LED式固态薄膜厚度在线测量系统研究

论文摘要

薄膜厚度的在线检测对于薄膜生产企业是一个亟待解决的问题,因为薄膜的厚度是保证薄膜质量的一个重要指标。本文通过传统测厚法的分析,结合红外光谱分析技术,提出了一种新的测量薄膜厚度的方法:LED固态红外薄膜厚度测量方法。本方法采用参比法的测量方式,固定光路的结构,由两路经过调制后红外光脉冲,同时照射薄膜的同一位置,透过薄膜后由红外接收器接收,输出和薄膜厚度相关的电压信号,经过信号处理电路对得到的电压信号进行预处理后,通过AD采样,得到两路信号的变化,计算出薄膜的厚度。该方法的特点是:采用参比法的测量方式可以有效的消除环境、温度等共模干扰;同时采用高速调制的红外光源,克服了薄膜高速、连续化生产过程中厚度测量的相位差问题,提高了测量精度和可靠性;再次,采用两路固态LED单色光源,无调制盘,无机械运动,增加了系统的可靠性。在提出的LED固态红外薄膜厚度测量方法的基础上,设计了薄膜厚度在线测量系统。系统分为两部分:测量环节和数据采集处理环节。测量环节主要包括光源、光源调制电路、红外传感器及传感器稳压电路、前置放大器、滤波器;数据采集和处理主要由16位A/D转换器AD976和DSP TMS320F2812完成。本文着重对测量环节的硬件电路的功能、原理及设计思想进行了探讨,分析了关键器件LED发光管和红外传感器的特性,设计了相应的驱动电路和稳压电路;由于LED发光管的功率较小,针对弱信号检测,设计了前置放大器和滤波器。在硬件设计的基础上,编写了相应的软件,实现了数据采集的功能。最后分析了影响精度的系统因素、环境因素、材质因素、光源驱动电路、稳压电路、信号处理电路等因素对测量结果的影响,并提出了改进和提高的方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题的背景及研究的目的和意义
• 1.3 薄膜厚度的测量方法
• 1.3.1 激光测厚法
• 1.3.2 探针测厚法
• 1.3.3 射线测厚法
• 1.3.4 红外线测厚法
• 1.4 国内外研究现状
• 1.4.1 国内研究现状
• 1.4.2 国外研究现状
• 1.5 本论文主要研究内容
• 第2章 测厚原理研究和测量系统总体方案
• 2.1 红外测厚方法
• 2.1.1 红外透射法
• 2.1.2 红外反射法
• 2.2 透射法测厚原理
• 2.3 薄膜厚度在线测量系统设计
• 2.3.1 传统的红外透射测厚方法
• 2.3.2 光源的设计
• 2.3.3 红外接收器的选择
• 2.3.4 信号处理电路
• 2.4 薄膜厚度在线测量系统总体方案
• 2.5 本章小结
• 第3章 薄膜厚度在线测量系统的硬件实现
• 3.1 测量环节的硬件实现
• 3.1.1 光源的设计实现
• 3.1.2 AC-DC200V稳压电路的设计实现
• 3.1.3 前置放大器的设计
• 3.1.4 滤波器的设计
• 3.2 薄膜厚度在线测量系统主控板的设计实现
• 3.2.1 薄膜厚度在线测量系统主控芯片选择
• 3.2.2 主控板电源设计
• 3.2.3 测试接口
• 3.2.4 时钟电路
• 3.2.5 复位电路
• 3.2.6 通信接口
• 3.2.7 A/D转换
• 3.3 本章小结
• 第4章 薄膜厚度在线测量系统下位机的软件设计
• 4.1 DSP软件开发平台简介
• 4.2 下位机主程序设计
• 4.2.1 初始化模块
• 4.2.2 数据采集模块
• 4.3 本章小结
• 第5章 薄膜厚度在线测量系统精度分析
• 5.1 影响测量系统精度的因素
• 5.1.1 光开环式测量系统
• 5.1.2 平衡式测量系统
• 5.1.3 非线性因素的影响
• 5.1.4 薄膜材质和添加成分
• 5.2 本系统的精度的分析
• 5.2.1 光源驱动电路
• 5.2.2 光敏电阻稳压电路
• 5.2.3 前置放大器
• 5.2.4 AD采样
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间申请及已获得的专利
• 致谢