Зондирующий импульс формируется: Зондирующий импульс формируется: — Ответ СДО

2. Методы ультразвуковой дефектоскопии

Большинство
ультразвуковых дефектоскопов являются
импульсными.Принцип
действия их основан на посылке
ультразвуковых импульсов в изделие и
приеме их отражений от несплошностей
или конструктивных элементов изделий.
Структурная схема дефектоскопа с
электронно-лучевой трубкой приведена
на рис. 2.1.1.

Рис. 2.1.1. Структурная
схема ультразвукового дефектоскопа с
электронно-лучевой трубкой. 1 – блок
синхронизации, 2 – генератор импульсов
возбуждения, 3, 3
– ПЭП, 4 – контролируемое изделие,
5
– приемник, 6 – электронно-лучевая
трубка (ЭЛТ), 7 – генератор развертки
ЭЛТ и строб-импульсов, 8 – блок цифрового
отсчета координат (БЦО), 9 – автоматический
сигнализатор дефектов (АСД), 10 – блок
питания, К – переключатель режимов
работы

Блок синхронизации
(1) вырабатывает импульсы для согласования
работы всех остальных узлов дефектоскопа.
Генератор импульсов возбуждения
(зондирующих импульсов) (2) формирует
короткий электрический зондирующий
импульс, который с выхода дефектоскопа
подается на преобразователь для его
возбуждения (3). Отраженный от
противоположного торца изделия (донный)
или от дефекта эхо-сигнал принимается
тем же (совмещенная схема включения)
или другим (раздельная схема)
преобразователем, который подключаются
к входу приемника (5) дефектоскопа.
Приемник дефектоскопа имеет предварительный
усилитель с калиброванной регулировкой
усиления или аттенюатором (калиброванная
регулировка ослабления). Эта калиброванная
регулировка используется для измерения
отношения амплитуд эхо-сигналов и служит
для настройки дефектоскопа на заданный
уровень чувствительности. Приемник
также включает в себя блок временной
регулировки чувствительности (ВРЧ),
который может изменять усиление
дефектоскопа в зависимости от времени
прихода эхо-сигнала (глубины залегания
отражателя) и служит для обеспечения
равенства отображаемых на экране
дефектоскопа амплитуд эхо-сигналов от
равновеликих отражателей, залегающих
на разных глубинах и подавления шумов
в области за зондирующим импульсом.
Зона ВРЧ во многих дефектоскопах,
используемых в рельсовой дефектоскопии,
ограничена несколькими десятками
миллиметров и используется при проверке
мертвой зоны.

После приемника
сигнал детектируется, усиливается видео
усилителем и подается на вертикальные
пластины электронно-лучевой трубки
(ЭЛТ) (6), автоматический сигнализатор
дефектов (АСД) (9) и блок цифрового отсчета
координат (БЦО) дефектов. Для выделения
временного интервала, в течение которого
блок АСД анализирует наличие и уровень
принимаемых эхо-сигналов и принимает
решение о включении или выключении
звуковой или иной индикации служит
генератор строб-импульсов, а для
формирования осциллограммы на ЭЛТ –
генератор развертки (7). В режиме
А-развертки на экране ЭЛТ индицируется
осциллограмма зондирующего импульса,
эхо-сигналов и строб-импульсов. Расстояние
до эхо-сигналов по горизонтальной шкале
(время прихода эхо-сигнала) пропорционально
расстоянию до отражателей, а величина
сигнала по вертикальной шкале –
максимальной амплитуде эхо-импульса.

Через заданный
промежуток времени (период следования
зондирующих импульсов Т_ЗИ)
процесс повторяется. В технических
характеристиках дефектоскопов обычно
указывается частота следования
зондирующих импульсов f_ЗИ
= 1/Т_ЗИ,
которая зависит от величины зоны контроля
и скорости перемещения ПЭП и находится
в пределах 1000 Гц.

Зондирующие
импульсы могут иметь различную форму,
как правило колоколообразную или
экспоненциальную (рис. 2.1.2).

Рис. 2.1.1. Параметры
зондирующих импульсов

(а – экспоненциального,
б – колоколообразного, в – реальный
ЗИ)

К основным параметрам
зондирующего импульса относятся:
t_ЗИ
– длительность ЗИ (мкс), U_ЗИ
– амплитуда ЗИ (В), f
– частота
высокочастотного заполнения – частота
УЗ волны (МГц).

Длительность ЗИ
измеряется на заданном (обычно 0,1U_ЗИ)
уровне от максимального значения.
Зондирующий импульс содержит от 1 до 10
периодов колебаний с рабочей частотой
и имеет длительность 0,4 – 5,0 мкс.

Зондирующий импульс — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Cтраница 1

Радиолокационный обзор земной поверхности вращающейся антенной.  [1]

Зондирующие импульсы повторяются с большой частотой и при повороте антенны облучают местность в различных направлениях. Синхронно с вращением антеьжы поворачивается линия развертки на индикаторе, и остающиеся на ней засветы формируют на экране радиолокационное изображение обозреваемой местности.
 [2]

Зондирующие импульсы имеют форму треугольника с отвесным фронтом и имеют длительность порядка 1 — 1 5 мксек для измерений на кабелях и 3 — 5 мксек — для воздушных линий.
 [3]

Зондирующий импульс посылается в исследуемую линию. Отраженный импульс либо поступает прямо на пластины индикатора электронно-лучевой трубки ( блок 9), или предварительно усиливается усилителем в зависимости от положения ручки Усиление грубо. Усилитель заперт в течение полупериода, когда вырабатываются масштабные отметки, и отперт в течение другого полупериода — работы генератора зондирующих импульсов. Блок 10 — электропитания вырабатывает все напряжения, необходимые для других блоков прибора.
 [4]

Зондирующие импульсы, подаваемые в обслуживаемую ( подключенную блоком /) линию, отражаются от МП или неоднородностей. Отраженные импульсы поступают в приемно-регулирующее устройство, а потом в измерительное устройство, где фиксируется интервал времени между зондирующим и отраженным от МП импульсами, пропорциональный искомому расстоянию.
 [5]

Используя зондирующие импульсы с / 3 тг / 2 точно, можно получить полностью насыщенное состояние, которое восстанавливается за каждый период ожидания Т в одинаковой степени.
 [6]

Схема частотной ( а и временнбй ( б КАРС-спектроско-пви комбинационных резонансен в кубической восприимчивости v ( 3.  [7]

Короткий зондирующий импульс Епр с задержкой по отношению к возбуждающим импульсам используется для измерения кинетики затухания нелинейного отклика.
 [8]

Структурная схема локационного искателя.  [9]

Генератор зондирующих импульсов выполнен на базе высокочастотного трансформатора, вторичная обмотка которого через ФП и КС подключается к фазам поврежденной ВЛ, а параллельно вторичной обмотке подключен частотозадающий конденсатор CV. При подключении заряженного конденсатора Спит к первичной обмотке в контуре вторичной обмотки возникают затухающие синусоидальные колебания с некоторой частотой, которые и используются в качестве зондирующих импульсов / зонд. Длительность зондирующих импульсов в несколько десятков микросекунд столь мала, что не влияет на работу ВЧ-каналов связи и релейной защиты.
 [10]

Генератор зондирующих импульсов 7 возбуждает короткие электрические импульсы. Преобразователь превращает сигналы из УЗ в электрические. От него сигнал поступает на усилитель /, а затем на экран 5 дефектоскопа.
 [11]

Генератор зондирующих импульсов 7 ( см. рис. 2.2) содержит два основных элемента: колебательный контур, включающий в себя излучающий электронно-акустический преобразователь — ЭАП ( пьезопреобразователь), и электронную схему, обеспечивающую генерацию коротких радиоимпульсов той или иной формы.
 [12]

Энергия зондирующего импульса по выбору: низкая, средняя и высокая.
 [13]

Схемы контроля эхо-импульс ным методом при включении искателей. а — совмещенном. 6, в — раздельном. е, д — раздельно-совмещенном. Г — вывод к генератору ультразвуковых колебаний. П — вывод к приемнику.| Схема контроля теневым методом с раздельным включением искателей. Р — вывод к генератору ультразвуковых колебаний. П — вывод к приемнику.| Схема контроля эхо-теневым методом с раздельно-совмещенным включением искателей. вывод к генератору ультразвуко-колебаний. П — вывод к приемнику.  [14]

Длительность зондирующего импульса должна оговариваться в нормативно-технической документации на контроль.
 [15]

Страницы:  

   1

   2

   3

   4

измерений насос-зонд, объяснение RP Photonics Encyclopedia; короткие импульсы, сверхбыстрые явления, SESAM

Измерения накачка-зонд могут использоваться для получения информации о сверхбыстрых явлениях, как правило, в пикосекундных или фемтосекундных масштабах времени.
Общий принцип таков:

• На исследуемый объект воздействует какой-либо насос импульс , который генерирует какое-то возбуждение (или другую модификацию) в образце.
• После регулируемой временной задержки обычно более слабое значение зондирующий импульс попадает на образец, и измеряется его коэффициент пропускания или отражения.
  Это показывает, в какой степени образец все еще подвергается воздействию импульса накачки в это время.
• Контролируя зондирующий сигнал как функцию временной задержки, можно получить информацию о затухании генерируемого возбуждения или о других процессах, инициированных импульсами накачки.

Импульсы накачки и зондирования в большинстве случаев получаются из общего источника, например. от лазера с синхронизацией мод и светоделителя.
Относительная синхронизация управляется оптической линией задержки.
Изменение временной задержки напрямую выводится из изменения длины пути линии задержки, т.е. с помощью интерферометрического датчика.

Обратите внимание, что быстрый фотодетектор не требуется ; временное разрешение принципиально ограничивается только длительностью импульсов накачки и зондирующего импульса.

В некоторых случаях длины волн накачки и зондирующего луча не совпадают.
Так называемое двухцветное измерение накачки-зондирования , основанное на двух синхронизированных источниках коротких импульсов (например, лазере и параметрическом генераторе света или двух параметрических генераторах, накачиваемых одним и тем же лазером), имеет дополнительные возможности в сверхбыстрой лазерной спектроскопии.
Затем можно выполнить измерения накачки-зонда с разными длинами волн накачки и сигнала.
В таких случаях очень важно обеспечить точную синхронизацию различных лазерных источников с очень низким относительным временным джиттером, поскольку в противном случае джиттер может испортить достижимое временное разрешение.

Сигнал зонда часто очень слабый.
Его можно усреднить по многим импульсам, чтобы получить лучшее отношение сигнал/шум, предполагая, что поведение тестируемого объекта полностью воспроизводимо.
Это часто имеет место, если интенсивность применяемых импульсов не слишком высока.

Примеры применения измерений насос-зонд

Определение характеристик насыщающихся поглотителей

Измерения насос-зонд можно использовать, например, для мониторинга восстановления насыщающегося поглотителя (например, SESAM) после его возбуждения.
Для SESAM часто наблюдается довольно быстрое частичное восстановление, за которым следует более медленное полное восстановление насыщающихся потерь (см. Рисунок 1).

Рисунок 1:
Изменение коэффициента отражения полупроводникового насыщающегося поглотителя под действием короткого импульса при t  = 0.

Фотодиоды

Быстродействие фотодиода может зависеть от различных факторов, одним из которых является диффузия фотовозбужденных носителей.
Для исследования этого можно также определить точное положение, в котором применяются зондирующие импульсы.

Лазерная обработка материалов

В лазерной обработке материалов, т.е. при лазерной абляции происходящие процессы могут быть достаточно сложными.
В какой-то степени их можно исследовать с помощью зондовых измерений.
Например, можно узнать, в течение какого промежутка времени после интенсивного импульса материал находится в жидком состоянии.

Спектроскопия с временным разрешением

Методы накачки-зонда также используются в различных методах спектроскопии с временным разрешением.
Очевидно, что добавление временного измерения к спектральному значительно расширяет возможности исследования систем.

Поставщики

В Руководстве покупателя RP Photonics указаны 8 поставщиков измерительного оборудования насос-зонд. Среди них:

Femtochrome Research

Важным компонентом измерений накачка-зонд является точная оптическая линия задержки. Наш генератор оптической задержки FR-203 обеспечивает периодическую линейную оптическую задержку (приблизительно 200 пс) для сверхкоротких лазерных импульсов. Это полезно для таких приложений, как спектроскопия с временным разрешением и терагерцовая спектроскопия во временной области. См. техническое описание FR-203.

APE

APE ScanDelay — это линия с регулируемой оптической задержкой, позволяющая вводить четко определенную временную задержку в оптический тракт, например, для измерений накачка-зонд. Задержка периодически контролируется быстрым сканирующим шейкером с частотой до 20 Гц.

Сердцем серии оптических линий задержки APE является специальный линейный транслятор, который поставляется вместе с соответствующей электроникой управления и привода. Линейный привод был разработан специально для оптических приложений. Он сочетает в себе малую движущуюся массу с компактностью, достигая высокой скорости, а также высокой точности и разрешения. Привод замедления движется без трения, имеет большой и точный диапазон хода и допускает очень малые смещения без каких-либо эффектов прерывистого скольжения.

Управляющая электроника содержит драйвер движения и синтезатор сигналов с кварцевой стабилизацией. Его можно синхронизировать с внешними часами для точного движения сканера с синхронизацией по фазе.

TOPTICA Photonics

Компания TOPTICA вносит свой вклад в область измерений насос-зонд с помощью новейшей волоконной технологии, отличающейся выдающимися характеристиками и универсальностью. Одна лазерная система может быть оснащена различными выходами, которые по своей сути оптически синхронизированы вплоть до аттосекундного уровня. Все они могут быть настроены индивидуально для удовлетворения экспериментальных потребностей: длительность импульса от 15 фс или широкие диапазоны настройки 49Доступны диапазоны от 0 до 700 нм, от 850 до 1000 нм или от 980 до 2200 нм. В третьем поколении сверхбыстрых волоконных лазеров TOPTICA доступен новый универсальный набор инструментов для реализации еще более совершенных схем спектроскопии накачки-зондирования. FemtoFiber dichro bioMP одновременно выводит две разные длины волн (1050/780 нм при 150 фс), в то время как система может контролировать относительную временную задержку обоих цветов, а также GDD.

Thorlabs

Готовые к использованию оптические линии задержки производства Thorlabs включают систему привода, необходимую для компьютерного управления изменением длины оптического пути. Благодаря задержке до 4000 пс и временному разрешению до 0,67 фс эти системы дополняют наше семейство сверхбыстрых оптических и лазерных систем для различных приложений накачки-зонда.

Вопросы и комментарии от пользователей

Здесь вы можете задать вопросы и комментарии. Если они будут приняты автором, они появятся над этим абзацем вместе с ответом автора. Автор принимает решение о принятии на основе определенных критериев. По существу, вопрос должен представлять достаточно широкий интерес.

Пожалуйста, не вводите здесь личные данные; в противном случае мы бы удалили его в ближайшее время. (См. также нашу декларацию о конфиденциальности.) Если вы хотите получить личную обратную связь или консультацию от автора, свяжитесь с ним, например. по электронной почте.

Ваш вопрос или комментарий:

Проверка на спам:

  (Пожалуйста, введите сумму тринадцати и трех в виде цифр!)

Отправляя информацию, вы даете свое согласие на возможную публикацию ваших материалов на нашем веб-сайте в соответствии с нашими правилами. (Если вы позже отзовете свое согласие, мы удалим эти материалы.) Поскольку ваши материалы сначала просматриваются автором, они могут быть опубликованы с некоторой задержкой.

См. также: спектроскопия с временным разрешением, сверхбыстрая оптика, насыщающиеся поглотители, полупроводниковые зеркала с насыщающимися поглотителями, оптическая дискретизация, синхронизация лазеров, лазерная спектроскопия
и другие статьи в рубрике Оптическая метрология, методы

Если вы хотите разместить ссылку на эту статью на каком-либо другом ресурсе (например, на своем сайте, в социальных сетях, на дискуссионном форуме, в Википедии), вы можете получить необходимый код здесь.

HTML-ссылка на эту статью:

  
 Статья об измерениях насосов и зондов 
 в разделе  
 RP Photonics Encyclopedia 

С предварительным изображением (см. рамку чуть выше):

  
  alt="article"> 

Для Википедии, например. в разделе «==Внешние ссылки==»:

 * [https://www.rp-photonics.com/pump_probe_measurements.html 
 статья 'Pump–probe Measurements' в Энциклопедии RP Photonics] 

Группа Гедик — Исследования

Насос-зонд для спектроскопии

Насосно-зондовая спектроскопия — простейший экспериментальный метод.
используется для изучения сверхбыстрой электронной динамики. В этой технике ультракороткий
лазерный импульс разделяется на две части; используется более прочная балка (насос)
возбудить образец, создав неравновесное состояние, и более слабый пучок
(зонд) используется для наблюдения за изменениями оптических констант, вызванными накачкой
(например, отражательная способность или пропускание) образца. Измерение изменений
в оптических константах как функция временной задержки между приходом
импульсов накачки и зондирования дает информацию о релаксации электронных
состояния в образце.

 

 

 

 

 

 

 

Спектроскопия на переходной решетке

Спектроскопия зонда насоса, описанная выше, хорошо
подходит для измерения времени жизни электронных возбуждений с
фемтосекундное временное разрешение. Для измерения распространения
эти возбуждения в реальном пространстве, мы используем спектроскопию нестационарных решеток.
В этом методе создается интерференция пары фемтосекундных импульсов.
образец для генерации синусоидальной модуляции интенсивности, которая в
очередь индуцирует решетку плотности фотовозбуждений. Поскольку
показатель преломления зависит от локальной плотности возбуждения, периодического
формируется модуляция показателя преломления. Период этого
картина в реальном пространстве может быть изменена либо путем изменения длины волны
лазера или угол между двумя лучами. Зонд инцидента
поэтому импульс на этой схеме и отражается, и дифрагирует.
Измерение временной эволюции как отраженного, так и дифрагированного
волн позволяет проследить распространение этих возбуждений в
настоящее пространство.

 

 

 

 

 

 

Круговой дихроизм и ARPES с временным разрешением

Фотоэмиссионная спектроскопия с угловым разрешением (ARPES) является мощным инструментом для картирования электронной зонной структуры твердых тел путем измерения энергии и импульса фотоэмиссионных электронов. В нашей лаборатории мы используем УФ-лазерные импульсы и времяпролетный спектрометр (показан слева), который одновременно измеряет энергию фотоэмитированного электрона по времени его пролета, а также импульс Kx и Ky с помощью двумерного позиционно-чувствительного детектора. В результате получаются трехмерные спектры интенсивности I(E,Kx,Ky) (показаны справа для топологического изолятора Bi2Se3).

 

 

 

 

 

 

 

 

Мы также можем искать круговой дихроизм, который представляет собой разницу в спектре интенсивности ARPES, полученном при использовании света с правой и левой круговой поляризацией. В некоторых материалах, таких как топологический изолятор Bi ₂ Se ₃ , это может быть чувствительной мерой ориентации электронного спина в импульсном пространстве (внизу слева). Сверхбыстрая динамика электронов также может быть решена путем выполнения ARPES в схеме накачки-зонда. Сверхбыстрый лазерный импульс длительностью 80 фс накачивает образец, чтобы инициировать электронное возбуждение, а возбужденная система затем исследуется задержанным УФ-импульсом, который фотоэмитирует электроны для измерения ARPES. Изменяя время задержки t между двумя импульсами при сборе трехмерных спектров интенсивности I(E,Kx,Ky), мы получаем трехмерный фильм I(E,Kx,Ky,t), который фиксирует динамику электронов в твердых телах на фемтосекундных интервалах. шкала времени (внизу справа для Bi ₂ Se ₃ ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Второе поколение гармоник

Техника, которую наша лаборатория исследовала для получения исключительной чувствительности к поверхности материала, — это генерация оптической второй гармоники (SHG). В общем, электрическая поляризация материала P _i (ω) имеет преобладающую линейную по ведущему оптическому полю компоненту E _j (ω), а также более слабые компоненты, пропорциональные более высоким степеням E _j (ω), где ω — оптическая частота, а индексы пробегают по трем пространственным координатам. За ГВГ отвечают компоненты, содержащие две степени E _j (ω). Для электродипольных процессов поляризация P _i = χ ⁽²⁾ _ijk E _j E _k получается из тензора восприимчивости третьего ранга χ ⁽²⁾ _ijk , обращающееся в нуль при инверсионной симметрии. Поэтому дипольно-индуцированная ГВГ запрещена в объемных кристаллах с инверсионной симметрией и разрешена только на поверхностях или границах раздела, где обязательно нарушается инверсионная симметрия. Измеряя отраженный выход при вращении образца вокруг оси нормали к поверхности, мы получаем картины, подобные показанным ниже для Bi ₂ Se ₃ , которые показывают симметрию электронной поляризуемости поверхности.

 

 

 

 

 

 

Сверхбыстрая импульсная природа лазерного излучения, используемого для выполнения ГВГ, естественным образом поддается изучению сверхбыстрой динамики на поверхности материалов. В экспериментах такого типа импульс лазерного излучения (накачка) сначала воздействует на образец, чтобы создать неравновесное распределение электронов. Затем второй импульс с задержкой по времени (зонд) используется для отслеживания временной эволюции сигнала SHG (см. ниже). Динамику релаксации неравновесного распределения можно использовать для понимания микроскопических механизмов потери энергии поверхностными электронами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Терагерцовая спектроскопия во временной области

Терагерцовая спектроскопия во временной области (ТГц-TDS) — это оптический метод, используемый для измерения равновесных и неравновесных свойств материалов в дальней инфракрасной области, таких как показатель преломления и проводимость. Импульс терагерцового диапазона генерируется путем оптического выпрямления в кристалле ZnTe с использованием импульса ближнего инфракрасного диапазона длительностью 100 фс. Затем терагерцовый импульс фокусируется через образец и затем обнаруживается в другом кристалле ZnTe с помощью электрооптического обнаружения в свободном пространстве. Измеряемый сигнал пропорционален электрическому полю импульса, поэтому амплитуда и фаза сохраняются, и можно извлечь комплексный коэффициент передачи. Отсюда полное комплексное значение параметров материала может быть извлечено без использования соотношений Крамерса-Кронига.

 

 

 

 

 

 

Это также можно сделать после возбуждения другим импульсом ближнего инфракрасного диапазона длительностью 100 фс. Изменяя временную задержку между терагерцовым импульсом и импульсом возбуждения, параметры неравновесного сложного материала можно измерить как функцию времени с разрешением

THz-TDS лучше всего использовать для изучения систем, в которых интересующие возбуждения лежат в диапазоне энергий мэВ, например, сверхпроводник с небольшой энергетической щелью. Этот метод использовался для изучения широкого спектра систем, включая динамику куперовских пар и вихрей в сверхпроводниках, динамику носителей в полупроводниках, фазовые переходы металл-изолятор и даже метаматериалы.

Дифракция сверхбыстрых электронов

Непосредственное определение структурной динамики требует способности
измерения движения атомов с пространственным разрешением в ангстремном масштабе.
Обычная сверхбыстрая оптическая спектроскопия, основанная на измерении переходных
изменения оптических констант чувствителен к динамике электронных
возбуждения, но может дать лишь косвенную информацию о структурных
динамика. Пространственное разрешение в этих методах также ограничено.
до микронных масштабов из-за дифракционного предела.

Дифракция сверхбыстрых электронов (UED) может напрямую соединяться
к структурной динамике и обеспечивают субангстремное пространственное разрешение вместе
с субпикосекундным временным разрешением. Принцип работы УЭД аналогичен
для накачки зондовой спектроскопии. Сверхбыстрый лазерный импульс разделяется на две части;
первая часть лазерного импульса фокусируется непосредственно на образце
создать неравновесное состояние. Чтобы исследовать индуцированные структурные изменения,
вторая часть утроена по частоте и сфокусирована на фотокатод
создание пакета сверхбыстрых электронов за счет фотоэлектрического эффекта. Эти
Затем электроны ускоряются за счет высокого напряжения (обычно через
30 кэВ, длина волны де Бройля = 0,07 Å) и дифрагировали от
образец.

Относительное время прибытия зондирующего электронного пакета
а инициирующий лазерный импульс на образце можно изменить, изменив
относительные оптические длины пути двух лазерных лучей. Запись
дифракционная картина электронного пакета в зависимости от этого времени
задержка обеспечивает как равновесную структуру, так и фильм структурной
эволюция с пространственным разрешением субангстрема (достижение уровня ~ 0,001)
и субпикосекундное временное разрешение.