Nelineární elektro-ultrazvuková spektroskopie rezistorů
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
Abstract
Elektro-ultrazvuková spektroskopie je založena na interakci dvou signálů, elektrického střídavého signálu s frekvencí fE a ultrazvukového signálu s frekvencí fU. Ultrazvukový signál mění vzdálenost mezi vodivými zrny ve vzorku a tím mění jeho celkový elektrický odpor R. Změna odporu R je proměnná s frekvencí ultrazvukového signálu fU. Vzorek, který obsahuje mnoho defektů ve své struktuře, vykazuje vysokou změnu odporu R v porovnání se vzorkem bez defektů při stejné hodnotě ultrazvukového a elektrického signálu. V disertační práci je popsána elektro-ultrazvuková metoda na tlustovrstvých rezistorech, hořčíkových slitinách, monokrystalech Si a CdTe, varistorech a také jeden z prvních pokusů aplikace elektro-ultrazvukové spektroskopie na horninové vzorky a tak diagnostikovat jejich stav poškození. V našem případě byl proměřen vzorek žuly. Jelikož se jedná o nedestruktivní metodu testování, tak má tato metoda velmi perspektivní budoucnost. Tato metoda je citlivá na všechny defekty ve vzorku. Její výhodou je, že se měří velikost signálu ne frekvenci danou rozdílem nebo součtem budících frekvencí fE a fU a tím se dá dosáhnout vysoké citlivosti. V mém případě byl vždy měřen signál na rozdílové frekvenci fi = fE-fU.
All materials contain cracks and micro-cracks in structure. My aim is to detect these cracks. Electro-Ultrasonic spectroscopy is a non–destructive testing method which describes quality and reliability of a tested sample. Tested sample is excited by the harmonic electrical signal of frequency fE and ultrasonic signal of frequency fU. A new harmonic signal of the frequency fi is created as a result of electrical resistance change due to the variation of the crack effective area by ultrasonic excitation. The intermodulation frequency fi is given by the subtraction of excitation frequencies fE and fU. Amplitude of the intermodulation signal at frequency fi is influenced by the electric current, which flows through the sample structure, and resistance change, which is ultrasonically induced due to the defects and unhomogeneities in a sample structure. High sensitivity of this method comes from the fact that the frequencies of exciting sources and measured signal are on different frequencies. The signal-to-noise ratio and high sensitivity for NDT analyses are based on the application of electrical filters for attenuation of exciting signals in signal preprocessing. Experimental verification of this method was performed on various samples such as magnesium alloy, aluminium and dural plates, both without and with cracks, varisotors, MOS FET transistor, rock samples, monocrystals Si and CdTe. This work presents a new non-destructive testing method of solids with metallic electrical conductivity, monocrystals, resistive materials and electronic devices.
All materials contain cracks and micro-cracks in structure. My aim is to detect these cracks. Electro-Ultrasonic spectroscopy is a non–destructive testing method which describes quality and reliability of a tested sample. Tested sample is excited by the harmonic electrical signal of frequency fE and ultrasonic signal of frequency fU. A new harmonic signal of the frequency fi is created as a result of electrical resistance change due to the variation of the crack effective area by ultrasonic excitation. The intermodulation frequency fi is given by the subtraction of excitation frequencies fE and fU. Amplitude of the intermodulation signal at frequency fi is influenced by the electric current, which flows through the sample structure, and resistance change, which is ultrasonically induced due to the defects and unhomogeneities in a sample structure. High sensitivity of this method comes from the fact that the frequencies of exciting sources and measured signal are on different frequencies. The signal-to-noise ratio and high sensitivity for NDT analyses are based on the application of electrical filters for attenuation of exciting signals in signal preprocessing. Experimental verification of this method was performed on various samples such as magnesium alloy, aluminium and dural plates, both without and with cracks, varisotors, MOS FET transistor, rock samples, monocrystals Si and CdTe. This work presents a new non-destructive testing method of solids with metallic electrical conductivity, monocrystals, resistive materials and electronic devices.
Description
Keywords
Elektrický signál, Ultrazvukový signál, modulace elektrického odporu, ultrazvuková vlna, piezoresistivní efekt, prasklina, rezonanční frekvence, tlumení, elektro akustický efekt, Electric signal, Ultrasonic signal, electrical resistance modulation, ultrasonic wave, piezoresistive effect, crack, resonant frequency, damping, electro acoustic effect
Citation
TOFEL, P. Nelineární elektro-ultrazvuková spektroskopie rezistorů [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2012.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Fyzikální elektronika a nanotechnologie
Comittee
prof. Ing. Lubomír Grmela, CSc. (předseda)
doc. RNDr. Milada Bartlová, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Pavel Koktavý, CSc. Ph.D. (člen)
Prof. Ing. Jaromír Pištora, CSc. (člen)
doc. RNDr. Pavel Moravec, CSc. (člen)
prof. Ing. Karel Hájek, CSc. (člen)
Date of acceptance
2012-03-13
Defence
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení