Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Kỹ thuật hiển vi âm thanh quét trong đánh giá vật liệu
Tóm tắt
Kỹ thuật hiển vi âm thanh quét (Scanning Acoustic Microscopy - SAM) hay Hình ảnh Âm thanh Micro (Acoustic Micro Imaging - AMI) là một phương pháp hiệu quả, không phá hủy, có khả năng phát hiện các khuyết tật ẩn trong các mẫu đàn hồi và sinh học cũng như các vật liệu cứng không trong suốt. Bằng cách theo dõi các đặc điểm bên trong của một mẫu trong tích hợp ba chiều, kỹ thuật này có thể phát hiện hiệu quả các khuyết tật vật lý như nứt, khoảng trống và tách lớp với độ nhạy cao. Trong những năm gần đây, các kỹ thuật tiên tiến như hiển vi độ dẫn siêu âm, hiển vi tốc độ siêu âm và hiển vi gigahertz âm thanh quét đã được phát triển cho các ứng dụng trong các ngành công nghiệp và lĩnh vực y tế để cung cấp thông tin bổ sung về ứng suất bên trong, tính nhớt đàn hồi và các tính chất dị hướng, hoặc phi tuyến. Các kỹ thuật tia X, cộng hưởng từ tính và hồng ngoại là những phương pháp cạnh tranh khác và được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và hạn chế nhất định do các thuộc tính vốn có của chúng như các nguồn sáng và cảm biến khác nhau. Bài báo này cung cấp tổng quan về nguyên tắc của SAM và trình bày một số kết quả để minh họa các ứng dụng của công nghệ hình ảnh âm thanh hiện đại. Nhiều chế độ kiểm tra khác nhau, chẳng hạn như cắt theo chiều dọc, chiều ngang và chéo đã được trình bày bằng cách sử dụng đường đi tiêu điểm và thuật toán tái tạo hình ảnh. Các hình ảnh đã được tái tạo từ các tiếng vọng phản xạ xuất phát từ sự thay đổi trong độ dẫn âm tại giao diện của các lớp vật liệu hoặc khuyết tật. Các kết quả được mô tả trong bài báo này cho thấy công nghệ âm thanh mới có thể mở rộng phạm vi của SAM như một công cụ chẩn đoán đa dạng, yêu cầu ít thời gian và có hiệu suất cao.
Từ khóa
#hiển vi âm thanh quét #kỹ thuật không phá hủy #khuyết tật vật lý #công nghệ hình ảnh âm thanhTài liệu tham khảo
P. Anastasiadis, P.V. Zinin, High-frequency time-resolved scanning acoustic microscopy for biomedical applications. Open Neuroimaging J. 12, 69–85 (2018). https://doi.org/10.2174/1874440001812010069
F. Bertocci, A. Grandoni, T. Djuric-Rissner, Scanning acoustic microscopy (SAM): A robust method for defect detection during the manufacturing process of ultrasound probes for medical imaging. Sensors 19, 4868–4886 (2019). https://doi.org/10.3390/s19224868
B. Bilen, L.T. Sener, I. Albeniz, M. Sezen, M.B. Unlu, M. Ugurlucan, Determination of ultrastructural properties of human carotid atherosclerotic plaques by scanning acoustic microscopy, micro-computer tomography, scanning electron microscopy and energy dispersive X-ray spectroscopy. Sci. Rep. 9(679), 1–10 (2019b). https://doi.org/10.1038/s41598-018-37480-z
B.T. Bilen, M. Parlak, M.B. Unlu, Scanning acoustic microscopy of quantum dot aggregates. Biomed. Phys. Eng. Express 5, 065025 (2019a). https://doi.org/10.1088/2057-1976/ab519a
S. Brand, A. Lapadatu, T. Djuric, P. Czurratis, J. Schischka, M. Petzold, Scanning acoustic gigahertz microscopy for metrology applications in three-dimensional integration technologies. J. Micro/Nanolith 13(1), 011207-1–011207-9 (2014). https://doi.org/10.1117/1.JMM.13.1.011207 MEMS MOEMS
S. Cruz, A. Sousa, J.C. Viana, T. Martins, Analysis of the bonding process and materials optimization for mitigating the yellow border defect on optically bonded automotivedisplay panels. Displays 48, 21–28 (2017). https://doi.org/10.1016/j.displa.2017.02.003
I. Demirkana, M.B. Unlu, B. Bilen, Determining sodium diffusion through acoustic impedance measurements using 80 MHz scanning acoustic microscopy: Agarose phantom verification. Ultrasonics 94, 10–19 (2019). https://doi.org/10.1016/j.ultras.2018.12.013
A.S. Dukhin, P.J. Goetz, Ch. 3 - Fundamentals of Acoustics in Homogeneous Liquids. Longitudinal Rheology 24, 91–125 (2010). https://doi.org/10.1016/S1383-7303(10)23003-X
N. Hozumia, S. Yoshidab, K. Kobayashi, Three-dimensional acoustic impedance mapping of cultured biological cells. Ultrasonics 99, 105966-1–105966-4 (2019). https://doi.org/10.1016/j.ultras.2019.105966
J. Kim, J. Mamou, D. Kouamé, A. Achim, A. Basarab, in IEEE International Ultrasonics Symposium. Spatio-temporal compressed quantitative acoustic microscopy (2019). https://doi.org/10.1109/ULTSYM.2019.8925562
A. Kubit, T. Trzepiecinski, K. Faes, M. Drabczyk, W. Bochnowski, M. Korzeniowski, Analysis of the effect of structural defects on the fatigue strength of RFSSW joints using C-scan scanning acoustic microscopy and SEM. Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct. 42(6), 1308–1321 (2019). https://doi.org/10.1111/ffe.12984
A.I. Kustov, I.A. Miguel, Development of methods of acoustic microscopy inspection for monitoring of structure and properties of coatings for various purposes. Mater. Today Proc. 11, 203–211 (2019). https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.12.132
H. Liang, K. Lu, X. Liu, J. Xue, The auto-focus method for scanning acoustic microscopy by sparse representation. Sens. Imaging 20, 33–48 (2019). https://doi.org/10.1007/s11220-019-0255-x
R. Gr. Maev, Acoustic Microscopy: Fundamentals and Applications Wiley-VCH Verlag, pp. 1–20 (2008). https://onlinelibrary.wiley.com/doi/book/10.1002/9783527623136
R. Gr. Maev, Advances in Acoustic Microscopy and High Resolution Imaging: From Principles to Applications Wiley-VCH Verlag, pp. 1–21 (2013). https://onlinelibrary.wiley.com/doi/book/10.1002/9783527655304
R.Gr. Maev, Acoustic microscopy for materials characterization Materials Characterization Using Nondestructive Evaluation (NDE) Woodhead Publishing, pp. 161–176 (2016). https://doi.org/10.1016/B978-0-08-100040-3.00006-7
E.S. Morokov, V.M. Levin, Spatial resolution of acoustic microscopy in the visualization of interfaces inside a solid. Acoust. Phys. 65, 165–170 (2019). https://doi.org/10.1134/S106377101902009X
H. Park, S.T. Lee, Analyzing acoustic characteristics of multi-channel speaker directly driving flat panel display: Considering the acoustic stereo effects. Soc. Inf. Display 50(1), 1634–1636 (2019). https://doi.org/10.1002/sdtp.13262
Y. Qiu, S. Zhang, in IEEE 2017 Prognostics and System Health Management Conference. Study on the pin delamination of plastic encapsulated microcircuits using scanning acoustic microscope (2017), pp. 1–5. https://doi.org/10.1109/PHM.2017.8079308
Y. Qiu, S. Zhang, Z.P. Chen, Y. Li, M. Jiang, Counterfeit identification method of plastic encapsulated microcircuits using scanning acoustic microscope. J. Phys. Conf. Ser. 1074, 012102-1–012102-6 (2018). https://doi.org/10.1088/1742-6596/1074/1/012102
Y. Saijo, Acoustic microscopy: Latest developments and applications. Imaging Med. Imaging Med. 1(1), 47–63 (2009) https://www.openaccessjournals.com/articles/acoustic-microscopy-latest-developments-and-applications-8192.html
Y. Saijo, N. Hozumi, K. Kobayashi, N. Okada, T. Ishiguro, Y. Hagiwara, E.S. Filho, T. Yambe, in IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, Lyon. Ultrasound Speed and Impedance Microscopy for in vivo Imaging (2007b), pp. 1350–1135. https://doi.org/10.1109/IEMBS.2007.4352548
Y. Saijo, C.S. Jorgensen, P. Mondek, V. Sefranek, W. Paaske, Acoustic inhomogeneity of carotid arterial plaques determined by GHz frequency range acoustic microscopy. Ultrasound Med. Biol. 28(7), 933–937 (2002)
Y. Saijo, F.E. Santos, H. Sasaki, T. Yambe, M. Tanaka, N. Hozumi, K. Kobayashi, N. Okada, Ultrasonic tissue characterization of atherosclerosis by a speed-of-sound microscanning system. IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control 54(8), 1571–1577 (2007a). https://doi.org/10.1109/TUFFC.2007.427
Y. Saijo, H. Sasaki, N. Hozumi, K. Kobayashi, M. Tanaka, T. Yambe, Sound speed scanning acoustic microscopy for biomedical applications. Technol. Health Care 13(4), 261–267 (2005). https://doi.org/10.3233/THC-2005-13405
Y. Saijo, M. Tanaka, H. Okawai, H. Sasaki, S.-I. Nitta, F. Dunn, Ultrasonic tissue characterization of infarcted myocardium by scanning acoustic. Ultrasound Med. Biol. 23, 77–85 (1997). https://doi.org/10.1016/S0301-5629(96)00174-3
F. Schubert, M. Barth, R. Hipp, B. Köhler, in Handbook of Advanced. Non-Destructive Evaluation 1. Acoustic Microscopy (Springer, 2018), pp. 1–40
R. Shannon, G. Zucaro, J. Tallent, V. Collins, J. Carswell, A system for detecting failed electronics using acoustics. IEEE Instrum. Meas. Mag. 22(4), 32–37 (2019). https://doi.org/10.1109/MIM.2019.8782197
C.J.R. Sheppard, Ch. 8 - Scanning optical microscopy. Adv. Imaging Electron Phys. 213, 227–325 (2020). https://doi.org/10.1016/bs.aiep.2019.11.001
C. Song, L. Xi, H. Jiang, Acoustic lens with variable focal length for photoacoustic microscopy. J. Appl. Phys. 114, 194703-1–194703-5 (2013). https://doi.org/10.1063/1.4832757
T. Takezaki, M. Kawano, S. Machida, D. Ryuzaki, Improvement in lateral resolution of through-transmission scanning acoustic tomography using capacitive micromachined ultrasound transducer. Microelectron. Reliab. 93, 22–28 (2019). https://doi.org/10.1016/j.microrel.2018.12.001
K. Wang, X. Yan, Performance analysis of ethylene-propylene diene monomer sound-absorbing materials based on image processing recognition. EURASIP J. Image Video Process. 128, 1–10 (2018). https://doi.org/10.1186/s13640-018-0372-9
Z. Wang, X. Liu, Z. He, L. Su, X. Lu, Intelligent detection of flip chip with the scanning acoustic microscopy and the general regression neural network. Microelectr. Eng. 217(15), 111127-1–111127-6 (2019). https://doi.org/10.1016/j.mee.2019.111127
M. Wüst, S.J. Rupitsch, 3-D Scanning Acoustic Microscope for Investigation of Curved-Structured Smart Material Compounds. Adv. Eng. Mater. 20, 1800409-1–1900409-8 (2018). https://doi.org/10.1002/adem.201800409
X. Yang, C. Fei, D. Li, X. Sun, S. Hou, J. Chen, Y. Yang, Multi-layer polymer-metal structures for acoustic impedance matching in high-frequency broadband ultrasonic transducers design. Appl. Acoust. 160, 107123-1–107123-6 (2020). https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2019.107123
W. Yared, C.-Y. Chen, N. Sievers, W. Tillmann, R. Zielke, M. Schimpfermann, Void distribution in a brazed cemented carbide steel joint analyzed by X-ray microscopy. Measurement 141, 250–257 (2019). https://doi.org/10.1016/j.measurement.2019.04.045
Y. Zhu, L. Wang, Y. Behnamian, S. Song, R. Wang, Z. Gao, W. Hu, D.-H. Xia, Metal pitting corrosion characterized by scanning acoustic microscopy and binary image processing. Corros. Sci. 170, 108685-1–108685-8 (2020). https://doi.org/10.1016/j.corsci.2020.108685
Y. Zhu, C. Xu, D. Xiao, L. He, Microstructure size measurement based on C-scan image of scanning acoustic microscopy. Instrum. Meas. Metrologie 18(1), 63–68 (2019). https://doi.org/10.18280/i2m.180110