ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Термометрия по тепловому расширению твердого тела из "Лазерная термометрия твердых тел " Для повышения точности проводится измерение расстояния L между пучками, отраженными в (+1) и (—1) порядки, при этом чувствительность dL/de —HX /a, где Я — расстояние от решетки до фотоприемника, — коэффициент термического расширения материала, свет падает по нормали. Взяв для оценки Я = 40 см, Л = 0,63 мкм, = А - 10 получаем dL/dO 4 10 см/К. Современные средства измерений (матричные фотоприемники на приборах с зарядовой связью и т. д.) позволили в данном случае создать действуюш,ие измерители температуры на основе очень слабого температурного эффекта при изменении температуры на 100 К период дифракционной решетки, имеюш,ей 330 штрихов/мм, изменяется всего на 1,3 нм, т. е. на 0,04%. Метод применялся для исследования взаимодействия химически активной плазмы с поверхностью кремния [4.2, 4.3]. [c.94] В дальнейшем метод был модифицирован [4.4, 4.5] освеш,ение решетки проводилось под углом к нормали симметрично с двух сторон двумя лазерами, а отражение в первом порядке дифракции происходило по нормали к поверхности. При изменении температуры регистрировалась последовательность муаровых полос от интерференции двух лазерных пучков. Достигнутое разрешение по температуре составляет М 0,3 К. [c.94] Для реализации предельно простой идеи дифракционной термометрии по тепловому расширению микроструктуры требуется сформировать на поверхности дифракционную решетку плош,адью 1 мм с периодом а 0,34-3 мкм (300-j-3000 штрихов/мм) и глубиной травления 0,1 мкм. Чтобы получить пространственное распределение температуры в х,у) по поверхности с помош,ью этого метода, необходимо создать систему из нескольких решеток. [c.94] Сигнал в данном методе обладает свойством идентифицируемости дифракция возникает только в том случае, когда свет попадает на решетку. Достоинством метода является его универсальность дифракционную решетку можно сформировать на поверхности любого материала. Однако сложность оптической схемы и необходимость проведения литографических операций для создания на подложке периодической структуры ограничивают перспективы его применения. Метод предназначен главным образом для единичных исследовательских измерений. [c.94] Никакие дополнительные операции по созданию микрорельефа поверхности не требуются, для термометрии используется естественная шероховатость, свойственная любой, даже полированной, поверхности. Метод лазерной экстенсометрии можно применять для термометрии любых поверхностей в температурном диапазоне до 1500-ь2000 °С. Погрешность измерения температуры оценивается величиной 0,5 К. [c.95] Препятствием для развития этого перспективного метода является более сложная статистическая природа регистрируемой дифракционной картины, чем в методе с искусственной дифракционной решеткой на поверхности. Соотношения между микроскопическими изменениями структуры поверхности и изменениями наблюдаемого изображения представляются, вероятно, не столь очевидными. Более сложной является и интерпретация изображения. В частности, контраст и радиус корреляции в спекл-структуре изображения зависят от соотношения между параметрами микрорельефа и диаметром апертуры оптической системы, формируюш,ей изображение [4.8]. [c.95] Увеличение размера образца. Для определения температуры по тепловому расширению можно измерять увеличение линейных размеров образца при его нагревании. Очевидно, таким способом можно определить только температуру, усредненную вдоль какого-либо линейного размера образца (например, вдоль диаметра круглой пластины). Известно, что относительное удлинение образца определяется выражением Ah/ho = аАв, где а — коэффициент термического расширения материала. [c.95] Другим возможным способом определения АО является перекрытие части светового пучка, который распространяется по нормали к непрозрачной пластине и касается ее периметра. При нагревании пластины и увеличении ее диаметра будет происходить уменьшение площади пучка, проходящей мимо пластины, и увеличение площади пучка, отраженной от нее. Как отраженная, так и проходящая части пучка могут быть использованы для нахождения АО пластины. Чтобы учесть распределение интенсивности излучения по радиусу пучка, удобнее всего провести предварительную калибровку, т. е. измерить зависимость световой мощности, падающей на фотоприемник, при перемещении края пластины по диаметру пучка. [c.96] Вернуться к основной статье