Фотоакустическая диагностика твердых тел: поли- и монокристаллов

• Автор: Одина, Наталья Ивановна
• Шифр специальности: 01.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 130 с. : ил.

ГЛАВА I. ФОТОАКУСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕЙ ДИАГНОСТИКИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ (обзор литературы)

1 Л. Тепловые волны в акустической диагностике

1.2. Тепловые методы регистрации тепловых волн

1.3. Акустические методы регистрации тепловых волн

1.3.1. Косвенная (газомикрофонная) акустическая регистрация

1.3.2. Прямая (пьезоэлектрическая) акустическая регистрация

1.4. Применение фотоакустического эффекта для дефектоскопии и определения температуропроводности твердых тел
1.4.1. Неразрушающий контроль дефектной структуры твердых тел фотоакустическим методом

1.4.2. Фотоакустические методики определения

температуропроводности твердых тел

ГЛАВА II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДИКИ И УСТАНОВКИ ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕЙ ДИАГНОСТИКИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ
ФОТОАКУСТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
2.1. Экспериментальная автоматизированная фотоакустическая установка с гармоническим источником тепловых волн
2.2. Экспериментальная автоматизированная фотоакустическая установка с импульсным источником тепловых волн
2.3. Измерительные ячейки
2.3.1. Методика регистрации ТВ с помощью эффекта Зеебека и конструкция термоэлектрического датчика
2.3.2. Газомикрофонные фотоакустические ячейки
2.3.3. Пьезоэлектрические преобразователи
2.4. Импульсные методики определения температуропроводности с

обработкой сигнала во временной и частотной областях
ГЛАВА III. НЕРАЗРУШАЮЩАЯ ДИАГНОСТИКА ТОНКИХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛАСТИН ФОТОАКУСТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
3.1. Дефектоскопия металлических пластин с модельными дефектами
3.2. Дефектоскопия неоднородно деформированных металлов
3.3. Определение температуропроводности металлических пластин
ГЛАВА IV. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ АНИЗОТРОПИИ НЕЛИНЕЙНОГО АКУСТИЧЕСКОГО ПАРАМЕТРА ТВЕРДЫХ ТЕЛ В ОБЛАСТИ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ ФОТОАКУСТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
4.1. Исследование фазовых переходов в твердых телах фотоакустическим методом (обзор литературы)
4.2. Параметр Грюнайзена и методы его исследования
4.3. Экспериментальная установка для исследования анизотропии нелинейного параметра твердых тел в диапазоне температур 77-400 К фотоакустическим методом
4.4. Исследование температурной зависимости нелинейного параметра монокристалла титаната стронция в области структурного фазового перехода при 105,5К
4.5. Исследование анизотропии нелинейного параметра монокристалла триглицинсульфата в области сегнетоэлектрического фазового перехода при 322К
4.6. Исследование электронно-топологического перехода в
поликристаплическом титане
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Фотоакустические (ФА) методы в последнее время находят широкое применение в неразрушающей диагностике твердых тел. Фотоакустический эффект, лежащий в основе этих методов, заключается в том, что при поглощении модулированного по интенсивности светового излучения в конденсированной среде и окружающем ее газе генерируются тепловые волны, сопровождающиеся, вследствие теплового расширения, акустическими волнами. Совершенствование техники эксперимента наряду с развитием теоретических представлений об особенностях формирования ФА сигнала в твердых телах привели к тому, что современные ФА методы стали одними из информативных и универсальных методов в физике твердого тела. ФА методы дают возможность проведения комплексных исследований (в том числе и бесконтактных) оптических, тепловых, линейных и нелинейных акустических параметров вещества, в том числе в образцах малого объема и произвольной формы, порошках, тонких пленках, биологических объектах. ФА методы позволяют получить информацию как о макроскопических, так и о микроскопических (в том числе квантовых) свойствах твердого тела.
Вследствие сильного затухания тепловой волны вклад в ФА сигнал дают источники, расположенные в приповерхностном слое твердого тела толщиной порядка длины тепловой волны, что дает возможность глубинного профилирования (послойной интроскопии) непрозрачных объектов. Поэтому ФА спектроскопия является удобным методом исследования приповерхностных слоев твердого тела. Она может быть использована как для визуализации дефектов, так и для количественного определения теплофизических параметров, в частности, температуропроводности.

Рис. 2.1. Блок-схема экспериментальной фотоакустической установки с гармоническим источником (1-непрерывный лазер, 2-модулятор, 3-делителъное стекло, 4-зеркало, 5-линза, 6-образец, 7-регистратор ФА сигнала, 8-столик с микрометрическими подачами, 9-управляющее устройство, 10-компьютер, 11-синхронный усилитель, 12-фотодиод, 13-АЦП).
В разработанной установке имелась возможность не только исследовать свойства образца в одной точке, но и производить поточечное сканирование. Для этого образец с регистратором ФА сигнала помещался на двухкоординатный стол (8), который мог перемещаться в двух взаимно перпендикулярных направлениях с минимальным шагом 10 мкм с помощью двух шаговых двигателей. Для управления шаговыми двигателями был разработан специальный контроллер (9) на базе микропроцессорной серии К580. Контроллер с помощью параллельного интерфейса был связан с персональным компьютером (10). С помощью шаговых двигателей производилось поточечное сканирование исследуемого образца, полученные значения амплитуды и фазового сдвига в каждой точке образца вводились в ЭВМ. Как уже отмечалось, амплитуда и фазовый сдвиг ФА сигнала несут информацию о поверхности и подповерхностной структуре исследуемого образца. После соответствующей обработки ФА сигнала в ЭВМ можно