SU1689815A1 - Способ неразрушающего контрол механической анизотропии диэлектрических материалов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике и может быть использовано дл  неразрушающего контрол  диэлектрических материалов в радиотехнической и авиационной промышленности. Цель изобретени  - повышение точности контрол  анизотропии диэлектрических материалов . Сущность изобретени  заключаетс  в поочередном облучении диэлектрического материала под углом 45° двум  линейно пол ризованными волками, азимут которых составл ет 45 и 90° с плоскостью падени , измерении эллипсометрических параметров отраженной электромагнитной волны, падающей на образец с азимутом 45°, и коэффициента отражени  электромагнитной волны, азимут которой при падении на образец составл ет 90°, и определении экстремальных значений отношени  эллип- сометрического параметра р к коэффициенту отражени . Изобретение позвол ет обнаружить анизотропию материала при любом положении образца, а также практически полностью исключить погрешность, обусловленную перекосами образца, и погрешность , св занную с амплитудно-временной и частотной нестабильностью источника излучени . 1 ил. У fe

Description

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике и может быть использовано дл  бесконтактного неразрушающего контрол  диэлектрических материалов и изделий.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности контрол .

На чертеже приведена блок-схема устройства , реализующего способ неразрушающего контрол  механической анизотропии диэлектрических материалов.

Устройство содержит источник 1 линейно пол ризованного излучени , вращатель 2 плоскости пол ризации, пол ризационный модул тор 3, диэлектрический материал 4. второй вращатель 5 плоскости пол ризации , анализатор 6, СВЧ-детектор 7, усилитель 8, блок 9 выборки и делени  напр жени , экстрематор 10, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 11, блок 12 обработки и измеритель 13 разности фаз.

Устройство работает следующим образом .

Электромагнитные колебани , генерируемые источником 1, поступают во вращатель 2, где устанавливаетс  азимут зондирующего излучени  равным 45°, и поступают далее в модул тор 3. С помощью

о

00 Ч) 00

ел

модул тора 3 из исходного СВЧ-излучени  формируют две линейно пол ризованные электромагнитные волны, азимут которых составл ет соответственно 45 и 90° с плоскостью падени , и поочередно направл ют их на материал 4. Отраженное от него электромагнитное излучение поступает во вращатель 5. С помощью вращател  5 осуществл етс  вращение эллипса пол ризации отраженной волны, а затем с по- 1чощью анализатора 6 выполн етс  преобразование электромагнитной волны эллиптической пол ризации в линейно пол ризованную волну. После детектировани  с помощью детектора 7 сигнал усиливаетс  усилителем 8 и поступает на блок 9, с помощью которого определ ют отношение минимального значени  сигнала к максимальному, которое дает значение коэффициента эллиптичности отраженной электромагнитной волны, поскольку анализатор 6 при вращении эллипса пол ризации вращателем 5 в минимуме сигнала выдел ет малую ось эллипса, а в максимуме - большую . Измерение азимута осуществл етс  путем измерени  разности фаз опорного сигнала с опорной обмотки вращател  5 и продетектированного сигнала с выхода усилител  8, которые поступают на входы из- мерител  13. Выходной сигнал измерител  13, пропорциональный азимуту отраженной волны, поступает в блок 12. Блох 9 в соответствии с управл ющим сигналом с модул тора 3 работает в двух режимах. В первом, при облучении материала 4 линейно пол ризованной электромагнитной волной , плоскость пол ризации которой состав л  ет45°с плоскостью падени , с помощью блока 9 определ ют отношение ми- нимального значени  сигнала к максимальному, которое дает значение коэффициента эллиптичности отраженной электромагнитной волны, поскольку анализатор 6 при вращении эллипса пол ризации вращателем 5 в минимуме сигнала выдел ет малую ось эллипса, а в максимуме - большую . Во втором режиме, при облучении материала 4 линейно пол ризованной электромагнитной волной, плоскость пол ризз- ции которой составл ет 90° с плоскостью падени , с помощью блока 9 определ ют Отношение максимального значени  сигнала к минимальному, которое дает при условии предварительной калибровки величину коэффициента отражени  зондирующей волны. Измеренные значени  коэффициента эллиптичности и коэффициента отражений с помощью АЦП 11 преобразуютс  в цифровой код и поступают в блок 12, в кото- ром рассчитываетс  значение эллипсометрического параметра р и определ ютс  экстремальные значени  величин p/Rsnpv вращении материала 4, по отношению которых суд т о степени анизотропии материала 4. Запишем выражени  дл  коэффициентов отражени  линейно пол ризованных СВЧ-волн, пол ризованных в плоскости падени  (р-пол ризаци ) и перпендикул рно ей (S-пол ризаци );

RD

tg

JlЈL

Rs

(1) (2)

tg(p0 +pt)

- з|п(о ffi )

sin (po + yx )

po , p - уол падени  и преломлени  ветственно.

Если положить угол падени  р0 45°, (1) и (2) получим

„ 4.9(45 Ч1,) Ьз(450-ср,)

Р tg(t54q,) t t90°-{45°-4 ,)l

,i H l-tq ( el3«5«-40 9Ь

SmU5a-q 1sin(,)

Sin(45°+qi«y ч т(45°-с Л

(4B°-Ui,V) -tg(4Sfl-qa

(4)

Co5(45e-4Y)

Из уравнений (З) и (4) получаем

RP R2s(5)

Рассмотрим теперь основное уравнение зллипсометрии, которое имеет следующий вид:

/9 tgVeJA -jk ,(6)

где ф, Д- эллипсометрические углы. В радиоволновой эллипсометрии более удобно измер ть другие эллипсометрические параметры: эллиптичность tg у и азимут %, которые св заны с tp, А известными формулами перехода. Воспользовавшись этими формулами, уравнение (б) с учетом (5) дл  изотропного диэлектрического материала без поглощени  приводитс  к следующему виду:

rt

()

Таким образом из (7) видно, что дл  изотропного диэлектрического материала без поглощени  тангенс азимута отраженной волны, падающей на материал под углом 45°, и линейно пол ризованной под углом 45° к плоскости падени  равен коэффициенту отражени  линейно пол ризованной волны, пол ризованной перпендикул рно плоскости падени . Следовательно, отношение p/Rs дл  изотропного материала должно тождественно равн тьс  единице. В случае контрол  анизотропных материалов при облучении последних линейко пол ризованной волной под углом 45° и азимутом лад - 45° тангенс азимута (дл  материалов

Claims (1)

1. без поглощени ) или значение эллипсомет- рического параметра р (при его наличии) отраженной волны не равн етс  величине RS, поскольку соотношение (5) дл  ортогонально пол ризованных компонент р- и S-, на которые можно разложить падающую волну, не выполн етс  вследствие анизотропии диэлектрических свойств материала. Более высока  точность обусловлена использованием зллипсометрической методики измерени  параметров двух линейно пол ризованных волн, имеющих равный угол падени  и различный азимут. Формула изобретени  Способ неразрушающего контрол  механической анизотропии диэлектрических материалов, заключающийс  в облучении диэлектрического материала линейно пол ризованной волной, измерении коэффициента отражени  Rs отраженной волны, плоскость пол ризации которой составл ет угол «1 с плоскостью падени , и измерении

   параметров отраженной волны, плоскость пол ризации которой составл ет угол оа к плоскости падени , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности контрол , диэлектрический материал облучают под углом 45°, величины углов а и оа выбирают соответственно 90 и 45°, а в качестве измер емого параметра отраженной волны, плоскость пол ризации которой составл ет угол Си 45°, выбирают эллиптичность и азимут эллипса пол ризации, а степень анизотропии диэлектрического материала определ ют по формуле

   (P/RS )мзкс (/Э/RcVnm

   /3 , где (p/Rs, )макс . (p/Rs )мик г экстремальные значени  отношений;

   1, А- эллипсометрические углы, св занные с эллиптичностью и азимутом.