超声波扫描显微镜教学课件.ppt
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- 关 键 词:
- 超声波 扫描 显微镜 教学 课件
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1、SKLMS SKLMS 机械制造系统工程国家重点实验室机械制造系统工程国家重点实验室STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERING1超声波扫描显微镜超声波扫描显微镜Scanning Acoustic MicroscopeSonoscan D9500SKLMS SKLMS 机械制造系统工程国家重点实验室机械制造系统工程国家重点实验室STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERING21.1.超声波基础知识超声波基础知识2.2.超声波扫描微成像工作原理超声波扫描微
2、成像工作原理3.3.超声检测设备的参数和软件介绍超声检测设备的参数和软件介绍4.4.超声波成像应用举例超声波成像应用举例5.5.超声波检测和超声波检测和X X射线检测射线检测SKLMS SKLMS 机械制造系统工程国家重点实验室机械制造系统工程国家重点实验室STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERING31、超声波基础知识、超声波基础知识SKLMS SKLMS 机械制造系统工程国家重点实验室机械制造系统工程国家重点实验室STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINE
3、ERING4ULF 超声的应用:清洗,焊接,治疗,成像和传感超声波清洗和焊接:20KHz40KHz超声波成像:5MHzBasics of Ultrasound(Basics of Ultrasound(超声波基超声波基础础)SKLMS SKLMS 机械制造系统工程国家重点实验室机械制造系统工程国家重点实验室STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERING5 Ultrasound is an elastic disturbance that propagates through materials (mainly solids
4、and liquids)at frequencies above 20 KHz.(超声波的频率在20KHz以上,人不能听到)An ultrasonic wave cannot propagate through a vacuum at any frequency or through air at frequencies above 10 MHz.(任何频率超声波都不能穿透真空。当超声波频率大于10MHz时,也不能穿透空气)The pressures generated at the focal spot are in the micro Joule range and are not har
5、mful to even moderately delicate samples.The pulse in the acoustic microscope has very low energy in comparison.(C-SAM使用的超声波的频率和能量不会对人体和样品有害。)Basics of Ultrasound(超声波基础超声波基础)SKLMS SKLMS 机械制造系统工程国家重点实验室机械制造系统工程国家重点实验室STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERING6Ultrasound at Interfaces(
6、界面处的超声波界面处的超声波)When an ultrasound pulse impinges on an interface,part of the energy is reflected and part transmitted.(在界面处的超声波,有些会被反射,有些会穿过该界面。)The relative strength of the transmitted(T)and reflected(R)ultrasound at an interface is governed by the acoustic impedance of the materials on each side o
7、f the interface.(在界面处超声波反射和穿过的相对强度是由界面两边物质的声阻抗决定的。)Acoustic Impedance(Z)-the product of the density of the material and the velocity of ultrasound(Z=V).(声阻抗是物质的密度和超声波在该物质中的传播速度的乘积。)SKLMS SKLMS 机械制造系统工程国家重点实验室机械制造系统工程国家重点实验室STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERING7Material 1Material
8、 2R(%)T(%)PlasticAir-1000CeramicPlastic-8218CopperPlastic-87131212ZZZZR1222ZZZT1Material 2Transmitted wave(穿透波)Reflected wave(反射波)Reflection Coefficient(R)(反射系数R)Transmission Coefficient(T)(穿透系数T)Ultrasound at Interfaces(Ultrasound at Interfaces(界面处的界面处的超声波超声波)Z 1Z 2SKLMS SKLMS 机械制造系统工程国家重点实验室机械制造系统
9、工程国家重点实验室STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERING8Acoustic Impedance of Materials(声阻抗值声阻抗值)Acoustic Impedance(Z)-is the product of a materials density times its ultrasonic velocity Z=V In practical terms-Acoustic Impedance is a materials characteristic property that determines the
10、amount of reflected and transmitted energy that occurs when an ultrasonic wave encounters a boundary or interface between two materials.SKLMS SKLMS 机械制造系统工程国家重点实验室机械制造系统工程国家重点实验室STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERING95 MHz15 MHz30 MHz50 MHz75 MHz100 MHz150 MHz230 MHz300 MHzLow Fr
11、equency Greater PenetrationHigh Frequency Higher ResolutionSample Back SurfaceSample SurfaceFrequency,Resolution and Frequency,Resolution and PenetrationPenetration(频率、分辨率和穿透力频率、分辨率和穿透力)SKLMS SKLMS 机械制造系统工程国家重点实验室机械制造系统工程国家重点实验室STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERING101Si Metalliz
12、ation10 MHz10 MHz100 MHz100 MHz1 GHz1 GHzFlip ChipsWafer BondingBGAsThick Film AdhesionThin FilmsPlastic ICsCSPPorosity&cracks in MetalsCeramicsMedical UltrasoundHermetic Seal IntegrityPenetration(穿透能力)-Resolution(分辨率)Frequency,Resolution and Penetration(频率、分辨率和穿透力频率、分辨率和穿透力)SKLMS SKLMS 机械制造系统工程国家重点
13、实验室机械制造系统工程国家重点实验室STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERING11SKLMS SKLMS 机械制造系统工程国家重点实验室机械制造系统工程国家重点实验室STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERING12 Higher frequency,higher resolution,lower penetration.(更高的频率,则拥有更高的分辨率,更低的穿透能力)Thicker parts require lower frequencies t
14、o maintain penetration depth.(更厚的样品需要较低频率的探头来维持较好的穿透厚度)Higher attenuation materials such as plastics require lower frequencies.(高衰减的材料:如塑料等要求较低频率)Lower attenuation materials such as Si can be inspected using higher frequencies.(低衰减的材料:如硅材等能使用较高频率来扫描检测)Frequency,Resolution and Penetration(频率、分辨率和穿透力频
15、率、分辨率和穿透力)SKLMS SKLMS 机械制造系统工程国家重点实验室机械制造系统工程国家重点实验室STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERING13医用医用 B超:超:分辨率范围cm-mm频率范围500KHz-1MHz声纳:声纳:分辨率范围m-cm频率范围20KHz-500KHz超声波显微镜:超声波显微镜:分辨率范围mm-m-nm频率范围5MHz-2GHzClassification(超声波功能仪器的分类超声波功能仪器的分类)SKLMS SKLMS 机械制造系统工程国家重点实验室机械制造系统工程国家重点实验室STATE
16、 KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERING14 Advantage of Acoustic Micro Imaging(超声波微成像的优点超声波微成像的优点)超声波显微成像(AMI)利用高频率的超声波(一般在5MHz以上)探测物体内的结构、缺陷、以及对材料做定性分析。其优点如下:其优点如下:Non Destructive (无损检测,非破坏性)Sensitive inspection technique for bond evaluation (对粘结层面非常敏感)Penetrates most materials (能穿透大多数
17、的材料)Subsurface structures (浅表层结构的分析)Mechanical properties (材料力学性能的检测-非线性超声测试)SKLMS SKLMS 机械制造系统工程国家重点实验室机械制造系统工程国家重点实验室STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERING15Grain boundary structures,Textures材料的晶格结构Cracks裂纹Delamination,Adhesion,Artefact 分层缺陷、附着物以及其他夹杂物Particles,inclusions,Preci
18、pitations杂质颗粒、夹杂物、沉淀物等Voids,Holes,bubbles,空洞、空隙、气泡等Detection and Application of AMI(超声波微成像的超声波微成像的主要用途主要用途)SKLMS SKLMS 机械制造系统工程国家重点实验室机械制造系统工程国家重点实验室STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERING162、超声波扫描微成像工作原理、超声波扫描微成像工作原理SKLMS SKLMS 机械制造系统工程国家重点实验室机械制造系统工程国家重点实验室STATE KEY LABORATORY F
19、OR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERING17CASE 1 Z2 Z1(由软-硬是正波)CASE 2 Z2 Z1(由硬-软是负波)CASE 3 Z2=Z1(材质没有变化)(Z2-Z1)(Z2+Z1)R/I=两种物质的声阻抗的差异决定反射波(回声)的正负极性和幅值IncidentReflectedZ1Z2Determining Echo Polarity Determining Echo Polarity(确定回声正负极性确定回声正负极性)SKLMS SKLMS 机械制造系统工程国家重点实验室机械制造系统工程国家重点实验室STATE KEY LABORATORY F
20、OR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERING18Large PositivePositiveNo SignalNegativeLarge NegativeSymmetricOr 对称 AmplitudeAsymmetricOr 非对称PolarityColor MappingColor Mapping(着色图着色图)SKLMS SKLMS 机械制造系统工程国家重点实验室机械制造系统工程国家重点实验室STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERING19 Ultrasound is either Ref
21、lected or Absorbed or Scattered or Blocked by flaws differently than by the surrounding material.(超声波会被材料反射、散射、吸收或是阻挡。)Acoustic Micro ImagingAcoustic Micro Imaging(超声波微成像超声波微成像)SKLMS SKLMS 机械制造系统工程国家重点实验室机械制造系统工程国家重点实验室STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERING20Time-Distance Relatio
22、nshipUltrasound Two Modes(超声波两种工作方式)1.Pulse Echo or C-Mode Technique (反射方式)Level specific(针对特定的层面)2.Through Transmission or T-Scan Technique (透射方式)Entire thickness of the sample (整个厚度)Graphical Presentation of Working Principle(基本工作原理图示基本工作原理图示)SKLMS SKLMS 机械制造系统工程国家重点实验室机械制造系统工程国家重点实验室STATE KEY LAB
23、ORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERING21Transmitter(发射器发射器)Pulser(脉冲发生器脉冲发生器)Water(媒介水媒介水)Lens(镜头镜头)Transducer(传感器传感器)Pulse Echo or C-Mode technique is a level specific scan.The images have a sharp focus as the data from the C-Mode scan is based on data from a specific level in the device.Pul
24、se-Echo or C-Mode Technique Pulse-Echo or C-Mode Technique(反射方式反射方式)Amplifier(信号放大信号放大)Sample(样品样品)SKLMS SKLMS 机械制造系统工程国家重点实验室机械制造系统工程国家重点实验室STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERING22Through Transmission or T-Scan is a non-level specific scan.The ultrasound is passed through the en
25、tire thickness of the device.T-Scan is a non-ambiguous technique as ultrasound can not pass through an air gap.Through Transmission or T-Scan Technique(透射方式透射方式)Transmitter(发射器发射器)Amplifier(信号放大信号放大)Pulser(脉冲发生器脉冲发生器)Transducer(传感器传感器)Transducer(接收传感器接收传感器)Water(媒介水媒介水)Lens(镜头镜头)Sample(样品样品)SKLMS SK
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