110
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2012
Рассмотренные ЛАФЧХ будут иметь такие же характерные точки
для других комбинаций теплофизических свойств слоя и подложки.
Они позволяют определить все характеристики слоя и содержат даже
избыточную информацию. Однако следует еще раз отметить, что при
проведении измерений некоторого неизвестного материала слоя для
определения значений модуля требуется знать его фактор поглоще-
ния на длине излучения лазера, а также испускательную способность
тела в диапазоне длин волн детектора теплового излучения для опре-
деления реальной температуры поверхности. Эти два параметра за-
ранее неизвестны и требуют независимого измерения, что усложняет
измерение собственно модуля импеданса, в то время, как фаза импе-
данса не зависит от этих двух оптических параметров и может быть
измерена непосредственно. Поэтому с практической точки зрения
измерение фазы является наиболее приемлемым параметром, и сле-
дует рассмотреть возможности определения теплофизических харак-
теристик слоя с этой точки зрения.
Основываясь на приведенном выше анализе, можно заключить,
что измерения фазы несут в себе значительно меньше информации,
чем импеданс в целом, и позволяют установить все теплофизические
характеристики слоя только при ряде условий. В их числе присут-
ствуют знание теплофизических характеристик подложки, а также
возможность провести измерения сфокусированным и расфокусиро-
ванным излучением. Схема алгоритма комбинированного измерения
приведена на рис. 3. Таким образом, при известных характеристиках
подложки и возможности провести измерения в двух тепловых ре-
жимах для слоя можно определить теплопроводность слоя, его объ-
емную теплоемкость и толщину. При невозможности сфокусировать
пятно нагрева в радиус, меньший толщины слоя измерения фазы,
можно найти только коэффициенты
β
1
и
β
3
,
последний из которых
содержит неопределенность относительно теплоемкости и толщины.
Если с помощью коэффициента
β
1
можно найти тепловую эффузию
слоя при известной тепловой эффузии подложки, то в коэффициенте
β
3
можно изменять толщину и теплоемкость так, чтобы тепловая эф-
фузия и сам коэффициент оставались неизменными. Измерение пу-
тем воздействия сфокусированным пятном нагрева устраняет эту не-
определенность и позволяет однозначно определить все три парамет-
ра слоя.
Однако в рассматриваемом случае следует отметить, что если
требуется измерение только толщины слоя, то знание тепловых ха-
рактеристик слоя необязательно. Для определения толщины необхо-
димо измерение только коэффициента
β
3
и температуропроводности.
Таким образом, остается только условие возможности получения од-
номерного и объемного теплового режима в слое, т. е. возможность
сфокусировать и расфокусировать лазерный пучок радиусом, много
большим и много меньшим толщины слоя.