抛光型SLAM系统灵敏度研究
激光扫描声学显微镜(SLAM)[1]作为一种新型无损检测仪器,其工作频率、分辨率、声波传输角度等技术指标与被测样品的声学性能、厚度密切相关,而动态波纹蕴涵被测样品的声学性能,要使动态波纹能量最大,入射声波应满足一定的条件[2]。
对于SLAM声学模块,国内外研制的SLAM无一例外地都是激光在工作面板上聚焦扫描的工作方式,由于样品、耦合水及工作面板间声阻抗不是完全匹配,声波在传输过程中遇到不匹配的交界面会发生反射损耗,同时水和工作面板对声波又存在吸收损耗,为了尽量减少声波在传输过程中的损耗,提高系统灵敏度,除使三种物质的声阻抗尽量匹配外,在研究片式固体材料和电子元器件时,去掉工作面板和样品上表面的耦合液,代之以样品上表面光学抛光,则动态波纹就直接出现在光学抛光面(自由界面)上,这样不但减少了水和工作面板的吸收和反射损耗,而且增强了调制声波———动态波纹的能量,从而提高系统的灵敏度。
在实验和实际应用中发现,SLAM系统灵敏度与被测样品的形状、尺寸及样品声参数的分布、入射声波频率等有关[3],在实际检测过程中,必须根据不同被测材料样品合理地设计改造声学模块,提高系统的灵敏度。本文首先详细分析了入射声波在抛光型分层介质中的传播特点,建立了抛光型样品自由界面动态波纹振幅与入射声波关系的数学模型(系统灵敏度函数),经综合分析获得了提高系统响应的方法,为进一步提高SLAM灵敏度和升级换代提供了理论依据。
1 自由界面动态波纹数学模型
1.1 平面声波在光学抛光型分层介质中的传输规律
如图1所示,设有一平面声波从耦合液(区域3)传输到平行板分层介质界面,声波入射面与面重合;由于声波在透射时会发生波型转换,所以必须同时考虑纵波和横波[4]。在图1所示的声波传输下,各个区域的标势φ和矢势分别为
式中 V为反射系数(设入射波的振幅为1);d为样
2 动态波纹振幅极值分析
对于SLAM系统,能量越大,图像越清晰,系统灵敏度越高。分析表明,T与d和入射声波频率密切相关,下面对动态波纹位移分量u(2)z1的振幅T进行详细分析。
设有一平面声波以纵波全内反射角θ3c入射到如图2所示的抛光型分层介质界面,声波入射面与xoz面重合,则θ2=π/2,根据式(8)可得以θ3c为声波入射角时自由界面动态波纹数学模型和表征系统灵敏度函数分别为
令沿d方向横波视波长记为λ2td,即λ2td=λt2/cosγ2,E=d/λ2td,则
相关文章
- 2024-01-24N型热电偶的特点及二次显示仪表的改制
- 2023-05-06E+H雷达液位计在化工储罐的应用
- 2022-06-02PLC在桥式起重机中的应用
- 2023-12-01游标卡尺量爪快速修复一例
- 2023-02-22电子汽车衡检定问题的分析与研究
请自觉遵守互联网相关的政策法规,严禁发布色情、暴力、反动的言论。