyagon való áthaladását a közeg atomjai és molekulái ionizálják. Az ellenőrzési eredményeket a felhasznált ionizáló sugárzás jellege és tulajdonságai, a vizsgált termékek fizikai-kémiai jellemzői, a detektor (rögzítő) típusa és tulajdonságai, az ellenőrzési technológia és a hibadetektorok minősítése határozza meg.
A roncsolásmentes vizsgálat sugárzási módszereit arra tervezték, hogy észleljék az ellenőrzött tárgyak anyagában a gyártás során fellépő mikroszkopikus megszakadásokat (repedések, oválisok, zárványok, üregek stb.)
A sugárzási MNC-k osztályozását az 1. ábra mutatja be.
Elektronmikroszkópos (EM) módszerek
Az elektronmikroszkópia a 0,5-50 keV energiájú elektronok anyaggal való kölcsönhatásán alapul, miközben rugalmas és rugalmatlan ütközéseken mennek keresztül.
Tekintsük az elektronok felhasználásának fő módjait vékonyréteg-struktúrák megfigyelésében (lásd 2. ábra)
Asztal 1 -
A jelátalakító antennáinak elrendezése a vizsgált objektumhoz viszonyítva.
| Átalakító antenna elrendezése | Lehetséges ellenőrzési módszer | jegyzet |
| 1 | 2 | 3 |
| Amplitúdó, spektrum, polarizáció | - | |
|
| Fázis, amplitúdó-fázis, idő, spektrális | - |
|
| Amplitúdó, geometriai, spektrális, polarizáció | - |
|
| Fázis, amplitúdó-fázis, geometriai, időbeli, spektrális | - |
|
| Amplitúdó, spektrum, polarizáció. | - |
|
| Amplitúdó, polarizáció, holografikus. | Egyelemes antennát használnak vevőantennaként. |
|
| Amplitúdó, holografikus. | Több elemből álló antennát használnak vevőantennaként. |
|
| Amplitúdó, amplitúdó-fázis, idő, polarizáció | - |
|
| Amplitúdó, fázis, amplitúdó-fázis, spektrális. | Adó (kibocsátó) és vételi funkciók Egy antennában több antenna van kombinálva. |
Megnevezések: - jelátalakító antenna;
Betöltés. 
1 – mikrohullámú generátor; 2 – ellenőrzés tárgya; 3 – mikrohullámú vevő; 4 – lencse (kvázi) lapos hullámfront létrehozásához; 5 – lencse rádiókép kialakításához; 6 – hídáramkörök referencia (referencia) karja.
Megjegyzés: megengedett a jelátalakító antenna elrendezéseinek kombinációja a vizsgált objektumhoz viszonyítva.
Pásztázó elektronmikroszkópia (SEM). Egy 2-10 nm átmérőjű fókuszált elektronnyaláb 1 (2. ábra) 2 eltérítő rendszer segítségével mozog a minta felületén (akár Z1 dielektromos film, akár Z-11 félvezető.) Ezzel a nyalábbal szinkronban, az elektronsugár a katódsugárcső képernyőjén mozog . Az elektronsugár intenzitását a mintából érkező jel modellezi. Az elektronsugár vonal- és keretpásztázása lehetővé teszi a vizsgált minta egy bizonyos részének megfigyelését a CRT képernyőn. A szekunder és reflektív elektronok moduláló jelként használhatók.
1. ábra – A sugárzási módszerek osztályozása
2. ábra – A pásztázó elektronmikroszkópia működési módjai
a) kontraszt az átvitt elektronokban; b) kontraszt a szekunder és visszavert elektronokban; c) kontraszt az indukált áramban (Z11 - feltételesen a készüléken kívül). 1 – fókuszált sugár; 2 – terelőrendszer; 3 – vizsgálat tárgya - dielektromos fólia; 4 - szekunder és visszavert elektronok detektora; 5 - erősítő; 6 - pásztázó generátor; 7 - CRT; 8 - detektorrács; 9 - visszavert elektronok; 10 - szekunder elektronok.
A transzmissziós elektronmikroszkópia (TEM) az anyag atomjaival kölcsönhatásba lépő elektronok abszorpcióján és diffrakcióján alapul. Ebben az esetben a filmen keresztül továbbított jelet eltávolítják a Z1 mintával sorba kapcsolt ellenállásról. Ahhoz, hogy képet kapjunk a képernyőn, erős lencséket helyezünk a minta mögé. A minta oldalainak síkkal párhuzamosnak és tisztának kell lenniük. A minta vastagságának sokkal kisebbnek kell lennie, mint az elektronok átlagos szabad útja, és 10...100 nm-nek kell lennie.
A TEM lehetővé teszi: a diszlokációk alakjának és méretének, a minták vastagságának és a filmek profiljának meghatározását. Jelenleg 3 MeV-ig léteznek PE mikroszkópok.
Pásztázó elektronmikroszkópia (SEM).
A kép a szekunder elektronok és a visszavert elektronok hatására egyaránt létrejön (2. ábra). A szekunder elektronok lehetővé teszik annak meghatározását kémiai összetétel minta, a visszavertek pedig – felületének morfológiája. -50 V negatív potenciál alkalmazásakor az alacsony energiájú szekunder elektronok blokkolódnak, és a képernyőn megjelenő kép kontrasztossá válik, mivel az alatta lévő felületek negatív szög a detektorhoz, egyáltalán nem láthatók. Ha pozitív potenciált (+250 V) kapcsolunk a detektorrácsra, a teljes minta felületéről másodlagos elektronok gyűlnek össze, ami lágyítja a kép kontrasztját. A módszer lehetővé teszi, hogy információkat szerezzen a következőkről:
A vizsgált felület topológiája;
Geometriai dombormű;
A vizsgált felület szerkezete;
másodlagos kibocsátási tényező;
A vezetőképesség változásairól;
A potenciális akadályok elhelyezkedéséről és magasságáról;
A potenciál eloszlása a felületen és a felületen (az elektronokkal besugárzott felület töltése miatt), amikor egy pásztázó sugár eléri a félvezető eszközök felületét, áramok és feszültségek indukálódnak benne, amelyek megváltoztatják a szekunder pályát. elektronok. A pozitív potenciállal rendelkező IC elemek sötétnek tűnnek az alacsonyabb potenciállal rendelkező területekhez képest. Ez annak köszönhető, hogy a minta pozitív potenciállal rendelkező területei felett késleltető mezők vannak jelen, amelyek a szekunder elektronok jelének csökkenéséhez vezetnek. A potenciális kontrasztmérések csak kvalitatív eredményeket adnak, mivel a késleltető mezők nemcsak a folt geometriájától és feszültségétől függenek, hanem a minta teljes felületére kiterjedő feszültségeloszlástól is;
A másodlagos elektronok sebességének nagy elterjedése;
A potenciális kontraszt a topográfiai kontrasztra és a mintaanyag összetételének heterogenitásával összefüggő kontrasztra épül.
Indukált mód (indukált elektronsugár áram).
A nagy energiájú elektronsugár a mikroáramkör kis területére fókuszál, és behatol a szerkezet több rétegébe, aminek eredményeként a félvezetőben elektron-lyuk párok keletkeznek. A minta bekötési rajza (2. ábra, c) látható. Az IC-re adott megfelelő külső feszültségeknél az újonnan született töltéshordozók által keltett áramokat mérik. Ez a módszer lehetővé teszi, hogy:
Határozza meg a kerületet р-n csomópont. A kerület alakja befolyásolja a letörési feszültségeket és a szivárgási áramokat. A primer elektronsugár (2) (3. és 4. ábra) az (1) minta felületén x irányban mozog, és a mozgás irányától függően változik a pn átmenetben indukált áram értéke. A p-n csomópont fényképei alapján meghatározhatja a torzításokat kerülete р-nátmenet (5. ábra).
Határozza meg a helyi helyeket bontás p-nátmenet. Ha a törés helyén egy p-n átmenet lokális lebomlása következik be, akkor az áramhordozók lavinaszaporodása jön létre (6. ábra) Ha az elsődleges elektronnyaláb (1) ebbe a tartományba (3) esik, akkor az elektron-lyuk. a primer elektronok által generált párok a p-n átmenetben is megsokszorozódnak, aminek következtében ezen a ponton a jel növekedése és ennek megfelelően egy fényfolt megjelenése kerül rögzítésre a képen. A pn átmenetnél a fordított torzítás megváltoztatásával azonosítható a törésképződés pillanata, és a szerkezeti hibák azonosításával, például szelektív maratással vagy TEM-mel, összehasonlíthatja az áttörési régiót egy adott hibával.
3. ábra – Elektronsugár átviteli diagram
4. ábra – Egy végponti pn-elágazás képe egy célponttal
kerületének meghatározása
1 – vége p-n átmenet; 2 – elektronsugár;
3 – elektron-lyuk párok keletkezési tartománya.
4. ábra – Síkbeli pn csomópont képe céllal
kerületének meghatározása
1 - sík p-n csomópont; 2 - elektronsugár;
3 - elektron-lyuk párok keletkezési tartománya.
5. ábra – Síkbeli p-n csomópont kerületének torzulása felülről
Figyelje meg a hibákat. Ha be terület р-nátmenet hiba van (4) (6. ábra), majd amikor az elsődleges elektronnyaláb a defektus tartományba ütközik, a keletkezett párok egy része a defektuson rekombinálódik, és ennek megfelelően addig, amíg p-n határok Kevesebb vivő éri el a csomópontot, ami csökkenti az áramerősséget a külső áramkörben. Tovább fotók р-nátmenet esetén ez a terület sötétebbnek tűnik, mint a háttér többi része. A mélység közötti kapcsolat megváltoztatásával ágynemű р-nátmenet és a primer elektronok behatolása, lehetővé válik a különböző mélységekben elhelyezkedő hibák elektromos aktivitásának szondázása. A hibák megfigyelése fordított és közvetlen módszerrel is elvégezhető elmozdulások р-nátmenet.
Auger elektronspektroszkópia (EOS).
A felületi atomok által kibocsátott elektronok spektrumának megszerzéséből és elemzéséből áll, ha elektronsugárral érintkeznek. Az ilyen spektrumok információkat hordoznak:
A felületi rétegek atomjainak kémiai (elemi) összetételéről és állapotáról;
Az anyag kristályszerkezetéről;
A szennyeződések felületi és diffúziós rétegeken való eloszlásáról; Az Auger-spektroszkópia berendezése egy elektronágyúból, egy Auger elektronenergia-analizátorból, egy rögzítő berendezésből és egy vákuumrendszerből áll.
6. ábra – Egy síkbeli p-n csomópont képe a meghibásodás megállapítása és a hiba azonosítása céljából.
1 – elektronsugár; 2 – sík pn átmenet; 3 – fémszennyeződés; 4 – hiba.
Az elektronágyú a mintára fókuszálja az elektromos sugarat, és letapogatja azt. A gerenda átmérője helyi Auger analízissel rendelkező berendezésekben 0,07...1 µm. A primer elektronok energiája 0,5...30 keV tartományban változik. Az Auger spektroszkópiai berendezésekben energiaelemzőként általában hengeres tükör típusú analizátort használnak.
A rögzítő berendezés kétkoordinátás rögzítővel rögzíti a függőséget, ahol: N a kollektorba ütköző elektronok száma;
E k – Auger-elektronok mozgási energiája.
Az EOS berendezés vákuumrendszerének legfeljebb 10 7 – 10 8 Pa nyomást kell biztosítania. Rosszabb vákuumokban a maradék gázok kölcsönhatásba lépnek a minta felületével és torzítják az elemzést.
A hazai EOS telepítések közül kiemelendő a raszteres Auger spektrométer 09 IOS - 10 - 005. Ennek Auger lokalitása raszter módban 10 μm.
(7. ábra) egy szennyezett GaAs felület Auger-spektrumát mutatja, amelyből jól látható, hogy a GaAs fő spektrumai mellett az S, O és C szennyezőatomok is jelen vannak a filmben Az Auger elektronok energiáinak rögzítésével az atomok által kibocsátott gerjesztésük során, és ezek összehasonlításával a táblázatos értékek meghatározzák azon atomok kémiai természetét, amelyekből ezek az elektronok kibocsátottak.
7. ábra – Szennyezett GaAs felület csigás spektruma
Megjegyzés: a módszer nevét Pierre Auger francia fizikusról kapta, aki 1925-ben fedezte fel az anyag atomjai által az elektronok kibocsátásának hatását a belső szintjük röntgenkvantumokkal történő gerjesztése következtében. Ezeket az elektronokat Auger-elektronoknak nevezzük.
Emissziós elektronmikroszkópia (EEM).
Nál nél különleges körülmények a minta felülete elektronokat bocsáthat ki, pl. katód legyen: erős alkalmazásakor elektromos mező a felszínre (térkibocsátás) vagy a felület részecskékkel történő bombázásának hatására.
ábrán látható emissziós mikroszkópban. A 8. ábrán a minta felülete egy olyan rendszer elektródája, amely az anóddal elektronlencsét alkot.
Az EEM használata olyan anyagoknál lehetséges, amelyeknek alacsony a munkaképessége. A vizsgált termék mintegy szerves része elektron-optikai rendszer EEM, és ez az alapvető különbség a SEM-től.
Az EEM a mikromezők megjelenítésére szolgál. Ha a pn átmenetet (1) (9. ábra) egyenletes elektromos térbe (2) helyezzük, és blokkoló feszültséget kapcsolunk rá, akkor a pn átmenet (3) által létrehozott mező (nagy szivárgási áramok esetén) meghajlik. fő mezővonalak.
A vonalak görbülete lehetővé teszi a potenciáleloszlás meghatározását a minta felületén.
Elektronreflexiós spektroszkópia (ERS).
Az EOS-ben a megfigyelt minta felületét olyan potenciálon tartják, hogy a besugárzó elektronok mindegyike vagy nagy része ne érje el a minta felületét.
Működésének elvét a ábra mutatja. 10. A kollimált elektronsugár a minta rá merőleges felületére irányul. elektronok,
8. ábra – Emissziós mikroszkóp működési elve
9. ábra – A p-n csomópont megjelenítése EEM segítségével
P-n átmenet fordított irányban csatlakoztatva; - elektronikus
a pn csomópont mező pályái.
Az utolsó nyíláson átrepülő lencsék gyorsan lelassulnak és visszafordulnak egy olyan ponton, amelyet a mintafelület katódhoz viszonyított potenciálja és a minta felületén lévő elektromos térerősség határoz meg. Az elfordulás után az elektronok ismét felgyorsulnak, visszarepülnek a lencséken, és a kinagyított képet egy katódlumineszcens képernyőre vetítik. További nagyítás érhető el, ha gyenge mágneses térben elválasztjuk a kimenő sugarat a bejövőtől, és a kimenő sugár útjában további nagyító lencséket használunk.
A kimenő nyaláb kontrasztját a felület topológiája, valamint a rajta lévő elektromos potenciál és mágneses mezők változása határozza meg.
Mintafeszültség
10. ábra – Elektronreflexiós mikroszkóp működési elve
IRODALOM
1. Gludkin O.P. Módszerek és eszközök a RES és az EVS tesztelésére. – M.: Feljebb. iskola., 2001 – 335 p.
2. Rádióelektronikai, elektronikus számítástechnikai berendezések és vizsgálóberendezések tesztelése / szerk. A.I.Korobova M.: Rádió és kommunikáció, 2002 - 272 p.
3. Mlitsky V.D., Beglaria V.Kh., Dubitsky L.G. Berendezések és mérőműszerek külső tényezőknek való kitettség vizsgálata. M.: Gépészet, 2003 – 567 pp.
4. Nemzeti rendszer a Fehérorosz Köztársaság tanúsítványa. Mn.: Gosstandart, 2007
5. Fedorov V., Sergeev N., Kondrashin A. Ellenőrzés és tesztelés rádióelektronikai berendezések tervezésében és gyártásakor - Technosphere, 2005. - 504 p.
