Спосіб оптичного вимірювання швидкості поверхневих акустичних хвиль

Реферат: UA 81035 U UA 81035 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до вимірювальної техніки і може бути використана для вимірювання акустичних властивостей матеріалу. Відомий спосіб визначення швидкості поверхневих акустичних хвиль в твердих тілах, згідно з яким збуджують на поверхні зразка поверхневу акустичну хвилю, направляють на цю поверхню зондуючий оптичний промінь, який після відбивання від поверхні направляють крізь щілину з регульованою шириною на фотоприймач, на поверхні якого з допомогою когерентних опорного та зондуючого променів будують інтерференційну картину, змінюючи ширину щілини, досягають мінімуму сигналу з фотоприймача, і по величині ширини щілини визначають довжину поверхневої акустичної хвилі, а з величини довжини хвилі і її частоти визначають швидкість [Мокрий О.М, Бобицький Я.В. Безконтактний спосіб вимірювання швидкості поверхневих акустичних хвиль, Патент на винахід № 90223 від 12.04.2010]. Однак точність визначення швидкості цим способом є невелика, оскільки спостерігається плавна залежність сигналу з фотоприймача від величини ширини щілини. В основу корисної моделі поставлена задача створити спосіб оптичного визначення швидкості поверхневої акустичної хвилі з більшою точністю. Поставлена задача вирішується наступним чином: збуджують на поверхні зразка поверхневу акустичну хвилю, направляють на цю поверхню зондуючий оптичний промінь, який після відбивання від поверхні направляють крізь щілину з регульованою шириною на фотоприймач, на поверхні якого за допомогою когерентних опорного та зондуючого променів будують інтерференційну картину, змінюючи ширину щілини, досягають мінімуму сигналу з фотоприймача, і за величиною ширини щілини визначають довжину поверхневої акустичної хвилі, а за величиною довжини хвилі і її частотою визначають швидкість, згідно з корисною моделлю, інтерференційна картина формується у вигляді періодичних смуг, опорний промінь модулюють по фазі, а величина ширини щілини визначається значенням, при якому спостерігається мінімум глибини модуляції сигналу з фотоприймача. Фотоприймач реєструє інтерференційну картину, яка утворюється на його поверхні опорним та зондуючим променями. Інтенсивність інтерференційної картини визначається різницею фаз між цими двома променями. Фронт зондуючого променя модулюється зміщенням поверхні досліджуваного зразка внаслідок проходження поверхневої акустичної хвилі, а фаза опорної хвилі модулюється додатково. Сумарна потужність світлової енергії на поверхні фотоприймача буде визначатись повною інтерференційною картиною. Під дією зміщення поверхні зразка змінюється фронт зондуючого променя, що призводить до зміни сумарної світлової потужності на поверхні фотоприймача. Інтенсивність інтерференційної картини в кожній точці визначається різницею ходу між опорним та зондуючим променями. Різниця ходу визначається різницею довжин плечей інтерферометра, а також амплітудою і довжиною поверхневої акустичної хвилі. Сигнал, отриманий з фотоприймача, пропорційний часовій зміні світлової потужності, яка попадає на нього. З одного боку, сигнал з фотоприймача визначається зміщенням поверхні зразка під дією поверхневої акустичної хвилі, а з іншого - модуляцією фази опорного променя. Таким чином, сигнал від поверхневої акустичної хвилі буде модулюватись сигналом модуляції опорного променя. Глибина модуляції залежить від таких факторів як довжина світлової хвилі, довжина поверхневої акустичної хвилі, ширина інтерференційних смуг, ширина оптичного пучка (O. Mokryy, .V. Koshovyy, I. Romanyshyn, R. Sharamaga Stabilized detection scheme of surface acoustic waves by Michelson interferometer Optica Applicata Vol. XL, N 2, 2010 p. 449-458.). При певному співвідношенні цих величин модуляція опорного променя не впливає на величину сигналу. Таким чином, існує відповідність довжини поверхневої акустичної хвилі та ширини оптичного променя, при яких спостерігається мінімум модуляції сигналу. Оптичний спосіб вимірювання швидкості поверхневих акустичних хвиль реалізують таким чином, що збуджують на поверхні зразка поверхневу акустичну хвилю, направляють на цю поверхню зондуючий оптичний промінь, який після відбивання від поверхні направляють крізь щілину з регульованою шириною на фотоприймач, на поверхні якого за допомогою когерентних опорного та зондуючого променів будують інтерференційну картину, змінюючи ширину щілини, досягають мінімуму сигналу з фотоприймача, і за величиною ширини щілини визначають довжину поверхневої акустичної хвилі, а за величиною довжини хвилі і її частотою визначають швидкість, згідно з корисною моделлю, інтерференційна картина формується у вигляді періодичних смуг, опорний промінь модулюють по фазі, а величина ширини щілини визначається значенням, при якому спостерігається мінімум глибини модуляції сигналу з фотоприймача. Лазерний промінь ділиться з допомогою світлоподільника на два, один з яких є опорним, а інший зондуючим. Досліджуваний зразок із поверхневою акустичною хвилею поміщають в одне 1 UA 81035 U 5 10 15 20 25 з плечей інтерферометра на шляху зондуючого променя, опорний промінь падає на дзеркало інтерферометра. Після відбивання від зразка та дзеркала зондуючий та опорний промені додаються, проходять через щілину з регульованою шириною і на поверхні фотоприймача утворюють інтерференційну картину. Інтерференційна картина формується у вигляді системи періодичних смуг. Для створення такої інтерференційної картини дзеркало інтерферометра повертається на деякий кут, в результаті чого утворюється кут між опорним та зондуючими променями. Для фазової модуляції опорної хвилі використовується коливання дзеркала інтерферометра. З цією метою дзеркало інтерферометра кріпиться на п'єзоелектричній шайбі. При подачі на неї змінної напруги шайба буде коливатися, що приведе до коливання дзеркала інтерферометра і, відповідно, до періодичної зміни фази опорної хвилі. Сумарна інтерференційна картина реєструється фотоприймачем і сигнал з фотоприймача подається на реєструючий пристрій. В процесі вимірювань змінюють ширину щілини так, щоб отримати мінімальну глибину модуляції сигналу з фотоприймача. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб отичного вимірювання швидкості поверхневих акустичних хвиль, згідно з яким збуджують на поверхні зразка поверхневу акустичну хвилю, направляють на цю поверхню зондуючий оптичний промінь, який після відбивання від поверхні направляють крізь щілину з регульованою шириною на фотоприймач, на поверхні якого за допомогою когерентних опорного та зондуючого променів будують інтерференційну картину, змінюючи ширину щілини, досягають мінімуму сигналу з фотоприймача, і за величиною ширини щілини визначають довжину поверхневої акустичної хвилі, а за величиною довжини хвилі і її частотою визначають швидкість, який відрізняється тим, що інтерференційну картину формують у вигляді періодичних смуг, опорний промінь модулюють по фазі, а величину ширини щілини визначають за значенням, при якому спостерігається мінімум глибини модуляції сигналу з фотоприймача. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2