基于电容传感器的薄膜厚度测量系统研究

论文摘要

薄膜厚度的均匀性是评价薄膜质量的重要指标之一。随着印刷、包装、绝缘材料等行业对高品质薄膜需求的增加,传统的离线检测方式已经不能满足生产测试的需求,这就需要研制出一种能够在线检测薄膜厚度的系统,可以在保证薄膜质量的同时满足产量的要求。本文正是基于上述原因对薄膜厚度测量系统进行研究。本文利用电容传感器精度高、能量损耗小、无接触磨损等特点,制作了符合薄膜厚度测量要求的传感器探头,并在此基础上设计了电容传感器信号检测电路。在传感器探头的设计中,采用保护环技术及驱动电缆技术来避免边缘电场的影响和寄生电容的产生。在检测电路的设计中,通过对多种常用方案的比较,选用了电容容抗测量方案,在方案的设计中采用了信号处理技术、数模混合技术、数据采集技术、单片机编程技术及数码显示技术。在系统搭建完成后,本文首先进行了系统标定,得出系统的测量精度,然后通过温度漂移特性的测量,对系统进行了校正,最后给出系统的测量误差,并对误差产生的原因作了详细的分析。通过对系统测量结果的分析表明,应用电容传感器技术的薄膜测厚系统具有很高的测量精度及稳定性,为后续在线测量系统的设计奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 薄膜厚度测量的应用背景
• 1.2 薄膜测量方法概述
• 1.3 电容测厚系统研究的国内外现状
• 1.4 本课题的研究目的和主要研究内容
• 第二章 薄膜测厚系统工作原理
• 2.1 电容传感器工作原理及其类型
• 2.1.1 电容传感器工作原理
• 2.1.2 电容传感器类型
• 2.2 电容信号检测电路的方案选择
• 2.2.1 调频电路
• 2.2.2 运算放大器电路
• 2.2.3 二极管双T 形交流电桥
• 2.2.4 脉冲宽度调制电路
• 2.2.5 电容容抗测量电路
• 2.3 薄膜测厚系统总体设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 电容传感器探头的研究
• 3.1 电容传感器探头的检测原理
• 3.2 电场边缘效应的影响及保护环技术
• 3.2.1 电场的边缘效应
• 3.2.2 保护环技术
• 3.3 驱动电缆技术
• 3.4 电容传感器探头的设计与制作
• 3.5 本章小结
• 第四章 薄膜测厚系统硬件设计及软件实现
• 4.1 系统硬件电路设计
• 4.1.1 精密信号源电路设计
• 4.1.2 有效值转换电路设计
• 4.1.3 A/D 转换模块设计
• 4.1.4 主控模块设计
• 4.1.5 显示模块设计
• 4.1.6 测温模块设计
• 4.2 系统软件设计
• 4.2.1 软件总体设计
• 4.2.2 主程序设计
• 4.2.3 中断程序设计
• 4.3 系统抗干扰设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 薄膜测厚系统标定及误差分析
• 5.1 测量系统的标定及温度漂移的校正
• 5.1.1 测量系统的标定
• 5.1.2 薄膜测厚系统的测量精度
• 5.1.3 系统重复性测试
• 5.1.4 温度漂移特性的测量及补偿
• 5.2 测量结果及误差
• 5.3 影响系统误差的因素
• 5.3.1 传感器探头安装倾斜引起的测量误差
• 5.3.2 驱动电缆屏蔽问题引起的测量误差
• 5.3.3 温度漂移引起的测量误差
• 5.3.4 标定薄膜引起的误差
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 作者在攻读硕士期间的主要研究成果