Радиоволновой метод НК

Метод основан на регистрации изменения параметров СВЧ электромагнитных волн радиодиапазона, взаимодействующих с контролируемым объектом. Обычно диапазон волн 1-100 мм. (3.10¹¹-3.10⁹ Гц) или, конкретно, 3 см диапазон (около 10 ГГц) или 8 мм диапазон (35 ГГц), которые наиболее освоены и обеспечены набором измерительной аппаратуры. Метод используется для материалов, в которых радиоволны затухают не очень сильно - диэлектрики (пластмассы, керамика, стекловолокно), магнитодиэлектрики, полупроводники, тонкостенные металлические объекты. По характеру взаимодействия различают методы прошедшего, отраженного, рассеянного излучения и резонансный. Первичный информационный параметр - ампл\итуда, фаза, поляризация, частота, геометрия распространения вторичных волн, время их прохождения и др.

СВЧ-колебания - поляризованные когерентные гармонические колебания. Размеры элементов устройств неразрушающего контроля и размеры объектов соизмеримы с длиной волны излучения. Физические величины, которые измеряют и которые несут информацию: амплитуда, фаза, сдвиг колебаний во времени, спектральный состав, распределение энергии в пространстве.

Контроль производится по прошедшему излучения (излучатель и приемник располагаются по разные стороны от объекта). По отраженному излучению (излучатель и приемник располагаются по одну сторону от объекта). И по рассеянному излучению, когда приемник располагается в области, где интенсивность излучения должна быть близка к нулю (при номинальных параметрах контролируемого изделия). Методом РВК можно проводить всесторонний контроль объектов из диэлектриков, магнитодиэлектрических материалов, изучать полупроводниковые структуры, некоторые металлические объекты.

В каналах радиоволновой аппаратуры стараются получить режим бегущей волны, когда амплитуда напряжений и токов по длине тракта постоянна. Для излучения и приема используют рупоры, суживающиеся волноводы, волноводы с диэлектрической вставкой.

Используются волноводы коаксиальные, полосковые, прямоугольные, круглые, диэлектрические. Последние - на 35 ГГц (8 мм). Используют резонаторы, согласованные нагрузки (глухой отрезок длинной линии, которая имеет активное сопротивление, равное сопротивлению линии, фазовращатели и др. измерительные линии, волномеры.

Используют индикаторы и преобразователи радиоволнового излучения в видимое: люминофоры, ЖК и фотоэмульсии; применяют индикацию интенсивности излучения по нагреву. Индикаторы позволяют производить контроль внутреннего строения объектов и осуществлять СВЧ-голографию. Используют также люминофоры (их дополнительно подсвечивают УФ), холестерические ЖК индикаторы. В последнем случае черную пленку с нанесенным ЖК накладывают на контролируемый объект и по цветовой окраске судят о температуре в той или иной части объекта; при этом цвет изменяется во всем диапазоне (от красного до фиолетового) при изменении температуры на 1-3 К, поэтому контроль осуществляют с точностью 0,2-0,1 К. Фотоэмульсии используют чувствительные к теплоте, в стадии проявления. Применяют также измерительные преобразователи (датчики) для преобразования СВЧ излучения в электрические сигналы, удобные для обработки: полупроводниковые или термоэлектрические приборы, СВЧ-диоды, транзисторы, преобразующие СВЧ-колебания в сигналы постоянного тока, в видеосигналы или сигналы СВЧ в сигналы более низкой частоты. Выделяют огибающую СВЧ-колебаний, для чего используют СВЧ-диоды; используют также термисторы, терморезисторы, болометры.

Применяемые методы контроля: амплитудный - по мощности отраженного, прошедшего или рассеянного излучения; фазовый или амплитудно-фазовый. При изучении объектов большой толщины используют геометрический или временной методы. Изучают также многослойные конструкции, листы. При этом возможно измерение толщины: осуществление радиоволновой толщинометрии (например, диэлектрических покрытий). При этом тонкие пленки контролируют по эллиптичности отраженных сигналов. Используют радиоволновые дефектоскопы, использующие одно- или двух антенные методы. Особенно эффективны радиоволновые методы при контроле изделий больших размеров.

При использовании двух - рупорного метода если материал однороден, то оба сигнала имеют одинаковую амплитуду, фазу, в плече (в котором включен фазовый детектор) мостиковой схемы сигнала нет. Часто используют все методы: амплитудный, фазовый и поляризационный.

Параметрические (резонансные) методы контроля. В этом случае образец помещают в резонатор, волновод или длинную линию и по резонансной частоте,

добротности, распределению поля определяют качество объекта. Возможен контроль геометрических характеристик различных объектов, электроматнитных свойств и наличия неоднородностей в них: контролируют

открытый резонатор

толщину микропроводов (порядка 0,3-3 мкм), трубы, прутки, физико-химические свойства материалов, из которых изготовлены изделия.

Например, в устройстве радиотолщиномеров используют СВЧ-генератор с частотной модуляцией, измерительный резонатор. причем резонансная частота зависит от толщины покрытия и его диэлектрических параметров; смещение частоты резонанса наблюдают на экране осциллографа.

Определяют уровень жидкости, количество жидкости, наличие летучих веществ. Образцы газа, жидкости отбирают в ампулы или контроль осуществляется при прохождении их по трубкам.

Контроль по одному параметру имеет ограничеснную возможность и часто не позволяет получить большую точность и достоверность, поэтому применяют многопараметрический радиоволновой контроль. (МПК). МПК применяют когда требуется измерить один параметр независимо от других величин; когда необходимо определять несколько параметров одновременно или поэтапно. Например, если делается заключение о качестве тонкой трубы из диэлектрика, то это можно сделать 1) определением отклонений в электро-магнитных свойствах; 2) измерением толщины стенки или диаметра; 3) обнаружением дефектов. Второй метод может быть и не радиоволновой.

Другой пример: прибор для контроля слоистых полупроводниковых или диэлектрических структур. В этом приборе реализован двухпараметрический метод амплитудно-фазового контроля по минимальной напряженности СВЧ-поля и по изменению его в зависимости от свойств изделий. Схема такого прибора показана ниже. С емкостным зондом соединена измерительная линейка. Когда объект приближается к щели, то распределение поля в измерительной линии изменяется, что позволяет судить о свойствах контролируемого объекта.

контролируемый объект

генератор

емкостной зонд (передвигается) и резонатор (3,7х7,2х20 мм³

аттенюатор амплитудный детектор

мкА

отсчетное устройство усилитель постоянного тока

Сначала отсчитываются показания амплитудного детектора при максимуме в резонаторе. Затем зонд перемещается для достижения минимума. Регулируя пропускание аттенюатора и чувствительность прибора (мкА) добиваются необходимой степени влияния измеряемого параметра. Теперь накладывают (подносят) контролируемый объект и по показаниям мкА и по градуировочной кривой определяют контролируемый параметр. При двухпараметрическом контроле настройка такая же, но отсчетная линейка должна быть размещена на линии нулевой фазы. Затем, после приложения контролируемого объекта перемещением зонда добиваются минимального показателя мкА. При этом показания отсчетной линейки меняются. Таким образом можно измерить толщину эпитаксиального слоя на полупроводниковой заготовке или толщину диффузионного покрытия, можно определить проводимость, диэлектрическую проницаемость независимо от зазора, толщину одного слоя относительно другого. Таким образом определяют качество полуфабрикатов полупроводников, пластин, микросхем.

Для изучения внутреннего строения используют интроскопы. При этом полезно осуществлять визуализацию СВЧ полей. Такой прибор называют радиовизор, отличает его небольшая разрешающая способность, но изображение на экране может быть представлено в виде аксонометрии. Прибор может содержать до 100 излучателей. Основной элемент - преобразователь СВЧ и ИК излучения в тепловой рельеф, получаемое изображение подается на люминесцирующий экран. Можно получать также интерференционное или голографическое изображение.

Дата добавления: 2014-01-04