Методи та системи неруйнівного контролю презентация

СВІТЛОВІ МІКРОСКОПИ

ЕЛЕКТРОННІ МІКРОСКОПИ

ЕЛЕКТРОННО-МІКРОСКОПІЧНІ ЗОБРАЖЕННЯ ЖГУТИКОВИХ БАКТЕРІЙ

1.1. Принципи роботи скануючих зондових мікроскопів

Система зворотнього зв ’ язку підтримує значення параметра Р постійним, рівним величині Ро , заданної оператором. Якщо відстань зонд-поверхня змінюється (наприклад, збільшується, то відбувається зміна (збільшення) параметра Р. В системі ЗЗ формується різничний сигнал, пропорційний величині P = P - Ро , який підсилюється до потрібної величини і подається на виконавчий елемент ВЕ . Для отримання СЗМ зображення здійснюють спеціальным чином організований процес сканування зразка. При скануванні зонд спочатку рухається над зразком вздовж певної лінії (строчна розвертка), при цьому величина сигнала на виконавчому элементі, пропорційна рельєфу записується в память комп’ютера. Потім зонд повертається в початкову точку і переходить на наступну строчку сканування (кадрова розвертка), і процес повторюється. Записанний таким чином при скануванні сигнал зворотнього зв’язку оброблюється комп’ютером, і потім СЗМ зображення рельєфа поверхні Z = f(x,y) будується за допомогою засобів комп’ютерної графіки.

1.2. Скануючі елементи (сканери) зондових мікроскопів

Скануючі елементи (сканери) зондових мікроскопів

Скануючі елементи (сканери) зондових микроскопів

На сьогоднішний день в скануючій зондовій мікроскопії найбільш широко використовуються сканери, виготовлені на основі одного трубчастого эеемента.

Широке розповсюдження отримали також сканери на основі біморфних п’єзоэлементів. Біморф являє собою дві пластини п’езоелектрика, склеєні між собою таким чином, що вектор поляризації в кожній з них направлені в протилежні сторони (рис. 6). Якщо подати напругу на електроди біморфа, як показано на рис. 6, то одна із пластин буде розширюватися, а друга зжиматися, що приведе до вигину всього елемента.

Трипод Поєднуючи три біморфних елементи в одній конструкції,можна реалізувати трипод на біморфних елементах.

Якщо зовнішні електроди біморфного елемента розділити на чотири сектори, то можна организувати рух зонда вздовж осі Z і в площині X,Y на одному біморфному елементі.

НЕДОЛІКИ П’ЄЗОКЕРАМІКИ Нелінійність п’єзокераміки

Типові значення полів E*, при яких починаються виявлятися нелінійні ефекти, складають порядка 100 В/мм. Тому для коректної роботи скануючих елементів звичайно використовують керуючі поля в області лінійності кераміки (E < E*).

Крип п’єзокераміки Іншим недолікоатком п’єзокераміки является є так званий крип (creep - повзучість) – запізнення реакції на зміну величини керуючогого електричного поля. На рис. 10 схематично показано часові діаграмы зміни керуючих полів і відповідних зміщень сканера по осі Z і в площині X,Y.

Наявність крипу призводить до того, що в СЗМ зображеннях спостерігаються геометричні спотворення. Особливо сильно крип виявляється при виводі сканера в задану точку для проведення локальних вимірів і на початкових етапах процесу сканування. Для зменшення впливу крипу кераміки застосовують часові затримки у вказаних процесах, що дозволяє частково скомпенсувати запізнення сканера.

1.3. Пристрої для прицизійних переміщеню зонда и зразка

Пружинний редуктор переміщень

Крокові електродвигуни

Крокові п’єзодвигуни

1.4. Захист зондових мікроскопів від зовнішних вливів

С целью гашения колебаний на собственных резонансных частотах в виброизолирующие системы вводят диссипативные элементы с вязким трением.

Таким образом, для получения резонансной частоты виброизолирующей системы порядка 1 Гц необходимо , чтобы удлинение (или сжатие ) упругого элемента составляло 25 см. Проще всего такие удлинения можно реализовать с помощью пружинных или резиновых подвесов . Учитывая, что растяжение пружин может достигать 100%, для реализации резонансной частоты подвеса в 1 Гц длина упругого элемента должна составлять также 25 см, а, следовательно, общий размер виброизолирующей системы составит 50 см. Если же немного снизить требования к рзезонансной частоте, то можно добиться существенного уменьшения размеров виброизолирующей системы. Так, для реализации частоты 10 Гц сжатие упругого элемента должно составлять всего 2,5 мм. Такое сжатие достаточно легко осуществляется на практике с помощью стопки металлических пластин с резиновыми прокладками, что значительно снижает габариты виброизолирующей системы.

Для защиты головок СЗМ успешно применяются также активные системы подавления внешних вибраций . Такие устройства представляют собой электромеханические системы с отрицательной обратной связью , которая обеспечивает стабильное положение виброизолирующей платформы в пространстве (рис . 19).

Действительно , пусть под действием внешней силы платформа колеблется на частоте ω, так что ее смещение

Захист від акустичних шумів

Стабілізація термодрейфа положення зонда над поверхнею

Идея термокомпенсации заключается в следующем . Любую конструкцию СЗМ можно представить в виде набора элементов с различными коэффициентами теплового расширения (рис . 21 (а)).

1.5. Формування і обробка СЗМ зображень

j