DE4337507C2 - Akustisches Mikroskop - Google Patents
Akustisches MikroskopInfo
- Publication number
- DE4337507C2 DE4337507C2 DE19934337507 DE4337507A DE4337507C2 DE 4337507 C2 DE4337507 C2 DE 4337507C2 DE 19934337507 DE19934337507 DE 19934337507 DE 4337507 A DE4337507 A DE 4337507A DE 4337507 C2 DE4337507 C2 DE 4337507C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- probe
- microscope according
- acoustic microscope
- piezoelectric
- acoustic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
- G01N29/06—Visualisation of the interior, e.g. acoustic microscopy
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B17/00—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/28—Details, e.g. general constructional or apparatus details providing acoustic coupling, e.g. water
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
- G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
- G01S15/8906—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques
- G01S15/8934—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a dynamic transducer configuration
- G01S15/8936—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a dynamic transducer configuration using transducers mounted for mechanical movement in three dimensions
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Meßtechnik und ist anwendbar bei
akustischen Mikroskopen, wie akustischen Tunnelmikroskopen und Atomkraftmikro
skopen, die zur Messung der Oberflächentopografie von Festkörpern und zur Mes
sung von dielektrischen, elastischen, piezoelektrischen und magnetischen Eigen
schaften von Festkörpern an deren Oberfläche dienen.
In WO 89/12805 ist ein akustisches Mikroskop zur Untersuchung eines Objektes im
Nahfeld eines resonanten akustischen Oszillators beschrieben, wobei der
akustische Oszillator durch eine elektronische Schaltung zu Schwingungen angeregt
wird. Der Oszillator ist hierbei als Stimmgabel ausgebildet. An einem der beiden
Stimmgabel-Enden ist als Sonde eine Spitze angeordnet, die bis auf einen kleinen
Abstand an das zu untersuchende Meßobjekt reicht. Wenn der Abstand zwischen
Spitze und dem stationär angeordneten Meßobjekt hinreichend klein ist, setzt eine
akustische Wechselwirkung zwischen Oszillator und Meßobjektoberfläche ein, durch
die sowohl die Dämpfung der Stimmgabel als auch deren Resonanzfrequenz erhöht
werden. Da die Änderungen von Dämpfung und Resonanzfrequenz relativ klein sind,
muß, um trotzdem eine große Meßempfindlichkeit zu erreichen, die Stimmgabel eine
große Resonatorgüte besitzen und an ihrer Resonanzfrequenz betrieben werden.
Ein derart aufgebautes und funktionierendes Mikroskop ist beschränkt auf den
Nachweis der vom Abstand abhängigen Oszillatordämpfung. Dieses Mikroskop
benutzt als Meßgröße also den Verlust des Oszillators an akustischer Energie, der
im allgemeinen mehrere Ursachen hat.
Es sind bereits gattungsgemäße akustische Mikroskope bekannt, bei denen eine mit einer Spitze
ausgestattete zylindrische Sonde mit ihrer Spitze über der Oberfläche des Festkör
pers angeordnet ist, wobei Sonde und Festkörper relativ zueinander mit Hilfe von
piezoelektrischen Aktuatoren in x-, y- und z-Richtung, bezogen auf die Oberfläche
des Festkörpers, bewegt werden können. Durch Anlegen einer Wechselspannung
an den z-Aktuator wird die Sonde zu Schwingungen angeregt, die als Schall infolge
des Kontaktes der Atomkräfte von Spitze und Festkörper auf diesen übertragen wer
den. An der Rückseite des Festkörpers ist ein piezoelektrischer Wandler angeord
net, der die durch den Schall erzeugten mechanischen Deformationen des Festkör
pers in eine Wechselspannung wandelt. Die Amplitude dieser Wechselspannung
dient als Regelsignal für die Konstanthaltung des Abstandes zwischen Spitze und
Festkörperoberfläche.
Diese Mikroskope haben den Nachteil, daß bei jedem Wechsel des zu un
tersuchenden Festkörpers der piezoelektrische Wandler von neuem mechanisch mit
dem Festkörper kontaktiert werden muß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, akustische Mikroskope gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszubilden, daß der piezoelektrische Wandler
beim Wechsel des zu untersuchenden Festkörpers nicht von neuem mechanisch
kontaktiert werden muß.
Diese Aufgabe wird mit dem im Anspruch 1 angegebenen akustischen Mikroskop
gelöst. Dieses ist dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Wandler mit
der Sonde verbunden ist. Dabei kann sich zwischen Wandler und Sonde ein festes
Koppelmedium befinden, das in der Lage ist, mechanische Deformationen der
Sonde zu übertragen. Für das Koppelmedium kann ein Epoxidharz oder ein
lösungsmittelhaltiger Klebstoff verwendet werden.
Erfindungsgemäß kann der piezoelektrische Wandler aus einem beiderseits mit
einer Metallschicht bedeckten piezoelektrischen Folienstreifen, der um den
zylindrischen Teil der Sonde gelegt ist, bestehen. Zwischen beiden Teilen befindet
sich das Koppelmedium. Dabei umschließt der Folienstreifen den Sondenumfang
vollständig. Die Enden des Folienstreifen sind überstehend bemessen und stehen
fahnenartig von der Sonde ab. Sie können mit Hilfe des Materials des
Koppelmediums miteinander verbunden sein. Hierbei können die Enden in
vorteilhafter Weise unterschiedlich lang sein, wobei am längeren Ende die elek
trischen Zuleitungen des piezoelektrischen Wandlers kontaktiert werden können.
Der Folienstreifen kann beispielsweise aus Polyvinylidenfluorid bestehen und sollte
< 50 µm dick sein.
Der piezoelektrische Wandler kann erfindungsgemäß auch ein Hohlzylinder aus
einer piezoelektrischen Keramik sein, dessen äußere Mantelfläche mit einer
Metallschicht bedeckt ist und dessen innere Mantelfläche im Kontakt mit einem
elektrisch leitfähigen Körper steht. Der zylindrische Teil der Sonde und der
Hohlzylinder sind in diesem Fall zu einer konzentrischen Anordnung zusammen
gefügt. Der elektrisch leitfähige Körper kann vorzugsweise eine Metallschicht oder
der zylindrische Teil der Sonde sein, wobei die Sonde dabei aus einem
metallischen Werkstoff bestehen sollte. Zweckmäßigerweise ist ein zwischen dem
zylindrischen Teil der Sonde und der Innenwandung des Hohlzylinders vorhandener
Spalt über einen Teil seiner
Länge mit dem Koppelmedium und über den restlichen Teil mit einem elektrisch
leitfähigen Klebstoff ausgefüllt.
Weiterhin kann der piezoelektrische Wandler erfindungsgemäß auch ein Quader
aus piezoelektrischem Material sein, bei dem zwei gegenüberliegende Flächen mit
einer Metallschicht bedeckt sind. Zweckmäßigerweise ist dabei in eine der Flächen
des Quaders parallel zu einer seiner Kanten eine Nut mit halbkreisförmigem Quer
schnitt eingearbeitet. Darin ist der in das Koppelmedium eingebettete zylindrische
Teil der Sonde angeordnet.
Das erfindungsgemäße Mikroskop zeichnet sich gegenüber dem Stand der Technik
dadurch aus, daß bei einem Wechsel der zu untersuchenden Festkörperprobe der
piezoelektrische Wandler nicht von neuem mechanisch kontaktiert werden muß, da
der Wandler mit der Sonde und nicht mit der Festkörperprobe verbunden ist. Da
durch werden die Konstruktion und die Handhabung der akustischen Mikroskope
entscheidend vereinfacht.
Nachstehend ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der
zugehörigen Zeichnung zeigen
Fig. 1 in schematischer Darstellung den Aufbau einer Meßanordnung in einem
akustischen Mikroskop,
Fig. 2 die Draufsicht auf die in Fig. 1 dargestellte Meßanordnung.
Bei dieser Meßanordnung ist eine Sonde 1 über der Oberfläche eines zu unter
suchenden Festkörpers 2 angeordnet, die aus einem zylindrischen Teil 11 und einer
Spitze 12 besteht, wobei am zylindrischen Teil 11 ein piezoelektrischer Wandler 3
angebracht ist. Dieser ist im vorliegenden Beispiel ein 35 µm dicker piezoelektri
scher Folienstreifen 31 (Fig. 2) aus Polyvinylidenfluorid, der beiderseitig mit einer
Aluminiumschicht 32 und 33 bedeckt ist und den zylindrischen Teil 11 der Sonde 1
vollständig umschließt. Zwischen der Sonde 1 und dem Wandler 3 ist ein mechani
scher Kontakt mittels eines Koppelmediums 4 hergestellt worden. Dafür wurde ein
handelsüblicher lösungsmittelhaltiger Klebstoff verwendet. Die Enden 34 und 35 des
Folienstreifens 31 sind überstehend und mit zueinander unterschiedlicher Länge
bemessen, stehen fahnenartig von der Sonde 1 ab und sind mittels einer Kleber
schicht 41, die aus dem Material des Koppelmediums besteht, miteinander verklebt.
Am längeren Ende 35 des Folienstreifens 31 sind die elektrischen Zuleitungen 51
und 52 des piezoelektrischen Wandlers 3 kantaktiert.
Claims (14)
1. Akustisches Mikroskop, bei dem eine mit einer
Spitze ausgestattete zylindrische Sonde mit ihrer
Spitze über der Oberfläche des Festkörpers ange
ordnet ist, wobei Sonde und Festkörper relativ zu
einander mit Hilfe von piezoelektrischen Aktuato
ren in x-, y- und z-Richtung, bezogen auf die Ober
fläche des Festkörpers, bewegt werden können und
zwischen Spitze und Festkörper infolge von
Schwingungen des z-Aktuators, die durch eine an
diesen gelegte Wechselspannung erzeugt werden,
Schall übertragen wird, der durch einen piezoelek
trischen Wandler eine Wandlung in eine Wechsel
spannung erfährt, dadurch gekennzeichnet, daß
der piezoelektrische Wandler (3) mit der Sonde (1)
verbunden ist.
2. Akustisches Mikroskop nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß sich zwischen dem pie
zoelektrischen Wandler (3) und der Sonde (1) ein
festes Koppelmedium (4) befindet, das in der Lage
ist, mechanische Deformationen der Sonde (1) auf
den Wandler (3) zu übertragen.
3. Akustisches Mikroskop nach Anspruch 2, da
durch gekennzeichnet, daß das Koppelmedium (4)
unter Anwendung eines Epoxidharzes oder eines
lösungsmittelhaltigen Klebstoffs hergestellt ist.
4. Akustisches Mikroskop nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische
Wandler (3) aus einem beiderseits mit einer Metall
schicht bedeckten piezoelektrischen Foliestreifen
(31) besteht und daß dieser um den zylindrischen
Teil (11) der Sonde (1), welcher mit dem Koppelme
dium (4) umhüllt ist, gelegt ist, wobei der Foliestrei
fen (31) den Sondenumfang vollständig umschließt
und wobei die Enden des Foliestreifens (31) fahnen
artig von der Sonde (1) abstehen und mit dem Ma
terial des Koppelmediums (4) miteinander verbun
den sind.
5. Akustisches Mikroskop nach Anspruch 4, da
durch gekennzeichnet, daß die fahnenartig von der
Sonde (1) abstehenden Enden des Foliestreifens
(31) unterschiedlich lang sind.
6. Akustisches Mikroskop nach Anspruch 5, da
durch gekennzeichnet, daß am längeren Ende des
Foliestreifens (31) die elektrischen Zuleitungen (51;
52) des piezoelektrischen Wandlers (3) kontaktiert
sind.
7. Akustisches Mikroskop nach Anspruch 4, da
durch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische
Foliestreifen (31) aus Polyvinylidenfluorid besteht.
8. Akustisches Mikroskop nach Anspruch 4, da
durch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische
Foliestreifen (31) < 50 µm dick ist
9. Akustisches Mikroskop nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische
Wandler ein Hohlzylinder aus einer piezoelektri
schen Keramik ist, dessen äußere Mantelfläche mit
einer Metallschicht bedeckt ist und dessen innere
Mantelfläche im Kontakt mit einem elektrisch leit
fähigen Körper steht, wobei der zylindrische Teil
der Sonde und der Hohlzylinder zu einer konzentri
schen Anordnung zusammengefügt sind.
10. Akustisches Mikroskop nach Anspruch 9, da
durch gekennzeichnet, daß der elektrisch leitfähige
Körper eine Metallschicht ist.
11. Akustisches Mikroskop nach Anspruch 9, da
durch gekennzeichnet, daß der elektrisch leitfähige
Körper der zylindrische Teil der Sonde ist, wobei
diese aus einem metallischen Werkstoff besteht
12. Akustisches Mikroskop nach Anspruch 10 und
2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen dem
zylindrischen Teil der Sonde und der Innenwan
dung des Hohlzylinders vorhandener Spalt über ei
nen Teil der Länge des Hohlzylinders mit dem
Koppelmedium und über den restlichen Teil mit
einem elektrisch leitfähigen Klebstoff ausgefüllt ist.
13. Akustisches Mikroskop nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische
Wandler ein Quader aus piezoelektrischem Materi
al ist, bei dem zwei gegenüberliegende Flächen mit
einer Metallschicht bedeckt sind.
14. Akustisches Mikroskop nach Anspruch 13 und
2, dadurch gekennzeichnet, daß in eine der Flächen
des Quaders parallel zu einer seiner Kanten eine
Nut mit halbkreisförmigem Querschnitt eingear
beitet ist, in welcher der in das Koppelmedium ein
gebettete zylindrische Teil der Sonde angeordnet
ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934337507 DE4337507C2 (de) | 1993-11-03 | 1993-11-03 | Akustisches Mikroskop |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934337507 DE4337507C2 (de) | 1993-11-03 | 1993-11-03 | Akustisches Mikroskop |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4337507A1 DE4337507A1 (de) | 1995-05-18 |
DE4337507C2 true DE4337507C2 (de) | 1997-05-28 |
Family
ID=6501693
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19934337507 Expired - Fee Related DE4337507C2 (de) | 1993-11-03 | 1993-11-03 | Akustisches Mikroskop |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4337507C2 (de) |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3820518C1 (de) * | 1988-06-16 | 1990-01-11 | Wild Leitz Gmbh, 6330 Wetzlar, De |
-
1993
- 1993-11-03 DE DE19934337507 patent/DE4337507C2/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4337507A1 (de) | 1995-05-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2700342C3 (de) | Piezoelektrischer Meßwandler | |
DE3215040C2 (de) | Resonanzstab | |
DE3631647C2 (de) | Anordnung zur Aufnahme von Biegungen und Deformationen in einem mechanischem Teil oder einer Struktur | |
DE2534207A1 (de) | Verfahren zum pruefen und messen von oberflaecheneigenschaften fester koerper, sowie einrichtung zur durchfuehrung des verfahrens | |
DE102018133066A1 (de) | Ultraschall-Messgerät | |
DE3704413C2 (de) | Elektromagnetischer Durchflußmesser | |
DE3808019A1 (de) | Ultraschall-sensor | |
DE1648652A1 (de) | Ultraschall-Pruefgeraet | |
DE4337507C2 (de) | Akustisches Mikroskop | |
DE102010055848A1 (de) | Ultraschallaktor | |
EP0557671B1 (de) | Wirbelströmungsmessgerät | |
DE3808481C2 (de) | Vorrichtung zur Feststellung eines bestimmten Füllstandes in einem Behälter | |
DE2827985C2 (de) | Strömungsmesser | |
WO2016029326A1 (de) | Messvorrichtung zum charakterisieren eines prüflings mittels ultraschall-transversalwellen und -longitudinalwellen | |
DE3038660A1 (de) | Beschleunigungsaufnehmer mit piezoelektrischem wandlerelement | |
DE1957586A1 (de) | Kraftumformer | |
DE4034883C2 (de) | Vorrichtung zur Messung der Dichte einer Flüssigkeit | |
DE102019106425A1 (de) | Messeinrichtung und Verfahren zur Feuchtigkeitsmessung | |
DE3728864A1 (de) | Kondensatoranordnung | |
WO2006040207A1 (de) | Verfahren zur erfassung von zustandsparametern einer flüssigkeit | |
DE10138513B4 (de) | Drehmomentsensor | |
DE2237002C3 (de) | Piezoelektrischer Beschleunigungsmesser | |
DE4033988C2 (de) | Flüssigkeitsstandanzeiger | |
EP2016387A1 (de) | Messeinrichtung zur bestimmung der materialparameter von festen materialproben | |
WO1988008520A1 (en) | Oscillating wire transducer for measuring stresses, elongations and forces |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |