طريقة الموجات الراديوية لرصد مباني الميكروويف. الموجات الراديوية ، طرق الإشعاع للتحكم RES

عنوان: نوع الموجة الراديوية للاختبار غير المتلف

طريقة موجات الراديويعتمد الاختبار غير المتلف على تسجيل التغييرات في معلمات الموجات الكهرومغناطيسية الراديوية التي تتفاعل مع كائن التحكم. عادة ما تستخدم موجات من نطاق الميكروويف بطول من 1 مم إلى 100 مم. إنها تتحكم في المنتجات المصنوعة من المواد التي لا تضعف فيها موجات الراديو كثيرًا: المواد العازلة (البلاستيك ، السيراميك ، الألياف الزجاجية) ، الكهرومغناطيسية (الفريت) ، أشباه الموصلات ، الأجسام المعدنية رقيقة الجدران.

حسب طبيعة التفاعل معنعم طرق التمييز الإشعاع المنقول والمنعكس والمتناثر والرنين.

إذا كانت القيمة الخاضعة للرقابة مرتبطة مباشرة بقوة المجال (القدرة) للإشعاع المنعكس أو المرسل أو المتناثر ، يتم استخدام طريقة التحكم في الاتساع. التطبيق الفني للطريقة بسيط ، لكن مناعة الضوضاء المنخفضة تحد من تطبيقه. يتم الحصول على نتائج أكثر موثوقية باستخدام طرق الطور والسعة ،بناءً على اختيار المعلومات المفيدة الواردة في التغييرات في اتساع وطور الموجة.

إذا تجاوز سمك الكائن الطول الموجي لإشعاع التحقيق المستخدم ، فمن المستحسن استخدام طريقة هندسية أو زمنية لقياسه.. في الحالة الأولى ، ترتبط المعلمة الخاضعة للرقابة بانحراف مواضع الحزمة المنعكسة في مستوى التسجيل بالنسبة إلى نظام الإحداثيات المختار ، في الحالة الثانية ، مع التغيير في تأخير الإشارة في الوقت المناسب.

تستخدم طريقة الاستقطاب للتحكم في الأغشية الرقيقة والمواد متباينة الخواص.، بناءً على تحليل التغيرات في المستوى أو نوع استقطاب التذبذبات بعد تفاعل الإشعاع مع OK. قبل الاختبار ، يتم نشر هوائي الاستقبال حتى تصبح الإشارة عند خرجها من المرجع OK صفراً. تميز الإشارات من OK المختبرة درجة انحراف خصائصها عن الصفات النموذجية.

طريقة التصوير المجسميعطي نتائج جيدة في التحكم في الهيكل الداخلي لـ OC ، ومع ذلك ، نظرًا لتعقيد تنفيذ الأجهزة ، فإن الطريقة محدودة الاستخدام.

يتم توفير المعلومات الأكثر اكتمالا عن طريق استخدام الهوائيات متعددة العناصر، لأنه في هذه الحالة من الممكن إعادة إنتاج البنية الداخلية للكائن.

لزيادة دقة الكشف عن الخلل ، يتم استخدام طريقة المقارنة الذاتية. يتم تنفيذه باستخدام مجموعتين من أجهزة الإرسال والاستقبال ، أقرب ما يمكن من بعضهما البعض. يتم تحديد الإشارة الناتجة عن طريق الاختلاف في اتساع ومراحل إشارات مستقبلات كل قناة. يؤدي وجود الخلل إلى تغيير ظروف انتشار الموجة في قناة واحدة وظهور إشارة فرق. إن تحليل ديناميكيات تغيرات الإشارة أثناء المرور الدوري للعيب عبر منطقة التحكم في كاشف عيب الموجة الراديوية يجعل من الممكن تقليل عتبة الحساسية الخاصة به.

طريقة الرنينيعتمد التحكم في الموجات الراديوية على إدخال OK في مرنان أو دليل موجي أو خط طويل وتسجيل التغييرات في معلمات النظام الكهرومغناطيسي (تردد الرنين ، عامل الجودة ، عدد أنواع التذبذب المثارة ، إلخ). تتحكم هذه الطريقة في الأبعاد والخصائص الكهرومغناطيسية والتشوهات والمعلمات الأخرى. يتم استخدام طريقة الرنين بنجاح للتحكم في مستوى السوائل في الخزانات ومعلمات الحركة لأجسام مختلفة.

يستخدم اختبار الموجات الراديوية لحل جميع المشكلات النموذجية للاختبارات غير المدمرة: قياس السُمك ، واكتشاف الخلل ، والتنظير الهيكلي والتنظير الداخلي (التحكم في الهيكل الداخلي). المعدات المستخدمة في هذه الحالة ، كقاعدة عامة ، مبنية على أساس عناصر ميكروويف قياسية أو حديثة. يمكن أن يكون أحد العناصر الخاصة في حل مشكلة معينة مصدرًا أو مستقبلًا للإشعاع ، بالإضافة إلى جهاز لتثبيت وتحريك شيء ما.

من بين الميزات الأخرى للتحكم في الموجات الراديوية مقارنة بالتحكم البصري والإشعاعي ، تجدر الإشارة إلى استخدام طريقة المعاوقة لحساب معلمات الإشارة ومدى تناسب طول موجة الإشعاع مع أبعاد مسار الموجة الراديوية "مصدر الإشعاع - كائن التحكم - مستقبل الإشعاع ".

وسائل اختبار الموجات الراديوية غير المدمرة هي أجهزة استشعار ذات عنصر حساس، حيث يتم تحويل القيمة الخاضعة للرقابة إلى معلمة إعلامية ؛ مولدات الميكروويف - مصادر التذبذبات الكهرومغناطيسية ؛ تم تصميم المحولات الثانوية لتوليد إشارات التسجيل والتحكم.

تصنيف الأجهزة. يمكن تصنيف أجهزة التحكم في الموجات الراديوية وفقًا لمعايير مختلفة.

وفقًا للمعلمة الإعلامية ، يتم تمييز الأجهزة:

- السعة

- مرحلة؛

- مرحلة الاتساع

- الاستقطاب

- رنان.

- الحزم؛

- تكرر؛

- التحويل (نوع الموجة) ؛

- طيفي.

وفقًا لتخطيطات جهاز الاستقبال وباعث طاقة الميكروويف بالنسبة إلى جهاز التحكم

يمكن أن تكون العينات:

- للتمرير (وصول ثنائي الاتجاه) ؛

- انعكاس (وصول أحادي الاتجاه) ؛

- مجموع.

هناك الأشكال التالية لتوليد الإشارات:

- التناظرية؛

- الانحراف؛

- بصري.

عند استخدام هذا النوع من التحكم ، يؤدي وجود عيوب في المنتجات قيد الدراسة إلى ظهور انعكاسات إضافية للمجال الكهرومغناطيسي ، مما يغير نمط التداخل ويسبب فقدًا إضافيًا للطاقة. تستخدم هذه الطريقة في الكشف عن الخلل في العوازل ، وكذلك في دراسة حالة سطح الأجسام الموصلة.

عيوب طريقة الميكروويفهي الدقة المنخفضة نسبيًا للأجهزة التي تطبق هذه الطريقة ، نظرًا لصغر عمق اختراق موجات الراديو في المعادن.

عند التفاعل مع مادة المنتج ، تتغير معلمات الموجات الميكروية مثل معاملات الإرسال والانعكاس والتوهين والانتثار والطور ونوع ومستوى الاستقطاب. التغييرات في هذه القيم أثناء مرور الموجات الميكروية عبر المنتج الخاضع للرقابة أو الانعكاس منه يميز الحالة الداخلية للمنتج ، على وجه الخصوص ، وجود عيوب مختلفة (الفصل ، المسامية ، الشقوق ، الشوائب الخارجية ، التوزيع غير المتكافئ لل الموثق ، والأضرار الهيكلية ، وما إلى ذلك). تتمثل إحدى المهام الرئيسية لطريقة الميكروويف في اكتشاف هذه العيوب في المواد البوليمرية وخاصة في المواد غير الشفافة لنطاق الطول الموجي المرئي.

في الوقت الحاضر ، تُستخدم في الصناعة إنشاءات مصنوعة من مواد بوليمرية ذات تكوينات مختلفة. يمكن أن تكون هذه الألواح المسطحة أحادية ومتعددة الطبقات ، والمنتجات الأسطوانية والكروية المصنوعة بطرق مختلفة ، والمفاصل اللاصقة. لكل نوع من المنتجات ، من الضروري تحديد طريقة الفحص وطريقة تشغيل كاشف الخلل.

تنقسم طرق الموجات الراديوية ، اعتمادًا على طريقة إدخال واستقبال إشارة الميكروويف ، إلى دليل موجي ورنان ومساحة خالية. ومع ذلك ، فإن طرق المساحة الحرة هي الأكثر استخدامًا في ممارسة الاختبارات غير المدمرة. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن طرق الدليل الموجي والمرنان مرتبطة بالحاجة إلى وضع المنتج أو العينة الخاضعة للرقابة داخل الدليل الموجي. إن أبعاد التجويف الداخلي للدليل الموجي أو الرنانات ، خاصة عند الأطوال الموجية القصيرة ، تحد بشكل كبير من نطاق المنتجات التي تتحكم فيها هذه الطرق.

من طرق الموجات الراديوية للمساحة الخالية من الميكروويف ، يتم استخدام السعة والطور والاستقطاب والتشتت. وفقًا لطريقة التشغيل ، يتم تقسيمها إلى طرق "للتمرير" و

"للتفكير". يتم تحديد اختيار وضع التشغيل من خلال تصميم المنتج وشفافية الجدران.

تعتمد طريقة التحكم في السعة على تسجيل شدة موجات الراديو الدقيقة المنقولة عبر المنتج أو المنعكسة منه. الكميات المقاسة في طريقة التحكم في السعة هي معاملات الإرسال والانعكاس ، دليل التوهين. ترتبط هذه المعاملات بثابت العزل وسماكة الجدار للمنتج الذي تم اختباره.

تم العثور على معاملات النقل والانعكاس من معادلات ماكسويل للوسائط أحادية ومتعددة الطبقات مع إدخال المعاوقة العادية في هذه المعادلات ، والتي تُفهم على أنها نسبة المكونات العرضية للمجالات الكهربائية والمغناطيسية. بالنسبة للحالة التي يكون فيها متجه شدة المجال الكهربائي E موازيًا لواجهة الوسيط المعتبَر ، فإن الممانعة تساوي

أنا كوس 

وللحالة التي يكون فيها متجه المجال المغناطيسي H موازيًا للواجهة

في ظل الظروف المثالية ، يتم إنشاء وضع موجة متنقلة في الدليل الموجي ، والذي يتميز بحقيقة أنه إذا تم تحريك أي مقياس لشدة المجال الكهربائي على طول الدليل الموجي ، فإن جهاز المؤشر سيظهر نفس القيمة بغض النظر عن موقعه.

لكن ، كقاعدة عامة ، لا يمكن خلق ظروف انتشار مثالية ، وبالتالي الصورة الكاملة

يتكون الحقل من مجموعة موجات تنتشر من المولد إلى الحمل ، وتنتشر الموجات في الاتجاه المعاكس - من أي عدم تجانس إلى المولد. في هذه الحالة ، يتم إنشاء وضع الموجات الواقفة في الدليل الموجي. يتميز أي خط من خطوط الدليل الموجي بنسبة موجة ثابتة للجهد (VSWR) ، والتي في ظل الظروف المثالية يجب أن تكون مساوية لـ 1. من الناحية العملية ، تعتبر خطوط الدليل الموجي مع VSWR = 1.02 ... 1.03 جيدة جدًا.

إن خصائص الموجات الواقفة وإمكانية إقامة صلة بين الظواهر المرصودة وخصائص عدم التجانس الذي يسبب الانعكاس لها أهمية عملية كبيرة وستتم مناقشتها أدناه.

إذا كان الحد الأقصى للجهد الذي يلاحظه الجهاز هو Umax ، وكان الحد الأدنى هو Umin ، فإن القيمة المسماة معامل موجة الجهد الدائمة تساوي

يمكن التعبير عن قيمة r من حيث نسبة الحادث والموجات المنعكسة:

لوحة U  U Neg

لوحة U - U neg

نسبة Uotr / Upad المحددة من هذه المعادلة تسمى معامل الانعكاس G في الحالة العامة ، هذا المعامل هو رقم مركب. يمكن كتابة معادلة r بالشكل التالي:

يوجد مسطرة خاصة لحساب معامل موجة الجهد الثابت ومعامل الانعكاس من نتائج قياسات Umax و Umin.

لتجنب فقد الطاقة الكبير ، ولتحقيق التشغيل المستقر للمولد وللحصول على نتائج قياس دقيقة ، من الضروري مراقبة اتصال أدلة الموجة باستخدام

الشفاه. المتطلبات الرئيسية هي نفس أبعاد أدلة الموجات ، ومحورتها العالية ومنع الفجوة بين الشفاه إذا لم يكن لديها أجهزة مطابقة خاصة.

بسبب القدرة على ثني أدلة الموجات في أي مستويات (الانحناء في الطائرات E أو H)

من الممكن إنشاء أجهزة توفر التحكم في الأماكن التي يصعب الوصول إليها. لتحقيق مطابقة جيدة للانحناءات مع مسار الدليل الموجي ، من الضروري أن يكون نصف قطر الدائرة المستديرة

كان الانحناء يساوي أو أكبر من

2 ج. هذا ينطبق أيضًا على ما يسمى التقلبات ، أي الدليل الموجي-

عناصر توفر دوران مستوى الاستقطاب بمقدار 45 درجة أو 90 درجة.

في هذه الحالة ، يجب ألا يغيب عن البال أن كل مسار من مسارات الدليل الموجي يتم حسابه لمجموعة من الأطوال الموجية. لذلك ، يتم حساب ظروف المطابقة ونسبة الموجة الدائمة مع مراعاة نطاق الطول الموجي القابل للضبط.

لإجراء البحث ، غالبًا ما يكون من الضروري إزاحة أجهزة الهوائي لمسافة معينة دون تغيير موضع الأجزاء المتبقية من المسار. يمكن تحقيق ذلك باستخدام أدلة موجية مرنة. إذا كانت هناك أدلة موجية مموجة مرنة في تقنية السنتيمتر ، فمن الممكن في نطاق المليمترات بنجاح استخدام قطعة طويلة من الدليل الموجي عازمة بالحرف

تصنيف الأجهزة. يمكن تصنيف أجهزة التحكم في الموجات الراديوية وفقًا لمعايير مختلفة.

4 وفقًا للمعلمة الإعلامية ، يتم تمييز الأجهزة:

- السعة

- مرحلة؛

- مرحلة الاتساع

- الاستقطاب

- رنان.

- الحزم؛

- تكرر؛

- التحويل (نوع الموجة) ؛

- طيفي.

5 وفقًا لتخطيطات المستقبل والباعث لطاقة الميكروويف بالنسبة للعينة الخاضعة للرقابة ، يمكن أن يكون هناك:

- للتمرير (وصول ثنائي الاتجاه) ؛

- انعكاس (وصول أحادي الاتجاه) ؛

- مجموع.

6 توجد الأشكال التالية لتوليد الإشارات:

- التناظرية؛

- الانحراف؛

- بصري.

المعلمات الفيزيائية الرئيسية في الأجهزة هي معاملات الانعكاس ، والانتقال ، والامتصاص ، والانكسار ، والاستقطاب ، والتحويل.

فيما يلي الميزات الرئيسية للأجهزة المبنية على مبادئ مختلفة.

أجهزة طور الاتساع "لتمرير". في هذه الحالة ، يتم تحديد الحالة الداخلية لكائن الاختبار من خلال تأثير الوسيط على الإشارة التي مرت عبر العينة.

يظهر الرسم التخطيطي للطريقة في الشكل. 1.7 أساس الطريقة هو وجود هوائيين (استقبال وانبعاث) يقعان على جوانب متقابلة من كائن الاختبار ، وكقاعدة عامة ، متحد المحور مع بعضهما البعض.

في الأساس ، هناك نوعان من المخططين الأساسيين للأجهزة التي يتم فيها تطبيق طريقة "في الطريق" (الشكل 1.8).

مبدأ تشغيل الدائرة ، حيث يتم الإشارة إلى جميع العناصر بخط صلب ، هو كما يلي. يتم توفير طاقة الميكروويف من مولد klystron 2 من خلال الصمام 3 إلى الدليل الموجي والمخفف

4 إلى البوق الباعث 5. تمر الطاقة عبر العينة 10 ، يستقبلها هوائي الاستقبال 6 ومن خلال مخفف القياس يدخل الكاشف 7 ، وبعد ذلك يتم تضخيم الإشارة وإدخالها إلى جهاز المؤشر 8.

أرز. 1.7 رسم تخطيطي لتشكيل إشارة في مخطط "المرور":

l0 هو طول القرن ؛ l1 هي المسافة من حافة البوق الباعث إلى السطح الأول ؛ l2 هي المسافة من السطح الثاني إلى بوق الاستقبال ؛

h هي سماكة المنتج الخاضع للرقابة ؛ r1،2 هو معامل الانعكاس من الحد الأول والحدود الثانية ؛ g1،2 هو معامل الشفافية للحدود الأولى والثانية ؛

E1 هي الموجة المنبعثة ؛ E2 - موجة في العينة ؛ E3 - الموجة المستلمة

أرز. 1.8 مخطط كتلة لأجهزة الطور الاتساع التي تعمل وفقًا لمخطط "التمرير":

1 - مزود الطاقة ؛ 2 - مصدر طاقة الميكروويف ؛ 3 - عنصر الفصل

(صمام الفريت) ؛ 4 - المخفف 5 - هوائي مشع ؛

6 - هوائي الاستقبال ؛ 7 - كاشف 8 - وحدة معالجة المعلومات ؛

9 - شيفتر المرحلة. 10- كائن السيطرة

مثل هذا المخطط يجعل من الممكن التحكم في خصائص المادة من خلال حجم توهين طاقة الميكروويف في العينة ، المقاس على مقياس المخفف ، بمساعدة إشارة جهاز المؤشر للجهاز. على مستوى ثابت.

بالنسبة لمعظم الحالات العملية ، يمكن تحديد قوة الإشارة المستقبلة باستخدام الصيغة

Р  2 g1 g 2  (l  h) 2  (l  3h) 2 - (l  h) (l  3h)

حيث P0 هي القدرة المشعة ؛ l = l1 + l2 + l3 ؛

عوامل الانعكاس والانتقال.

2  ديال

هو الرقم الموجي في العينة ؛ r1 ، r2 ، g1 ، g2

غالبًا ما يسمى المخطط الذي يتم فيه تمييز بعض العناصر بخط منقط بمقياس التداخل ذو الذراع المفتوحة. في هذا المخطط ، تتم مقارنة الإشارة المرسلة من حيث الاتساع والطور بالإشارة المرجعية التي يتم تغذيتها من خلال المخفف 4 ومحول الطور 9. مثل هذا المخطط له قدرة إعلامية أعلى من الأولى ، ولكن في بعض الحالات ، عندما يكون كائن التحكم كبيرًا ، من الصعب تنفيذها.

للقضاء على تأثير إعادة الانعكاسات ، من الضروري مطابقة الواجهات مع هوائيات الاستقبال والانبعاث ، أي القضاء على ظهور الموجة الواقفة.

أجهزة طور الاتساع "للانعكاس". يتم تحديد الحالة الداخلية لكائن الاختبار من خلال تأثير البيئة على الإشارة المنعكسة من العيب أو سطح العينة.

يظهر الرسم التخطيطي للطريقة في الشكل. 1.9 أساس الطريقة هو الموقع أحادي الجانب لهوائيات الاستقبال والبث. هناك نوعان من المخططات الكتلية للأجهزة التي تعمل وفقًا لطريقة "الانعكاس" (الشكل 1.10).

مبدأ تشغيل هذه المخططات على النحو التالي. يتم تغذية طاقة مولد الميكروويف klystron 2 من خلال الصمام 3 إلى الهوائي المشع 5. تسقط الإشارة المنعكسة (عادةً مجموع كل الإشارات المنعكسة) إما على نفس الهوائي (الشكل 1.10 ، أ) وبمساعدة المناظرة

أرز. 1.9 رسم تخطيطي لتوليد الإشارة في أجهزة الطور الاتساع التي تعمل وفقًا لمخطط "الانعكاس":

l0 هو طول القرن ؛ l هي المسافة من قطع القرن إلى السطح ؛

ح هو سمك العينة ؛ E1 - إشارة اتصال لهوائيات الاستقبال والبث ؛

E2 - إشارة تنعكس من الحد الأول ؛ E3 - تنعكس الإشارة

من الحد الثاني E4 - تنعكس الإشارة من العيب

أرز. 1.10 مخطط كتلة لأجهزة الطور الاتساع ،

العمل "من أجل التفكير":

أ - متغير أحادي المسبار ؛ ب - إصدار ثنائي الهوائي: 1 - مزود الطاقة ؛

2 - مصدر طاقة الميكروويف ؛ 3 - عنصر الفصل ؛ 4 - عقدة لفصل الإشارات المرسلة والمستقبلة (نقطة الإنطلاق المزدوجة ، والمقرنة الاتجاهية ، وجسر الفتحة ، وما إلى ذلك) ؛ 5 - انبعاث (استقبال) هوائي ؛ 6 - كاشف 7 - جهاز المؤشر ؛ 8 - كائن السيطرة

يتم تغذية عناصر الدليل الموجي للكاشف 6 ، أو إلى هوائي استقبال آخر 5 (الشكل 1.10 ، ب) ، ويتم الكشف عنها ومعالجتها وتغذيتها لجهاز المؤشر 7.

السمة الرئيسية للأجهزة هي وجود اتصال بين هوائيات الإرسال والاستقبال (E1) ، والتي يتم تحديدها من خلال تصميم الهوائيات. في الإصدار أحادي المجس ، يوجد الاتصال بسبب دخول جزء من طاقة المولد إلى قسم الكاشف على طول مسارات الدليل الموجي الداخلية. في الإصدار ذي المجسين ، يُلاحظ الاتصال بسبب ضربات جزء من القدرة المشعة على هوائي الاستقبال.

الاتصال البناء هو في الأساس إشارة مرجعية تُلخص بها الإشارة المنعكسة. بالنسبة للمهام المختلفة ، يمكن أن يكون هذا الاتصال مفيدًا ومسببًا للتدخل. لذلك ، لعزل الإشارة عن العيب فقط ، يجب استبعاد مكونات الإشارة. في هذه الحالة ، تعتمد إمكانية اكتشاف العيب فقط على حساسية المستقبل ، ولا تتأثر قراءة الجهاز بالتغير في المسافة من العينة إلى الهوائي.

في حالة وجود جميع مكونات الإشارة ، يكون لشكل الإشارة من مسافة طابع تداخل واضح ، والذي يعتمد على النسبة بين السعة والمرحلة للإشارات المنعكسة والاتصال. تعتمد الإشارة المنعكسة على بنية المجال المنبعث وخصائص عينة الاختبار والمسافة l.

الفرق بين الخصائص الكهرومغناطيسية للمنطقة المعيبة والمنطقة الخالية من العيوب هو سبب التغيير في سعة الإشارة المنعكسة وطورها. هذا يؤدي إلى تغيير في شكل التداخل

ملتوية. تعتمد إمكانية اكتشاف الخلل على وجود فرق شدة ∆l

في موضع معين للهوائي (على مسافة معينة بين سطح العينة والهوائي).

يجب أن يؤخذ في الاعتبار أنه عند النقاط المقابلة لنقاط تقاطع منحنيي التداخل ، من المستحيل اكتشاف عيب ، أي قد توجد مناطق عدم الكشف. عرضها

يتم تحديد ∆l من خلال الحد الأدنى لقيمة الإشارة التي يمكن للنظام تسجيلها

التسجيل.

الأجهزة مستقطبة. يتم تحديد الحالة الداخلية لكائن التحكم من خلال التأثير على متجه استقطاب الإشارة.

يمكن للأجهزة استخدام مخططات "الإرسال" و "الانعكاس". الموضع الأساسي هو مثل هذا الموضع النسبي الأولي لمستويات الاستقطاب لهوائيات الإرسال والاستقبال ، عندما تكون الإشارة في هوائي الاستقبال صفرًا. فقط في حالة وجود عيب أو عدم تجانس بنيوي يغير مستوى استقطاب الإشارة المنبعثة أو يغير نوع الاستقطاب (من موازٍ مستوي إلى إهليلجي أو دائري) ، تظهر إشارة في هوائي الاستقبال.

يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن الوسيط يمكن أن يؤثر على اتجاه دوران مستوى الاستقطاب (يسارًا ويمينًا) ، والذي يمكن أن يكون أيضًا بمثابة معلمة إعلامية.

أجهزة الرنين. في هذه الحالة ، يتم تحديد الحالة الداخلية لكائن الاختبار من خلال تأثير الوسيط على التغيير في معلمات الرنين مثل عامل الجودة Q ، وتغيير تردد الرنين ، وتوزيع المجال في الرنان.

الأكثر انتشارًا هو مرنان أسطواني متحمس لموجة من النوع H01

تتمثل ميزة هذا الرنان في إمكانية استخدام عينات بأقطار كبيرة بدرجة كافية وإعادة هيكلتها باستخدام مكبس متحرك ، وخاصة المكبس غير الملامس.

أداة تحويل الموجي. تعتمد الطريقة على حقيقة أن الموجة من النوع الأعلى ، عندما تواجه عيبًا (عدم التجانس) ، "تنحط" ، أي يتم تحويلها إلى موجة من النموذج الرئيسي ، والتي تمر عبر المرشح المناسب. في هذه الحالة ، يمكن استخدام المخططات

"انعكاس" و "انتقال". يضمن مبدأ التحويل انتقائية عالية للعيوب.

أرز. 1.11 مخطط مرنان أسطواني متحمس على موجة من النوع H01:

أ - التوزيع الميداني ؛ ب - موقع العينة ؛ 2 ب هو قطر العينة ؛

2 أ هو قطر الرنان ؛ l هو ارتفاع الرنان والعينة

أجهزة الشعاع. يتم تحديد الحالة الداخلية لجسم التحكم من خلال تأثير البيئة على اتجاه انتشار الموجة الكهرومغناطيسية. تستخدم الأدوات مبادئ علم البصريات الهندسية ، وخاصة قانون سنيل. في هذه الحالة ، يمكن تطبيق مخططات "الانعكاس" و "الإرسال" (الشكل 1.12).

الإشارة المفيدة هي دالة للخرج (النقطة أ) من عينة إشارة الميكروويف.

أجهزة شبه بصرية. تحتوي الصورة الراديوية التي تم تكوينها بمساعدة الأنظمة الراديوية الضوئية (العدسات والمرايا والعدسات) على جميع المعلومات حول كائن الاختبار وتوفر صورة مرئية في الصور القريبة من الصور الطبيعية.

يمكن الحصول على صورة راديوية بطريقة الانعكاس وطريقة الإرسال (الشكل 13.1).

يمكن استخدام الطريقة شبه البصرية لدراسة الكائنات الموجودة عن كثب (المسافة من مستوى الاستقبال إلى الكائن حوالي 1 ... 4 م) والأجسام البعيدة على مسافة تزيد عن 80

هذه الطريقة قابلة للتطبيق للموجات التي يقل طولها عن 3 سم.

الأجهزة التي يعتمد تشغيلها على طريقة التصوير الشعاعي. في هذه الحالة ، يتم تحديد الحالة الداخلية لكائن التحكم إما بنمط التداخل أو بالصورة المعاد بناؤها. تُستخدم الحالة الأولى عادةً للحصول على معلومات عند مقارنة جزء بالمعيار. في الحالة الثانية ، يتم تحليل الصورة المرئية.

2

أجهزة ذات ترددات متعددة. في هذه الطريقة ، يتم تحديد الحالة الداخلية لجسم التحكم إما عن طريق إزاحة تردد امتصاص الرنين ، أو عن طريق مقارنة ترددين أو أكثر ، أو عن طريق تحليل طيف التردد.

أساس طريقة التردد هو استخدام طيف واسع يصدر في نفس الوقت

تتغير الترددات أو التردد في فترة زمنية معينة ، عندما تكون الإشارة المفيدة متناسبة مع التغير في السعة والتردد وانزياحها في الطيف الكهرومغناطيسي ، وفصل تردد الاختلاف على عنصر غير خطي. يمكن دمج الطريقة مع طرق "الانعكاس" و "الإرسال".

وزارة التربية والتعليم في جمهورية بيلاروسيا

جامعة ولاية بيلاروسيا للمعلوماتية و

إلكترونيات الراديو

قسم RES

«موجات الراديو ، طرق الإشعاع للتحكم RECI. طرق المجهر الإلكتروني »

مينسك ، 2008

طريقة موجات الراديو

تعتمد طرق الموجات الراديوية على تفاعل المجال الكهرومغناطيسي في نطاق الطول الموجي من 1 إلى 100 مم مع كائن التحكم ، وتحويل معلمات المجال إلى معلمات إشارة كهربائية ونقلها إلى جهاز تسجيل أو وسائل معالجة المعلومات.

وفقًا للمعلمة الإعلامية الأولية ، يتم تمييز طرق الميكروويف التالية: السعة ، الطور ، السعة - الطور ، الهندسي ، الزماني ، الطيفي ، الاستقطاب ، التصوير المجسم. نطاق طرق الميكروويف لنوع الموجات الراديوية للاختبار غير المدمر موضح في الجدول 1 وفي GOST 23480-79.

طرق الموجات الراديوية للاختبار غير المتلف

اسم الطريقة

منطقة التطبيق

العوامل التي تحد من النطاق

المعلمات الخاضعة للرقابة

حساسية

دقة

السعة

قياس سماكة المنتجات شبه المصنعة ، المنتجات من المواد الشفافة الراديوية

التكوين المعقد. تغيير الفجوة

بين هوائي محول الطاقة وسطح التحكم.

سماكة تصل إلى 100 مم

1-3 مم

تنظير عيوب المنتجات شبه المصنعة والمنتجات والهياكل المصنوعة من عازلة للكهرباء

العيوب: التشققات ، التفريغ ، الضغط الناقص

تشققات أكثر من 0.1 - 1 ملم

مرحلة

قياس سماكة مواد الألواح والمنتجات شبه المصنعة والمنتجات ذات الطبقات والهياكل العازلة.

تموج المظهر الجانبي أو سطح كائن الاختبار عند درجة أقل من 10L. التخلص من تأثير اتساع الإشارة

سماكة تصل إلى 0.5 مم

5 - 3 مم

التحكم في سماكة "الطور"

سماكة تصل إلى 0.5 مم

0.1 ملم

السعة المرحلة

قياس سماكة المواد والمنتجات شبه المصنعة والمنتجات والهياكل المصنوعة من العوازل والتحكم في تغيرات السماكة.

عد الغموض مع تغير في السماكة أكثر من 0.5A ، E تغيير في الخواص العازلة لمادة كائنات الاختبار بقيمة تزيد عن 2٪. سمك أكثر من 50 مم.

السماكة 0 -

0.05 ملم

± 0.1 مم

السعة المرحلة

الكشف عن الخلل في المواد ذات الطبقات والمنتجات المصنوعة من المواد العازلة وأشباه الموصلات حتى سماكة 50 مم

تغيير الفجوة بين هوائي محول الطاقة وسطح كائن الاختبار.

التفريغ ، الشوائب ، الشقوق ، التغيرات في الكثافة ، التوزيع غير المتكافئ للمكونات المكونة

مشتملات بترتيب 0.05A ، E. شقوق بفتحة بترتيب 0.05 مم. اختلاف الكثافة بترتيب 0.05 جم / سم 3

هندسي

قياس سماكة المنتجات والهياكل المصنوعة من العوازل: التحكم في القيم المطلقة للسمك ، السماكة المتبقية

التكوين المعقد لكائنات التحكم ؛ الأسطح غير المتوازية. سمك أكثر من 500 مم

سماكة 0-500 مم

1.0 ملم

الكشف عن الخلل في المنتجات والمنتجات شبه المصنعة: التحكم في الأصداف ، والتخفيضات ، والتضمينات الأجنبية في المنتجات المصنوعة من المواد العازلة

التكوين المعقد لكائنات التحكم

1.0 ملم

1 –3%

زمن-

قياسات سماكة الهياكل والوسائط التي تكون عازلة للكهرباء

وجود منطقة "ميتة". تقنية النانو ثانية. في-

سمك أكثر من 500 مم

5-10 ملم

نوح

الكشف عن الخلل في الوسائط العازلة

استبدال المولدات بقدرة تزيد عن 100 ميغاواط

تحديد عمق العيوب حتى 500 مم

5-10 ملم

طيفية

الكشف عن الخلل في المنتجات شبه المصنعة والمنتجات من المواد الشفافة الراديوية

استقرار تردد المولد أكثر من 10 -6. وجود مصدر مجال مغناطيسي. تعقيد إنشاء مسار حساس في نطاق ضبط التردد لأكثر من 10٪

التغييرات في الهيكل والخصائص الفيزيائية والكيميائية لمواد كائنات الاختبار ، الادراج

تعتبر العيوب الدقيقة والتجانس الجزئي أصغر بكثير من الطول الموجي العامل.

استقطاب

الكشف عن الخلل في المنتجات شبه المصنعة والمنتجات والهياكل المصنوعة من مواد عازلة للكهرباء.

التكوين المعقد. سمك أكثر من 100 مم.

العيوب الهيكلية والتقنية التي تسبب تباين خواص المواد (تباين الخواص ، الضغوط الميكانيكية والحرارية ، الانتهاكات التكنولوجية لترتيب الهيكل)

العيوب التي تزيد مساحتها عن 0.5 - 1.0 سم 2.

جديلة الثلاثية الأبعاد

الكشف عن الخلل في المنتجات شبه المصنعة والمنتجات والهياكل المصنوعة من مواد عازلة للكهرباء وأشباه الموصلات من خلال إنشاء صورة مرئية (حجمية)

استقرار تردد المولد أكثر من 10 -6. صعوبة في إنشاء حزمة مرجعية أو مجال ذي خصائص اتساع منتظمة. التعقيد وارتفاع تكلفة المعدات.

شوائب ، تفتيت ، سماكات مختلفة. التغييرات في شكل الأشياء.

شقوق بفتحة 0.05 مم

ملحوظة: λ هو الطول الموجي في الكائن المتحكم فيه ؛ L هو حجم فتحة الهوائي في اتجاه التموج.

شرط ضروري لاستخدام طرق الميكروويف هو الامتثال للمتطلبات التالية:

يجب أن تكون نسبة أصغر حجم (باستثناء السماكة) للجسم المتحكم فيه إلى أكبر حجم لفتحة هوائي محول الطاقة واحدًا على الأقل ؛

يجب أن يكون أصغر حجم لأدنى عيوب يمكن اكتشافها على الأقل ثلاثة أضعاف قيمة خشونة السطح للأشياء الخاضعة للرقابة ؛

يجب أن يكون للترددات الرنانة لطيف الإشعاع المنعكس (المنتشر) أو قوة المجالات المغناطيسية لمواد الجسم والعيب فرق يحدده اختيار أنواع معينة من أجهزة التسجيل.

متغيرات تخطيطات هوائي محول الطاقة فيما يتعلق بجسم التحكم ترد في الجدول 1.

تتيح طرق هذا النوع من التحكم تحديد السماكة واكتشاف العيوب الداخلية والسطحية في المنتجات بشكل رئيسي من المواد غير المعدنية. يتيح اكتشاف الخلل في موجات الراديو قياس سماكة الطلاءات العازلة للكهرباء على ركيزة معدنية بدقة عالية وإنتاجية. في هذه الحالة ، يكون اتساع إشارة الفحص هو معلمة المعلومات الرئيسية. ينخفض اتساع الإشعاع الذي يمر عبر المادة لأسباب عديدة ، من بينها وجود عيوب. بالإضافة إلى ذلك ، يتغير الطول الموجي وطوره.

توجد ثلاث مجموعات من طرق اكتشاف عيوب الموجات اللاسلكية: الإرسال والانعكاس والتشتت.

عادةً ما تحتوي معدات طريقة الموجة الراديوية على مولد يعمل في الوضع المستمر أو النبضي ، وهوائيات بوق مصممة لإدخال الطاقة في المنتج واستقبال الموجة المنقولة أو المنعكسة ، ومكبر للصوت للإشارات والأجهزة المستقبلة لتوليد إشارات الأوامر التي تتحكم في مختلف أنواع الآليات.

عند اختبار عوازل الرقائق ، يتم مسح سطح عينة الاختبار باستخدام شعاع موجه من الموجات الدقيقة بطول موجي 2 مم.

اعتمادًا على معلمة المعلومات المستخدمة في أجهزة الميكروويف ، يتم تقسيم أجهزة كشف الخلل إلى طور ، طور سعة ، طور هندسي ، استقطاب.

يتم حساب التغيير المتعلق بسعة الموجة على المنتج المرجعي. تعتبر أجهزة كشف الخلل في الاتساع هي الأبسط من حيث الإعداد والتشغيل ، ولكنها تستخدم فقط لاكتشاف العيوب الكبيرة بما يكفي والتي تؤثر بشكل كبير على مستوى الإشارة المستقبلة.

تتيح أجهزة الكشف عن الخلل في الطور الاتساع إمكانية اكتشاف العيوب التي تغير كلاً من سعة الموجة ومرحلتها. إن أجهزة كشف الخلل هذه قادرة على توفير معلومات كاملة بما فيه الكفاية ، على سبيل المثال ، حول جودة الفراغات العازلة للكهرباء المصممة لتصنيع طبقات فردية من لوحات الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات.

في كاشفات الخلل في الاستقطاب ، يتم تسجيل تغيير في مستوى استقطاب الموجة عندما تتفاعل مع عدم تجانس مختلف. يمكن استخدام أجهزة الكشف عن الخلل هذه لاكتشاف العيوب الخفية في المواد المختلفة نفسها ، على سبيل المثال ، لدراسة تباين الخواص العازلة والضغوط الداخلية في المواد العازلة.

طرق الإشعاع

تُفهم طرق الإشعاع للاختبار غير المدمر على أنها نوع من الاختبارات غير المدمرة بناءً على تسجيل وتحليل اختراق الإشعاع المؤين بعد التفاعل مع جسم خاضع للرقابة. تعتمد طرق الإشعاع على الحصول على معلومات كشف الخلل حول جسم ما باستخدام الإشعاع المؤين ، والذي يكون مروره عبر مادة ما مصحوبًا بتأين الذرات وجزيئات الوسط. يتم تحديد نتائج التحكم من خلال طبيعة وخصائص الإشعاع المؤين المستخدم ، والخصائص الفيزيائية والكيميائية للمنتجات الخاضعة للرقابة ، ونوع وخصائص الكاشف (المسجل) ، وتكنولوجيا التحكم ومؤهلات مفتشي العيوب.

تم تصميم طرق الإشعاع للاختبار غير المدمر للكشف عن الانقطاعات الميكروسكوبية في مادة الأشياء الخاضعة للرقابة والتي تحدث أثناء تصنيعها (الشقوق ، والأشكال البيضاوية ، والشوائب ، والأصداف ، وما إلى ذلك)

يظهر تصنيف إشعاع MNCs في الشكل 1.

طرق المجهر الإلكتروني (EM)

يعتمد الفحص المجهري الإلكتروني على تفاعل الإلكترونات مع طاقات تتراوح من 0.5 إلى 50 كيلو فولت مع المادة ، بينما تخضع لتصادمات مرنة وغير مرنة.

دعونا نفكر في الطرق الرئيسية لاستخدام الإلكترونات في التحكم في هياكل الأغشية الرقيقة (انظر الشكل 2)

الجدول 1 -

مخططات تخطيط هوائيات محول الطاقة فيما يتعلق بكائن التحكم.

مخطط هوائي محول الطاقة	طريقة التحكم الممكنة	ملحوظة
1	2	3
	السعة ، الطيفية ، الاستقطاب	-
	الطور ، السعة-الطور ، الزماني ، الطيفي	-
	سعة ، هندسية ، طيفية ، استقطاب	-
	الطور ، السعة ، الطور ، الهندسي ، الزماني ، الطيفي	-
	السعة ، الطيفية ، الاستقطاب.	-
	السعة ، الاستقطاب ، التصوير المجسم.	يستخدم هوائي أحادي العنصر كهوائي استقبال.
	السعة ، التصوير المجسم.	يستخدم هوائي متعدد العناصر كهوائي استقبال.
	السعة ، السعة - الطور ، الزماني ، الاستقطاب	-
	السعة ، الطور ، السعة الطور ، الطيف.	وظائف الإرسال (المشع) و يتم دمج الهوائيات في هوائي واحد.

التعيينات: - هوائي محول الطاقة.

حمل.

1 - مولد الميكروويف ؛ 2 - موضوع السيطرة ؛ 3 - جهاز استقبال الميكروويف ؛ 4 - عدسة لإنشاء جبهة موجة مسطحة (شبه) ؛ 5 - عدسة لتكوين صورة راديو ؛ 6 - مرجع (مرجع) ذراع دوائر الجسر.

ملاحظة: يُسمح باستخدام مجموعات من تخطيطات هوائي محول الطاقة فيما يتعلق بجسم الاختبار.

المسح المجهري الإلكتروني (SEM). شعاع إلكترون مركّز 1 (الشكل 2) بقطر 2-10 نانومتر باستخدام نظام انحراف 2 يتحرك فوق سطح العينة (إما فيلم عازل Z1 أو شبه موصل Z-11.) بالتزامن مع هذه الحزمة ، شعاع الإلكترون يتحرك على طول شاشة أنبوب أشعة الكاثود. يتم نمذجة شدة شعاع الإلكترون من خلال الإشارة القادمة من العينة. يتيح المسح الأفقي والرأسي لحزمة الإلكترون مراقبة منطقة معينة من العينة قيد الدراسة على شاشة CRT. يمكن استخدام الإلكترونات الثانوية والعاكسة كإشارة تعديل.

الشكل 1 - تصنيف طرق الإشعاع

الشكل 2 - أوضاع تشغيل المسح المجهري الإلكتروني

أ) التباين في الإلكترونات المارة ؛ ب) التباين في الإلكترونات الثانوية والمنعكسة ؛ ج) التباين في التيار المستحث (Z11 - يوضع بشكل مشروط خارج الجهاز). 1 - شعاع مركّز 2 - نظام انحراف ؛ 3 - موضوع الدراسة - فيلم عازل ؛ 4 - كاشف الإلكترونات الثانوية والمنعكسة ؛ 5 - مكبر للصوت 6 - مولد الاجتياح ؛ 7 - CRT ؛ 8 - شبكة الكاشف ؛ 9 - الإلكترونات المنعكسة ؛ 10- الإلكترونات الثانوية.

يعتمد الفحص المجهري الإلكتروني للإرسال (TEM) على امتصاص وانحراف الإلكترونات التي تتفاعل مع ذرات المادة. في هذه الحالة ، يتم أخذ الإشارة التي تم تمريرها عبر الفيلم من المقاومة المتصلة على التوالي مع العينة Z1. تستخدم العدسات القوية الموجودة خلف العينة للحصول على صورة على الشاشة. يجب أن تكون جوانب العينة موازية للمستوى ونظيفة. يجب أن يكون سمك العينة أقل بكثير من متوسط المسار الحر للإلكترونات ويجب أن يكون 10..100 نانومتر.

يتيح TEM تحديد: أشكال وأحجام الاضطرابات وسمك العينات وملف تعريف الفيلم. يوجد حاليًا مجاهر PE تصل إلى 3 MeV.

المسح المجهري الإلكتروني (SEM).

تتشكل الصورة بسبب الإلكترونات الثانوية والإلكترونات المنعكسة (الشكل 2). تتيح الإلكترونات الثانوية تحديد التركيب الكيميائي للعينة ، بينما تحدد الإلكترونات المنعكسة شكل سطحها. عند تطبيق جهد سلبي قدره -50 فولت ، يتم حظر الإلكترونات الثانوية منخفضة الطاقة وتصبح الصورة على الشاشة متناقضة ، لأن الوجوه الموجودة بزاوية سالبة للكاشف غير مرئية على الإطلاق. إذا تم تطبيق جهد موجب (+250 فولت) على شبكة الكاشف ، فسيتم جمع الإلكترونات الثانوية من سطح العينة بأكملها ، مما يخفف من تباين الصورة. تسمح لك الطريقة بالحصول على معلومات حول:

طوبولوجيا السطح الذي تم فحصه ؛

تضاريس هندسية

هيكل السطح قيد الدراسة ؛

معامل الانبعاث الثانوي

حول التغيير في الموصلية.

حول موقع وارتفاع الحواجز المحتملة ؛

عند توزيع الجهد على السطح وفي السطح (بسبب الشحن فوق السطح أثناء التشعيع بالإلكترونات) ، عندما تصطدم حزمة مسح على سطح أجهزة أشباه الموصلات ، يتم تحفيز التيارات والجهد الكهربائي فيه ، مما يؤدي إلى تغيير المسارات من الإلكترونات الثانوية. تبدو عناصر IC ذات الإمكانات الإيجابية ، مقارنة بالمناطق ذات الإمكانات المنخفضة ، مظلمة. ويرجع ذلك إلى وجود حقول متباطئة فوق مناطق العينة ذات جهد إيجابي ، مما يؤدي إلى انخفاض إشارة الإلكترونات الثانوية. تعطي قياسات التباين المحتمل نتائج نوعية فقط بسبب حقيقة أن مجالات التثبيط لا تعتمد فقط على هندسة البقعة والضغط ، ولكن أيضًا على توزيع الضغط على كامل سطح العينة ؛

انتشار كبير لسرعات الإلكترونات الثانوية ؛

يتم فرض التباين المحتمل على التباين الطبوغرافي وعلى التباين المرتبط بعدم تجانس تكوين مادة العينة.

أسلوب المستحث (تيار شعاع الإلكترون المستحث).

يركز شعاع الإلكترون ذو الطاقة العالية على مساحة صغيرة من الدائرة الدقيقة ويخترق عدة طبقات من هيكلها ، ونتيجة لذلك ، يتم إنشاء أزواج ثقب الإلكترون في أشباه الموصلات. يظهر مخطط إدراج العينة في (الشكل 2 ، ج). مع الفولتية الخارجية المناسبة المطبقة على IC ، يتم قياس التيارات الناتجة عن ناقلات الشحن المولودة حديثًا. تسمح هذه الطريقة بما يلي:

حدد محيط الانتقال p-n. يؤثر شكل المحيط على جهد الانهيار وتيارات التسرب. تتحرك حزمة الإلكترون الأولية (2) (الشكل 3 و 4) على طول سطح العينة (1) في اتجاهات x ، واعتمادًا على اتجاه الحركة ، تتغير قيمة التيار المستحث في الوصلة pn. من صور الانتقال p-n ، يمكن تحديد تشوهات محيط الانتقال pn (الشكل 5).

حدد الانهيار المحلي لتقاطع p-n. مع تشكيل انهيار محلي لتقاطع pn ، يتم تشكيل مضاعفة الانهيار الجليدي للحاملات الحالية في موقع الانهيار (الشكل 6) إذا سقطت حزمة الإلكترون الأولية (1) في هذه المنطقة (3) ، فإن ثقب الإلكترون يتم أيضًا مضاعفة الأزواج الناتجة عن الإلكترونات الأولية في انتقال p-n ، ونتيجة لذلك سيتم تسجيل زيادة في الإشارة في هذه المرحلة ، وبالتالي ظهور نقطة مضيئة في الصورة. من خلال تغيير التحيز العكسي عند تقاطع pn ، من الممكن تحديد لحظة تشكيل الانهيار ، ومن خلال تحديد العيوب الهيكلية ، على سبيل المثال ، باستخدام النقش الانتقائي أو TEM ، من الممكن مقارنة منطقة الانهيار بعيب واحد أو آخر.

الشكل 3 - مخطط مرور شعاع الإلكترون

الشكل 4 - صورة نهاية تقاطع p-n مع الهدف

تحديد محيطه

1 - نهاية الانتقال pn ؛ 2 - شعاع الإلكترون ؛

3 - منطقة توليد أزواج الثقوب الإلكترونية.

الشكل 4 - صورة تقاطع مستوٍ مع هدف

تحديد محيطه

1 - الانتقال المستوي pn ؛ 2 - شعاع الإلكترون ؛

3 - منطقة توليد أزواج الثقوب الإلكترونية.

الشكل 5 - تشوهات محيط تقاطع مستوٍ pn من أعلى

احترس من العيوب. إذا كان هناك عيب (4) في منطقة تقاطع p-n (الشكل 6) ، فعندما تدخل حزمة الإلكترون الأولية منطقة العيب ، فإن بعض الأزواج المتولدة تتجمع على العيب ، وبالتالي ، أصغر سيصل عدد الموجات الحاملة إلى حدود تقاطع pn ، مما يقلل التيار في الدائرة الخارجية. في صورة الانتقال p-n ، ستظهر هذه المنطقة أغمق من بقية الخلفية. من خلال تغيير النسبة بين عمق التقاطع p-n واختراق الإلكترونات الأولية ، من الممكن فحص النشاط الكهربائي للعيوب الموجودة على أعماق مختلفة. يمكن إجراء مراقبة العيوب من خلال التحيز العكسي والأمامي للتقاطع p-n.

مطياف أوجيه الإلكتروني (EOS).

يتكون من الحصول على وتحليل طيف الإلكترونات المنبعثة من ذرات السطح عند تعرضها لحزمة إلكترونية. مثل هذه الأطياف تحمل المعلومات:

على التركيب الكيميائي (الأولي) وحالة ذرات الطبقات السطحية ؛

على التركيب البلوري للمادة ؛

على توزيع الشوائب على السطح وطبقات الانتشار ؛ يتكون إعداد التحليل الطيفي لأوجير من مسدس إلكتروني ، ومحلل طاقة لإلكترونات أوجيه ، ومعدات تسجيل ، ونظام فراغ.

الشكل 6 - صورة تقاطع مستوٍ pn من أجل تحديد الانهيار وتحديد العيب.

1 - شعاع الإلكترون 2 - مستو p-p-junction ؛ 3 - النجاسة المعدنية. 4 - عيب.

يوفر مسدس الإلكترون تركيزًا للشعاع الكهربائي على العينة ومسحها. قطر الحزمة في التجهيزات مع تحليل أوجيه المحلي هو 0.07 ... 1 ميكرومتر. تتراوح طاقة الإلكترونات الأولية في حدود 0.5 ... 30 كيلو فولت. في تركيبات مطيافية أوجيه ، عادة ما يتم استخدام محلل من نوع المرآة الأسطوانية كمحلل للطاقة.

يقوم جهاز التسجيل ، باستخدام مسجل ثنائي الإحداثيات ، بإصلاح التبعية ، حيث: N هو عدد الإلكترونات التي تسقط على المجمع ؛

E k هي الطاقة الحركية لإلكترونات أوجيه.

يجب أن يوفر نظام التفريغ الخاص بتركيب EOS ضغطًا لا يزيد عن 10 7-10 8 Pa. في أسوأ فراغ ، تتفاعل الغازات المتبقية مع سطح العينة وتشوه التحليل.

بالنسبة لتركيبات EOS المحلية ، تجدر الإشارة إلى مطياف أوجيه الماسح 09 IOS - 10-005 مع موقع Auger في وضع المسح البالغ 10 ميكرومتر.

يوضح الشكل 7 طيف Auger لسطح GaAs الملوث ، والذي يمكن من خلاله ملاحظة أنه ، إلى جانب الأطياف الرئيسية لـ GaAs ، يحتوي الفيلم على ذرات شائبة S و O و C. عن طريق تسجيل طاقات إلكترونات Auger المنبعثة من الذرات أثناء الإثارة ومقارنة هذه القيم المجدولة تحدد الطبيعة الكيميائية للذرات التي انبعثت منها هذه الإلكترونات.

الشكل 7 - طيف مثقب لسطح GaAs الملوث

ملحوظة: حصلت هذه الطريقة على اسمها من الفيزيائي الفرنسي بيير أوجيه ، الذي اكتشف في عام 1925 تأثير انبعاث الإلكترون بواسطة ذرات المادة نتيجة لإثارة مستواها الداخلي بواسطة كوانتا الأشعة السينية. تسمى هذه الإلكترونات إلكترونات أوجيه.

المجهر الإلكتروني للانبعاثات (EEM).

في ظل ظروف خاصة ، يمكن لسطح العينة أن يصدر إلكترونات ، أي يكون كاثودًا: عندما يتم تطبيق مجال كهربائي قوي على السطح (انبعاث المجال) أو تحت تأثير قصف الجسيمات للسطح.

في مجهر الانبعاث الموضح في الشكل. في الشكل 8 ، سطح العينة هو قطب النظام الذي يشكل عدسة إلكترونية مع القطب الموجب.

يمكن استخدام EEM للمواد التي لها وظيفة عمل منخفضة. المنتج قيد الدراسة ، كما كان ، جزء لا يتجزأ من النظام الإلكتروني البصري لـ EEM ، وهذا هو اختلافه الأساسي عن SEM.

يستخدم EEM لتصور الحقول الدقيقة. إذا تم وضع الوصلة pn (1) (الشكل 9) في مجال كهربائي موحد (2) وتم تطبيق جهد مانع عليه ، فإن الحقل الذي تم إنشاؤه بواسطة تقاطع pn (3) (عند تيارات تسرب عالية) سينحني خطوط المجال الرئيسية.

يجعل انحناء الخطوط من الممكن تحديد التوزيع المحتمل على سطح العينة.

مطياف الانعكاس الإلكتروني (EOS).

في EOS ، يتم الحفاظ على سطح العينة المرصودة عند مثل هذا الاحتمال بحيث لا تسقط كل أو معظم الإلكترونات المشعة على سطح العينة.

يظهر مبدأ عملها في الشكل. 10. يتم توجيه حزمة الإلكترون الموازية إلى سطح العينة بشكل عمودي عليها. الإلكترونات

الشكل 8 - مبدأ تشغيل مجهر الانبعاث

الشكل 9 - تصور مفترق p-n باستخدام EEM

مفرق P-n ، مدرج في الاتجاه المعاكس ؛ - إلكتروني

مسارات مجال تقاطع pn.

تتباطأ العدسات التي تمر عبر الفتحة الأخيرة بسرعة وتعود للخلف عند نقطة تحددها إمكانات سطح العينة بالنسبة إلى الكاثود وشدة المجال الكهربائي على سطح العينة. بعد الدوران ، تتسارع الإلكترونات مرة أخرى ، عائدة من خلال العدسات ، ويتم عرض صورة مكبرة على شاشة كاثودولومينيسسينت. يمكن الحصول على تكبير إضافي عن طريق فصل الحزمة الخارجة عن الحزمة الواردة في مجال مغناطيسي ضعيف واستخدام عدسات مكبرة إضافية في مسار الحزمة الخارجة.

يتم تحديد التباين في الحزمة الناتجة عن طريق طوبولوجيا السطح والتغيرات في الجهد الكهربائي والمجالات المغناطيسية الموجودة عليه.

عينة الجهد

الشكل 10 - مبدأ تشغيل المجهر العاكس للإلكترون

المؤلفات

1. Gludkin O.P. طرق وأجهزة اختبار RES و EVS. - م: العالي. المدرسة ، 2001 - 335 ص.

2. اختبار المعدات الحاسوبية الإلكترونية ، ومعدات الاختبار / ed. A.I. Korobova M: الراديو والاتصالات ، 2002 - 272 ص.

3. Mlitsky V.D.، Beglaria V.Kh.، Dubitsky L.G. اختبار المعدات وأدوات القياس لتأثير العوامل الخارجية. م: ماشينوسترويني ، 2003-567 ص.

4. نظام الشهادات الوطني لجمهورية بيلاروسيا. مينسك: Gosstandart ، 2007

5. Fedorov V. ، Sergeev N. ، Kondrashin A. التحكم والاختبار في تصميم وإنتاج المعدات الإلكترونية اللاسلكية - Technosphere ، 2005. - 504 ص.

إرسال عملك الجيد في قاعدة المعرفة أمر بسيط. استخدم النموذج أدناه

سيكون الطلاب وطلاب الدراسات العليا والعلماء الشباب الذين يستخدمون قاعدة المعرفة في دراساتهم وعملهم ممتنين جدًا لك.

استضافت في http://www.allbest.ru/

مقدمة

من أهم مشاكل النقل عبر خطوط الأنابيب الحفاظ على الحالة الطبيعية للجزء الخطي من الحقل وخطوط الأنابيب الرئيسية. يتم الحفاظ على خطوط الأنابيب تحت الأرض التي تعمل في ظل الظروف العادية لعدة عقود على الأقل. على سبيل المثال ، في الولايات المتحدة ، يتم الحفاظ على بعض خطوط الأنابيب التي عملت لمدة عشرين عامًا تقريبًا ولا تحتاج إلى إصلاح. وقد تم تسهيل ذلك من خلال الاهتمام الكبير الذي أولي للمراقبة المنهجية لحالة خطوط الأنابيب تحت الأرض وفوق الأرض والقضاء في الوقت المناسب على العيوب الناشئة.

كقاعدة عامة ، تظهر معظم العيوب في خطوط الأنابيب نتيجة التآكل والأضرار الميكانيكية ، ويرتبط تحديد موقعها وطبيعتها بعدد من الصعوبات وارتفاع تكاليف المواد. من الواضح تمامًا أن فتح خط الأنابيب للفحص البصري المباشر ليس له ما يبرره اقتصاديًا. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن فحص السطح الخارجي لخط الأنابيب فقط. لذلك ، في السنوات الأخيرة في بلدنا وفي الخارج ، كانت جهود منظمات البحث والتصميم المتخصصة تهدف إلى حل مشكلة تحديد حالة حقول النفط تحت الأرض وفوق الأرض ، وخطوط أنابيب المنتجات النفطية الرئيسية دون فتحها. ترتبط هذه المشكلة بصعوبات فنية كبيرة ، ولكن باستخدام الأساليب والوسائل الحديثة لقياس التكنولوجيا ، تم حلها بنجاح.

في هذا البحث ، سننظر في إحدى الطرق التي توفر اكتشاف العيوب.

1. الخصائصموجة الراديوطريقة

يعتمد اختبار الموجات الراديوية غير المدمرة على تسجيل التغييرات في معلمات التذبذبات الكهرومغناطيسية بالميكروويف التي تتفاعل مع موضوع الدراسة. يقتصر نطاق الطول الموجي المستخدم بشكل أساسي في التحكم في الموجات الراديوية على 1 - 100 مم. تعتبر النطاقات الفرعية التي يبلغ قطرها 3 سم و 8 مم أكثر إتقانًا ويتم تزويدها بمعدات قياس.

ينتمي إشعاع الميكروويف إلى منطقة موجات الراديو ، والتي تم استخدامها لنقل المعلومات منذ اكتشافها. يتطلب استخدام موجات الميكروويف لأغراض الاختبار غير التدميري إنشاء نظرية لتفاعلها مع كائن التحكم. من الطبيعي تمامًا أن تأخذ النظرية المطورة في الحسبان النتائج التي تم الحصول عليها في الاتصالات الراديوية لأنظمة الموجات ذات المعلمات الموزعة (الخطوط الطويلة ، والموجهات الموجية ، وما إلى ذلك) بطريقة المعاوقة ، حيث يكون مسار الموجة الراديوية "مصدر الإشعاع - كائن التحكم - يتم استبدال جهاز استقبال الإشعاع "بنموذج في شكل خط طويل. في هذه الحالة ، تتميز قناة انتشار تذبذبات الميكروويف (خطوط بسلكين ، أدلة موجية ، مساحة حرة) بمقاومة الموجة. للحصول على عازل مثالي ، يكون حقيقيًا عند e r \ u003d 1 يساوي z 0 \ u003d 377 أوم.

موقف سلوك ز / (أكثر أ) = tgdيسمى ظل الخسارة العازلة ويشار إليه على أنه أهم معلمات العوازل. هنا r هي الموصلية الكهربائية المحددة ؛ ش - التردد الزاوي. تردد واحد (tgd< 0,01) материал может считаться диэлектриком, на другой (tgд >100) - موصل. في الحسابات ، العوازل المثالية تشمل المواد التي 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.

بالنسبة للموصلات ، يكون الجزء التخيلي من السماحية المعقدة كبيرًا مقارنة بالجزء الحقيقي: e ">> e a ويتم تحديد مقاومة الموجة بالتعبير z c سيكون مساويًا للجذر التربيعي للنسبة (shm a) / g. مع زيادة التردد ، يزداد z c ولا تستطيع الموجات اختراق عمق الموصل ، وتسمى ظاهرة التدريع بواسطة الطبقات الخارجية لمادة الطبقات العميقة من اختراق المجال تأثير الجلد ، وتتميز بالعمق. لاختراق موجة مستوية ، حيث تتناقص قوة المجالين E و H بمقدار e مرات.

تعتمد سرعة انتشار الموجة الكهرومغناطيسية في عازل غير كامل على التردد ، حيث أن e "= r / w. تحدد القيمة v سرعة حركة النقاط التي تحافظ على نفس المرحلة من الموجة. الاعتماد v \ u003d f (w) يسمى التشتت ، ومن خلال السرعة نجد الطول الموجي l = vT v.

عندما تمر الموجة الكهرومغناطيسية من وسط إلى آخر على طول السطح الطبيعي إلى الحد ، تتشكل موجة منعكسة. عندما يتم تراكب كلا الموجتين ، يتم تشكيل موجة ثابتة ، تتميز بمعامل موجة واقفة للجهد k stU \ u003d E max / E min أو معامل موجة متنقلة للجهد k du \ u003d l / k stU. يتم الحصول على الحد الأقصى للموجة الواقفة حيث يتم إضافة القيم الفعالة لشدة الحادث والموجات المنعكسة ، وتكون الحدود الدنيا حيث يتم طرحها.

معلمات المواد الموصلة بتردد 10 10 هرتز

تشير الصيغ أعلاه إلى إمكانية الحصول على النتيجة المطلوبة بناءً على قوانين البصريات الهندسية أو نظرية الخطوط الطويلة. عند تطبيق الطريقة الثانية لحساب معلمات إشارات الميكروويف ، يتم استبدال النظام الحقيقي "مصدر الإشعاع - كائن التحكم - المستقبل" بنموذج على شكل خط طويل له نفس الممانعات والأبعاد كما هو الحال في نظام حقيقي . ويرد مثال على هذا النموذج أدناه. تؤخذ المعلمات الكهرومغناطيسية لطبقات المنتج (e i ، m i ، g i) في الاعتبار من خلال ممانعات الموجة المعقدة Z i لمقاطع الخط الطويل. يتم أخذ معاوقة الإدخال للمستقبل ومقاومة خرج مصدر الإشعاع (المولد) في الاعتبار بواسطة ممانعات الموجة Z p و Z g.

يتم استبدال عيب التفريغ في النموذج بطبقة موازية مستوية لها نفس سماكة العيب. يتناقص اتساع الإشارة من الخلل بما يتناسب مع المساحة التي يشغلها الخلل بالنسبة إلى منطقة المنطقة الخاضعة للرقابة.

تحدد قابلية الطول الموجي لإشعاع الميكروويف مع أبعاد عناصر مسار الموجة الراديوية الطبيعة المعقدة للحقل الكهرومغناطيسي في نظام التحكم. لهذا السبب ، فإن تقنية تقدير الإشارات في النظام لها خاصية مميزة. إذا كانت المسافة بين حدود مختلف الوسائط المتجانسة التي يتكون منها الكائن قيد الدراسة تتجاوز الطول الموجي في المادة ، يتم تقدير مكونات الموجة الكهرومغناطيسية بناءً على قوانين البصريات الهندسية.

خلاف ذلك ، يفضل أسلوب المعاوقة. في كلتا الحالتين ، تكون التقديرات التي تم الحصول عليها للإشارات في النظام تقريبية ، ولا يتم استبعاد ظهور أخطاء كبيرة. لذلك ، يوصى باستخدام طريقة الحساب لتحديد القيم النسبية للكميات - تغييرات في اتساع الإشارة مع تغييرات طفيفة في معلمات كائن الاختبار أو ظروف التحكم. بالنسبة للقيم المطلقة للإشارات ، يجب تقييمها تجريبياً.

دعونا نتناول بإيجاز طرق ووسائل التحكم في الموجات الراديوية. إذا كانت القيمة الخاضعة للرقابة مرتبطة مباشرة بقوة المجال (القدرة) للإشعاع المنعكس أو المرسل أو المتناثر ، يتم استخدام طريقة التحكم في الاتساع. التطبيق الفني للطريقة بسيط ، لكن مناعة الضوضاء المنخفضة تحد من تطبيقه. يتم الحصول على نتائج أكثر موثوقية باستخدام طرق الطور والسعة الطورية بناءً على استخراج المعلومات المفيدة الواردة في التغييرات في اتساع وطور الموجة. لعزل هذه المعلومات ، يتم إدخال ذراع مرجعي "مصدر إشعاع - مستقبل" ودائرة لمقارنة الإشارات من كائن التحكم مع المرجع في جهاز التحكم.

إذا تجاوز سمك الكائن الطول الموجي لإشعاع التحقيق المستخدم ، فمن المستحسن استخدام طريقة هندسية أو زمنية لقياسه. في الحالة الأولى ، ترتبط المعلمة الخاضعة للرقابة بانحراف مواضع الحزمة المنعكسة في مستوي التسجيل بالنسبة إلى نظام الإحداثيات المختار ، في الحالة الثانية - مع التغيير في تأخير الإشارة في الوقت المناسب.

للتحكم في المواد ذات الأغشية الرقيقة والمتباينة الخواص ، يتم استخدام طريقة الاستقطاب ، بناءً على تحليل التغيرات في المستوى أو نوع استقطاب التذبذب بعد تفاعل الإشعاع مع OC. قبل الاختبار ، يتم نشر هوائي الاستقبال حتى تصبح الإشارة عند خرجها من المرجع OK صفراً. تميز الإشارات من OK المختبرة درجة انحراف خصائصها عن الصفات النموذجية.

تعطي الطريقة الثلاثية الأبعاد نتائج جيدة في التحكم في الهيكل الداخلي لـ OC ، ومع ذلك ، نظرًا لتعقيد تنفيذ الأجهزة ، فإن الطريقة محدودة الاستخدام.

يتيح التحكم في موجات الراديو عن طريق الإشعاع المرسل اكتشاف عيوب المنتج إذا كانت معلماتهما m a و e a تختلف اختلافًا كبيرًا عن تلك الخاصة بالمواد الأساسية ، وكانت الأبعاد تتناسب مع الطول الموجي للإشعاع المسبق أو تتجاوزه. في أبسط نسخة من هذا التحكم ، يتم الحفاظ على وضع الموجة المتنقلة في مسار الاستقبال. يوفر استخدام الهوائيات متعددة العناصر المعلومات الأكثر اكتمالاً ، لأنه في هذه الحالة من الممكن إعادة إنتاج الهيكل الداخلي للكائن. لزيادة دقة الكشف عن الخلل ، يتم استخدام طريقة المقارنة الذاتية. يتم تنفيذه باستخدام مجموعتين من أجهزة الإرسال والاستقبال ، أقرب ما يمكن من بعضهما البعض. يتم تحديد الإشارة الناتجة عن طريق الاختلاف في اتساع ومراحل إشارات مستقبلات كل قناة. يؤدي وجود الخلل إلى تغيير ظروف انتشار الموجة في قناة واحدة وظهور إشارة فرق. إن تحليل ديناميكيات تغيرات الإشارة أثناء المرور الدوري للعيب عبر منطقة التحكم في كاشف عيب الموجة الراديوية يجعل من الممكن تقليل عتبة الحساسية الخاصة به.

تعتمد طريقة الطنين للتحكم في الموجة الراديوية على إدخال OK في مرنان أو دليل موجي أو خط طويل وتسجيل التغييرات في معلمات النظام الكهرومغناطيسي (تردد الرنين ، عامل الجودة ، عدد أنواع التذبذب المُثارة ، إلخ). تتحكم هذه الطريقة في الأبعاد والخصائص الكهرومغناطيسية والتشوهات والمعلمات الأخرى. يتم استخدام طريقة الرنين بنجاح للتحكم في مستوى السوائل في الخزانات ومعلمات الحركة لأجسام مختلفة.

وسائل اختبار الموجات الراديوية غير المدمرة هي أجهزة استشعار ذات عنصر حساس يتم فيه تحويل القيمة الخاضعة للرقابة إلى معلمة إعلامية ؛ مولدات الميكروويف - مصادر التذبذبات الكهرومغناطيسية ؛ تم تصميم المحولات الثانوية لتوليد إشارات التسجيل والتحكم.

اختبار الموجات الراديوية كشف الخلل غير المدمر

2. مصادر ومستقبلات إشعاع الميكروويف

يمكن الحصول على تذبذبات الميكروويف باستخدام مولدات من النوع المغنطروني ، ومصابيح الموجة الخلفية ، والكليسترونات العاكسة ، والمولدات الميكانيكية الكمومية ، وأجهزة أشباه الموصلات. تستخدم الكليسترونات على نطاق واسع ، تليها المغنطرونات ، وأنابيب الموجة الخلفية ، ومولدات أشباه الموصلات.

تُستخدم الكليسترونات العاكسة على نطاق واسع كمذبذبات رئيسية في محطات الرادار ، وفي تضخيم سلاسل أجهزة الإرسال منخفضة الطاقة ، وفي خطوط اتصال المرحلات الراديوية ، ومولدات الطاقة المنخفضة للإشعاع المستمر أو النبضي بالميكروويف في أجهزة الإرسال قصيرة المدى (محددات المدى الراديوي ، ومنارات الراديو ، أجهزة الإرسال والاستقبال) ، وكذلك كمولدات منخفضة الطاقة في أجهزة القياس والصغيرة الحجم نظرًا لعدد من المزايا مقارنة بمولدات الميكروويف منخفضة الطاقة الأخرى. هذه ، على وجه الخصوص ، مستوى منخفض من ضوضاء التقلبات وسهولة التشغيل والموثوقية العالية عندما تتغير ظروف التشغيل على نطاق واسع. أنتجت كليسترونات عاكسة منخفضة الطاقة (تصل إلى 100 ميغاواط) مجموعة واسعة من الأطوال الموجية ، حتى أطوال موجية دون المليمتر. تتطلب بعض أنواع الكليسترونات تبريد الهواء القسري ، خاصة تلك المصممة للتشغيل في جزء الموجة القصيرة من نطاق المليمتر ، عندما يكون من الصعب بشكل أساسي زيادة كفاءتها. لسوء الحظ ، تسود انجرافات التردد الحراري على جميع الأنواع الأخرى وهي متأصلة في أي نوع من مولدات الميكروويف.

تغطي مولدات Magnetron نطاقًا واسعًا من الترددات وتوفر نطاقًا واسعًا من القوى لكل نبضة: من وحدات واط إلى عشرات الميجاوات. تستخدم على نطاق واسع في المعدات الإلكترونية مثل المذبذبات الرئيسية ، ومصادر طاقة الميكروويف ، إلخ. ومع ذلك ، فقد تم التخطيط مؤخرًا للتخلي عن استخدامها على نطاق واسع بسبب عدم الاستقرار الكبير في التردد المتولد وانحرافات التردد الحراري. بالإضافة إلى ذلك ، فإن وجود مغناطيس دائم يزيد من كتلة المغنطرونات ؛ الجهد العالي والتبريد المكثف (بالنفخ) للرنان مطلوبان لإمداد الطاقة.

تنتمي أنابيب الموجة الخلفية (BWOs) إلى فئة مذبذبات الميكروويف واسعة النطاق مع ضبط التردد الإلكتروني. يتم إنتاج عدد كبير من أنواع VWOs ، والتي تغطي نطاق الطول الموجي من 60 سم إلى أعشار المليمتر. لتركيز شعاع الإلكترون في BWO ، يتم استخدام مغناطيس أنبوبي دائم بشكل أساسي. يتم إنتاج مثل BWO في شكل هيكل معبأ ، حيث يتم الجمع بين غلاف BWO ومغناطيس دائم وجهاز ضبط. لذلك ، قد يتعطل التشغيل العادي لـ WWO في حالة وجود مجالات مغناطيسية خارجية أو مواد مغناطيسية حديدية تقع بالقرب من WWO. كقاعدة عامة ، يجب ألا تقل المسافة بين المركبات العضوية المتطايرة والمواد المماثلة عن 400 مم. يعتمد وضع تشغيل WWO بشدة على الظروف الخارجية (درجة الحرارة ، الرطوبة) ، بالإضافة إلى التنسيق مع الحمل.

مصابيح الموجة الخلفية حساسة بشكل خاص للتغيرات في درجة حرارة الوسط. عندما يتم تطبيق الصدمات الميكانيكية والاهتزازات على مصابيح الموجة العكسية ، تحدث تغييرات دورية في المسافة بين الأقطاب الفردية لمدفع الإلكترون أو إزاحتها المستعرضة بالنسبة لبعضها البعض ، والتي تكون مصحوبة بتعديل السعة والتردد للتذبذبات المتولدة. عادة ما يكون انحراف تردد VWO أثناء الاهتزازات أكبر إلى حد ما من انحراف الكليسترونات. تشمل عيوب المصابيح من هذا النوع أيضًا حقيقة أن هذه المصابيح ، التي كانت في التخزين ولم يتم تشغيلها لفترة طويلة (أكثر من شهرين) ، يجب أن تخضع للتدريب ، والذي يستغرق 1.5 ساعة على الأقل. لا تتمتع مجموعة واسعة من ضبط التردد الإلكتروني باستقرار عالي التردد عند التشغيل في أي نقطة في النطاق.

يمكن إنشاء مذبذب ذاتي فعال لموجات السنتيمتر والمليمتر على ما يعادل أشباه الموصلات من klystron العاكس - وهو الصمام الثنائي العابر للانهيار الجليدي (ATD) ، والذي يعمل كأساس لعدد من أجهزة الميكروويف (المولدات ، ومكبرات الصوت ، ومحولات التردد).

يعتمد تشغيل APD على تأثير توليد اهتزازات متماسكة أثناء انهيار الانهيار الجليدي لثنائيات أشباه الموصلات الميكروويف. تتراوح طاقة التذبذب الناتجة في الوضع المستمر للديودات المختلفة من عشرات الميكرووات إلى عدة ملي واط بطول موجة يتراوح من 0.8 إلى 10 سم ، ويتكون المولد من الصمام الثنائي الانهيار الجليدي والرنان المجوف المرتبط بالحمولة الصافية. الميزة المميزة لـ ATL هي زيادة مستوى الضوضاء عند الترددات العالية (> 10 4 جيجاهرتز). حتى في ATLs لنشر الجرمانيوم مع الانهيار المنتظم ، يكون هذا المستوى 25-30 ديسيبل أعلى من ضوضاء اللقطة من الصمام الثنائي الفراغي مع نفس التيار. في السيليكون ATLs ، حيث يكون الانهيار مصحوبًا بظواهر البلازما الدقيقة ، يمكن أن يتجاوز مستوى الضوضاء ضوضاء اللقطة بمقدار 60-70 ديسيبل.

توفر مولدات المدى صغيرة الحجم من السنتيمتر (3-15 جيجاهرتز) في الوضع المستمر تيار إمداد يبلغ 10-20 مللي أمبير وبجهد من 20-70 فولت من طاقة الإخراج من 5 إلى 50 ميجاوات بكفاءة تتراوح من 3 إلى 7٪. يتيح المستوى الكبير من التوافقيات الأعلى في طيف تيار الانهيار الجليدي إمكانية استخدام APD بموجة السنتيمتر لإنشاء مولدات الموجات المليمترية. يُنصح بجعل مرنان هذا المولد ثنائي أو ثلاث دوائر ، بحيث يتم ضبط إحدى الدوائر ، غير المرتبطة بالحمولة ، على التردد الأساسي في جزء الموجة القصيرة من نطاق السنتيمتر (10- 15 جيجاهرتز) ، والباقي لتوافقيات أعلى. المولدات من هذا النوع لها طاقة خرج (في الوضع المستمر) بترتيب ملي واط في الجزء العلوي من نطاق المليمتر. ومع ذلك ، فإن كثافة التذبذب الطيفي لسعة وتردد ATL أعلى بمقدار 15-20 ديسيبل من تلك الخاصة بالكليسترونات العاكسة. لذلك ، تتمتع أجهزة الميكروويف LTD بمزايا مثل الأبعاد الصغيرة والوزن وكفاءة الطاقة وما إلى ذلك. عيبهم الرئيسي هو ارتفاع مستوى الضوضاء.

كما تم إنشاء مولدات الميكروويف شبه الموصلة القائمة على الثنائيات Gunn وتلقت أيضًا تطبيقات عملية. تعمل بجهد إمداد منخفض (4-8.5 فولت) ، بينما تستهلك تيارًا من 0.4 إلى 1.5 أ.

الخصائص المقارنة لبعض أنواع مولدات الميكروويف

المؤلفات

1. الاختبار غير المتلف. المجلد 6. كتيب. تحت المجموع إد. في. كليويف ، موسكو ، 2006

2. ميلمانأنا. "الموجة الراديوية والتحكم الحراري والبصري" الجزء الأول ، الحساب. بدل ، ايكاترينبرج ، 2001

3. Ermolov I.N.، Ostanin Yu.A. "طرق ووسائل الاختبار غير المتلف" ، 1988 ، أعلى. المدرسة.

استضافت على Allbest.ru

...

وثائق مماثلة

طريقة للاختبار غير المتلف لحالة سطح رقاقات أشباه الموصلات ، معلمات الطبقات السطحية الرقيقة والواجهات فيما بينها. تقنية القياس على مقياس القطع من نوع التعويض. تطبيق طرق التحكم في قياس القطع.

الملخص ، تمت الإضافة في 01/15/2009

جوهر طريقة الكشف عن الخلل المغناطيسي. حساب مكونات شدة المجال. تطوير نظام آلي للتحكم في الجسيمات المغناطيسية لمحور مجموعة عجلات السيارة. تنظيم سرعة دوران المحركات غير المتزامنة بدوار قفص السنجاب.

أطروحة ، تمت إضافة 06/19/2014

وسائل التسجيل والقياسات الكمية للطاقة الضوئية. المستقبلات الحرارية والفوتونية للإشعاع الضوئي: مقاييس بولومتر أشباه الموصلات ، العناصر الحرارية ، مقاومات الضوء ، الثنائيات الباعثة للضوء والصورة ؛ المعلمات التي تميز خصائصها وقدراتها.

عرض تقديمي ، تمت الإضافة 06/07/2013

تصنيف ونماذج كشف الخلل الحراري. نموذج للتحكم الحراري النشط للعيوب السلبية. قياس الحرارة البصري. أجهزة التحكم الحراري. مخططات البيرومتر المرئي للسطوع مع خيط متلاشي. بيرومتر النسبة الطيفية.

الملخص ، تمت الإضافة في 01/15/2009

طبيعة وخصائص المجال المغناطيسي. الخواص المغناطيسية للمواد المختلفة ومصادر المجالات المغناطيسية. جهاز المغناطيسات الكهربائية وتصنيفها وتطبيقها وأمثلة على استخدامها. الملف اللولبي وتطبيقاته. حساب جهاز المغناطيس.

ورقة المصطلح ، تمت إضافة 01/17/2011

طريقة عالية الدقة للكشف عن خلل الهيليوم. قابلية ذوبان الهيليوم في البلورات التي بها عيوب من النوع الشاغر. مخطط وحدة الامتصاص الحراري ، تقنية القياس. نظام الإخلاء ومعايرة مطياف الكتلة والتحكم في درجة حرارة خلايا التشبع.

اختبار ، تمت إضافة 12/03/2014

الوسائل التقنية للكشف عن الخلل البصري البصري. الخصائص التقنية للزاحف المرئي Rovver 400. اختيار طريقة التحكم والنمذجة النظرية وتقييم الحساسية. تطوير مخطط كتلة للمنشأة وتأثيرها على البيئة.

أطروحة تمت إضافة 09/08/2014

تكوين المعدات الكهربائية SF6 ، مهام مراقبة المعلمات. قناة التحكم بالرطوبة SF6. مراقبة معدات المحطات الفرعية. مجموعة من القيم للمعلمات الخاضعة للرقابة. تصميمات نظام التشخيص والتحكم في المفاتيح الكهربائية.

ورقة مصطلح ، تمت الإضافة 02/01/2012

الخصائص العامة للطرق المستخدمة لقياس بارامترات الشعيرات الدموية: قياس التداخل الهولوغرافي ، بصريات فورييه ، المجهرية. تحليل مقارن للطرق المدروسة ، وتحديد مزاياها وعيوبها الرئيسية.

التحكم في العمل ، تمت إضافة 05/20/2013

أنواع مصادر الإشعاع ، مبادئ تصنيفها. مصادر الإشعاع ، متناظرة وغير متماثلة ، تفريغ غازي ، حراري ، بتوزيع طيفي مختلف للطاقة ، بناءً على ظاهرة التألق. مولدات الكم الضوئية (الليزر).

تعتمد طريقة الموجة الراديوية على اعتماد البث الراديوي المنقول أو المنعكس على معلمات وخصائص المواد العازلة (البلاستيك ، المطاط ، الألياف الزجاجية ، مواد العزل الحراري ، الخشب الرقائقي ، الحبوب ، الرمل ، إلخ. المواد). تستخدم طريقة الموجة الراديوية نطاقًا من الأطوال الموجية يسمى نطاق التردد الفائق. الموجة الكهرومغناطيسية عبارة عن مجموعة من المجالات الكهربائية E والمجالات المغناطيسية H تنتشر في اتجاه معين Z. في الفضاء الحر ، تكون الموجات الكهرومغناطيسية مستعرضة ، أي المتجهات E و H متعامدة مع اتجاه الانتشار.

يحدد المتجه E استقطاب المجال الكهرومغناطيسي (اتساعه). بناءً على ذلك ، يمكن أن تكون الموجة مستقطبة مستوية (مستقطبة خطيًا) ، مستقطبة كهربائيًا ، مستقطبة دائريًا (استقطاب يمين أو يسار ، يمين - اتجاه عقارب الساعة ، يسار - عكس اتجاه عقارب الساعة). يتم فحص شدة المجال المغناطيسي H في تغيرها في السعة اعتمادًا على النفاذية المغناطيسية للمادة المستخدمة. يمكن أن تختلف قيمة H من صفر إلى قيمة قصوى ، والتي تُستخدم في طرق الرنين المغنطيسي الكهربائي وفي طرق الرنين النووي. هذا يجعل من الممكن دراسة التفاعلات الضعيفة داخل المادة باستخدام هذه الأساليب.

مبادئ بناء موجات الراديو

أجهزة الاختبار غير المتلفة.

تستخدم طريقة الموجة الراديوية نطاق طول موجي من 1 إلى 1 مم ، وهو ما يسمى نطاق تردد الميكروويف (SHF). عندما تمر إشارة عبر بيئة خاضعة للرقابة ، فإن الأخيرة تؤثر على خصائصها. إذا تم التحكم في المواد العازلة ، فسيتم استخدام ثابت العزل وظل الخسارة كخصائص ؛ في التحكم في مواد أشباه الموصلات ، يتم تقييم ثابت العزل والنفاذية المغناطيسية ؛ في التحكم في المواد الموصلة للكهرباء ، يتم فحص الموصلية. يمكن تقسيم أجهزة التحكم في الموجات الراديوية إلى طور ، طور اتساع ، استقطاب ، طنين ، طيفي ، تردد ، شعاع ، محول. تعتمد كل هذه الأجهزة على استخدام ظواهر انعكاس ونقل وامتصاص وانكسار واستقطاب وتحويل موجات الراديو. تُستخدم أجهزة طور الاتساع لقياس درجة تأثير الوسيط على الإشارة. يظهر مخطط الجهاز في الشكل 1.

تحتوي الأجهزة من هذا النوع على هوائي مشع 4 وهوائي استقبال 6 ، ومصدر توليد ميكروويف 1 ، وصمام 2 ، ومخفف 3.7 ، حيث يمكنك تخفيف الإشعاع ، وكاشف 8 ووحدة معالجة المعلومات والإخراج 9. بعد يمر الإشعاع عبر كائن التحكم 5 ، وسيتم تقييم قوة الإشارة وفقًا للصيغة:

قوة البث الراديوي التي مرت عبر كائن التحكم ؛

منطقة انبعاث الهوائي 4 ؛

هوائي انبعاث الطاقة 4 ؛

معاملات إرسال الموجات الراديوية عند السطح البيني بين وسيطين من مادة الاختبار والبيئة التي توجد فيها ؛ ، أين

طول الهوائي المشع في المقطع العرضي ؛

المسافة من حافة الهوائي المنبعث إلى سطح المنتج المختبَر 5 ؛

المسافة إلى حافة هوائي الاستقبال من سطح المنتج قيد الاختبار بعد مرور البث الراديوي ؛

سمك المنتج المختبَر ؛

معاملات الانعكاس أثناء حدوث الانبعاث الراديوي على سطح المنتج وعند مغادرته لسطح المنتج ؛ ، أين

رقم الموجة

الطول الموجي لانبعاث الراديو.

من التعبير 1 ، يمكن ملاحظة أنه عند قوة معينة ، من الممكن تحديد سمك الكائن المتحكم فيه أو المعلمات المادية. للقضاء على الانعكاسات ، من الضروري مطابقة الحدود مع هوائيات الاستقبال والانبعاث ، أي المسافات. يمكن بناء أجهزة الموجات الراديوية على مبدأ استقبال إشارة تنعكس من عيب. يظهر مخطط الجهاز في الشكل 2.

مبدأ تشغيل هذه الأجهزة هو كما يلي: إشارة مولد الميكروويف 1 من خلال الصمام 2 ووحدة الفصل 3 تغذي الهوائي المنبعث 4 ، تدخل الإشارة المنعكسة من الكائن 6 إلى الهوائي 5 ، في العنصر 7 ويتم تحديده في النظام 8. ميزة الأجهزة القائمة على استقبال الإشارات المنعكسة ، هي وجود اتصال (قوة المجال الكهرومغناطيسي للبث الراديوي) بين هوائيات الإرسال والاستقبال. يتحقق هذا الاتصال بسبب جزء من إشعاع الهوائي 4 وهو إشارة مرجعية تضاف بها الإشارات المنعكسة. إن مجمل جميع مكونات الإشارة له طبيعة تداخل ، ويعتمد ذلك على العلاقة بين اتساع وطور الإشارة المنعكسة وإشارة الاتصال. يعتمد نوع نمط التداخل على الإشارة المنعكسة ، والتي تحمل معلومات حول الهيكل الداخلي للكائن المتحكم فيه ، أي يعتمد على . تعتمد أجهزة استقطاب الموجات الراديوية على اعتماد استقطاب الموجة الكهرومغناطيسية ، أي على اتجاه المتجه E في الفضاء حيث ينتشر في بيئة محكومة. حسب نوع الاستقطاب (مسطح ، دائري ، كهربائي) يمكن للمرء أن يحكم على الهيكل الداخلي للمادة. عادة ما يتم ضبط الجهاز بحيث في حالة عدم وجود عيوب داخلية في الكائن ، تكون الإشارة في هوائي الاستقبال صفرًا. في حالة وجود عيب أو عدم تجانس بنيوي ، يتغير مستوى أو نوع استقطاب الإشارات المنبعثة ، وتظهر إشارة في هوائي الاستقبال تحمل معلومات حول العيوب.

في أجهزة طنين الموجات الراديوية ، يتم تحديد حالة الكائن المتحكم فيه من خلال تأثير الوسيط على عامل الجودة ، أو تغير تردد الرنين ، أو على توزيع المجال في الرنان. يوضح الشكل 1 مرنانًا أسطوانيًا على شكل رسم تخطيطي:

أرز. واحد

عادةً ما يكون الرنان 1 دوريًا في القطر ويتم تحمسه على الموجة. يتم وضع عينة اختبار من قطرين داخل الرنان. في هذه الحالة ، هناك تحول في تردد الطنين. يحدد حجم الإزاحة تجانس هذه العينة واستمراريتها. في حالة الانقطاع أو أي عيب داخل كائن الاختبار ، يزداد انزياح تردد الطنين. هذا يحدد التحكم في عينة الاختبار.

في الحالة (الشكل 1 ب) ، تنشأ موجات راديو مختلفة الاستقطاب. بعضهم أعسر والبعض الآخر أعسر. إذا تم وضع مثل هذا الرنان على عينة ، فعند وجود عيوب في العينة ، سيكون هناك تغيير في استقطاب الموجة الراديوية ، وستظهر بعض مكونات هذا الاستقطاب (في الشكل يظهر هذا على شكل) . من خلال قياس موضع هذه القيمة ، يمكنك معرفة موقع هذا العيب ومدى انتشاره.

مخطط تشغيل أجهزة الشعاع

يوضح الشكل 2 أ) مرور حزمة الراديو عبر العينة. عادة ما يتم استخدام حزمة من نطاق المليمتر ، ويخضع مرورها لقوانين البصريات الهندسية. نتيجة لذلك ، يتم تحديد معامل الانكسار بحجم الانحراف ، وهذه هي الطريقة التي يتم بها العثور على خاصية الوسيط. إذا كان الوسط متجانسًا ، فإن الحزمة تنكسر من الجانب المقابل للمنتج ، إذا كان الوسيط غير متجانس ، فبالإضافة إلى الانكسار ، تنعكس الحزمة الراديوية أيضًا ، كما هو موضح في الشكل 2 ب). في الأجهزة من هذا النوع ، يتم تسجيل صورة راديو للعيوب الداخلية.

مقاييس سمك الموجة الراديوية.

تتيح طرق الموجات الراديوية التحكم في سمك المواد العازلة ، والطبقات العازلة للكهرباء على الصفائح المعدنية والمعدنية. يمكن احتواء معلومات السُمك في السعة ، والطور ، وإزاحة خط الطنين ، ومنحنى الطنين. أهم معلمات الكائن التي تؤثر على الإشارة المرسلة أو المنعكسة هي سماكة المادة وسماحيتها. كلما زادت تجانس المادة ، زادت دقة قياس السماكة. معاملات انعكاس وإرسال الموجة الراديوية لطبقة متجانسة مسطحة عند حدوث عادي هي وظائف متذبذبة تتناقص مع زيادة السماكة والنسبة ، حيث يكون الطول الموجي للحزمة الراديوية.

يتم تحديد فترة هذه الوظائف من خلال الطول الموجي ومعامل الانكسار للوسط. ودرجة الانخفاض هي معامل التخميد للموجة. يوضح الشكل 3 مخططات لمعاملات الانعكاس لاثنين من العوازل الكهربائية.

الصف 1 - الخرسانة الجبسية () ؛ الصف 2 - شبكي ( )

الشكل 4

الصف 1 - تسوس متوسط ؛ الصف 2 - توهين منخفض ؛ الصف 3 - توهين كبير ؛ هي زاوية الخسارة.

يمكن ملاحظة أن فترة التذبذب لمعامل الانعكاس تتناسب عكسياً مع السماحية. تحدث علاقة لا لبس فيها بين معامل النقل والسمك عند التوهين العالي. ظهور الغموض عند التوهين المنخفض يجعل من الصعب استخدام مقاييس السُمك بناءً على مرور الموجة. على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك مقياس سمك لقياس سمك الصفيحة المعدنية الملفوفة.

مقياس السماكة لقياس السماكة

صفائح معدنية ملفوفة.

1- عقدة لمعالجة الإشارات وإصدارها للدلالة والتحكم

2- مولد الميكروويف 10- العدسة

3- نقطة الإنطلاق 11- الشيء المقاس

4- الصمام 12- العدسة

7 - المكبس القصير المعدل 15 - المكبس القصير

9- الهوائي المشع (البوق) 17- مطابقة الحمل

18 - صمام

في الأجهزة لهذا الغرض ، يحدث انعكاس مرآة لموجة كهرومغناطيسية من سطح الكائن المتحكم فيه ، بينما يتم تعيين عقدة التيار والجهد على السطح نفسه. عند قياس سمك كائن ما ، يتغير نمط المجال المُنشأ ، وهو ما يلاحظه الجهاز. يتم تغذية إشارات الميكروويف المتولدة من خلال نقطة الإنطلاق 3 والصمامات 4 و 18 إلى الفروع 8 و 14 ، ثم إلى الهوائيات البوق 9 و 13 مع العدسات 10 و 12. الإشارات المنعكسة من سطح الجسم المقاس 11 ، تشكل موجات واقفة. يتم ضبط رنانات الموجة المنعكسة على الرنين عن طريق غطاسات قصيرة الدائرة 7 و 15.

الشكل 5

مقاييس الرطوبة الراديوية.

تعتمد طرق قياس محتوى الرطوبة في المواد على امتصاص وتشتت موجات الراديو بواسطة جزيئات الماء في منطقة الميكروويف. المعلمات الإعلامية هي السعة والطور وزاوية دوران مستوى استقطاب الموجة الكهرومغناطيسية. من المعروف أن امتصاص الرنين يحدث في منطقة الميكروويف. بالإضافة إلى ذلك ، يتراوح ثابت العزل الكهربائي للماء في النطاق الترددي المحدد من 80 إلى 20 ، بينما تقع هذه القيمة للمواد الأخرى في النطاق من 2-9. يتيح هذا الظرف استخدام طريقة الموجات اللاسلكية لإنشاء عدادات الرطوبة لأغراض مختلفة. يوضح الشكل 6 تبعيات التراخيص على التردد.

الصف 1 - النفاذية ، الصف 2 - النفاذية.

لقياس مركب الرطوبة ، يتم استخدام مقياس رطوبة السعة ، والذي يعتمد على توهين قوة الإشارة المنقولة عبر الكائن ، وتظهر دائرته في الشكل 2. في منطقة الرطوبة الضعيفة ، الإشارة معامل النقل يتناسب مع محتوى الماء.

مقياس رطوبة السعة.

1- مولد الميكروويف 9- جهاز التحكم بالتحويل

2- صمام 10 - جهاز عرض

3 - الدليل الموجي المحملة 11 - الكاشف

4- الهوائي المشع 12- المكبس القصير

5- هوائي الاستقبال 13- مكبر للصوت

6- محول الطاقة

7- كباس قصير

8- كاشف

مقياس رطوبة الطور السعة.

1- مولد الميكروويف 5- هوائي الاستقبال

2 - المحولات المتغيرة 6- تحميل جهاز المطابقة

3- نقطة الإنطلاق 7 - قمزة الدليل الموجي

4- إشعاع هوائي 8 - مؤشر

9- مضخم 10- كاشف

يعمل الجهاز على مبدأ مقارنة الإشارة التي مرت عبر جسم مبلل والإشارة التي مرت عبر مسار الدليل الموجي. في الدليل الموجي 7 ، تتم مقارنة الإشارات في الاتساع والطور. يتم عرض إشارة الاختلاف بعد التضخيم في الجهاز 8.

أجهزة كشف الخلل في موجات الراديو.

تُستخدم هذه الأجهزة لفحص الشقوق ، ومحتويات الهواء ، والشوائب الأجنبية ، وعدم التجانس ، وعيوب الترابط ، إلخ. في المواد العازلة. أجهزة كشف عيوب الموجات الراديوية مبنية على مبدأ إرسال أو انعكاس الموجة ، والتي تحمل معلومات حول سمك الطبقات ومعامل الانكسار ، أي حول المعلمات الفيزيائية للطبقات (الكثافة ، المسامية ، الرطوبة ، التركيب ، إلخ) في الشكل 9 ، كمثال ، يظهر رسم تخطيطي لكاشف الخلل مع المسح الميكانيكي.