[發明專利]一種薄膜的厚度測量系統

在審

• 申請號: 202011024894.X
• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN111928789A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 楊文虎;張海康;黃存友;楊忠學;崔麗;付東洋
• 申請（專利權）人: 廣東海洋大學;廣東海洋大學深圳研究院;深圳和光新材料科技有限公司
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06
• 代理公司: 上海君立衡知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31389
• 代理人: 陳兆旺

1.一種薄膜的厚度測量系統，其特征在于，該測量系統包括：探測光纖、第一光纖探頭、第二光纖探頭、光電轉換器、解調放大器、光源、調制脈沖發生器、相敏檢波器、選通放大器、整流濾波器、積分型抗干擾器、數模轉換電路、單片機以及顯示模塊，其中，

所述探測光纖包括發射光纖、接收光纖和探頭光纖，所述發射光纖的一端對著所述光源，所述接收光纖的一端對著所述光電轉換器，所述發射光纖的另一端和所述接收光纖的另一端共同與所述探頭光纖的一端相通；

所述探頭光纖的另一端分別連接所述第一光纖探頭和所述第二光纖探頭，所述第一光纖探頭對著基材的表面上的薄膜的表面，所述第二光纖探頭對著所述基材的所述表面上的沒有薄膜的區域；

所述相敏檢波器具有兩個輸入端，所述相敏檢波器的其中一個輸入端依次連接所述調制脈沖發生器和所述光源，所述相敏檢波器的另一個輸入端依次連接所述解調放大器和所述光電轉換器；

所述相敏檢波器的輸出端依次連接所述選通放大器、所述整流濾波器、所述積分型抗干擾器、所述數模轉換電路、所述單片機以及所述顯示模塊；

所述單片機用于根據所述第一光纖探頭發出的光被所述薄膜的表面反射的反射光的強度和所述第二光纖探頭發出的光被所述沒有薄膜的區域反射的反射光的強度得到所述薄膜的厚度值。

2.如權利要求1所述的系統，其特征在于，

所述發射光纖，用于接收所述光源發送的檢測光，并將所述檢測光傳輸給所述探頭光纖；

所述探頭光纖，用于將所述檢測光分成第一束子檢測光和第二束子檢測光并分別傳輸給所述第一光纖探頭和所述第二光纖探頭；

所述第一光纖探頭用于將所述第一束子檢測光發射到所述基材的所述表面上的薄膜表面，并接收該薄膜表面反射的第一反射光，并將所述第一反射光傳輸給所述接收光纖；

所述第二光纖探頭用于將所述第二束子檢測光發射到所述基材的所述表面上的沒有薄膜的區域的表面，并接收該區域的表面反射的第二反射光，并將所述第二反射光傳輸給所述接收光纖；

所述接收光纖用于將所述第一反射光和所述第二反射光發送給所述光電轉換器。

3.如權利要求2所述的系統，其特征在于，

所述調制脈沖發生器，用于產生脈沖信號并向所述光源發送所述脈沖信號以控制所述光源發光以及向所述相敏檢波器發送該脈沖信號作為參考信號；

所述光電轉換器，具有兩個輸入端分別用于接收所述第一反射光和所述第二反射光；所述光電轉換器用于將接收到的所述第一反射光和所述第二反射光分別轉換為第一檢測電信號和第二檢測電信號，并傳輸給所述相敏檢波器；或者，所述光電轉換器為兩個，其中一個光電轉換器用于接收所述第一反射光并將所述第一反射光轉換為第一檢測電信號并傳輸給所述相敏檢波器，另一個光電轉換器用于接收所述第二反射光并將所述第二反射光轉換為第二檢測電信號，并傳輸給所述相敏檢波器；

所述相敏檢波器，用于從所述第一檢測電信號中提取與所述參考信號頻率以及相位一致的電信號作為第一有效檢測電信號并從所述第二檢測電信號中提取與所述參考信號頻率以及相位一致的電信號作為第二有效檢測電信號；

所述選通放大器，用于將所述第一有效檢測電信號進行功率放大并對與所述第一有效檢測電信號頻率不一致或相位不一致的的噪聲信號進行抑制，并將功率放大的所述第一有效檢測電信號發送給所述整流濾波器，將所述第二有效檢測電信號進行功率放大并對與所述第二有效檢測電信號頻率不一致或相位不一致的的噪聲信號進行抑制，并將功率放大的所述第二有效檢測電信號發送給所述整流濾波器。

4.如權利要求3所述的系統，其特征在于，

所述整流濾波器，用于將經過所述選通放大器處理后的所述第一有效檢測電信號和所述第二有效檢測電信號進行整流和濾波，并發送給所述數模轉換電路；

所述數模轉換電路，用于將所述整流濾波器處理后的所述第一有效檢測信號和所述第二有效檢測信號分別轉換為第一離散數字電信號和第二離散數字電信號；

所述單片機，用于根據所述第一離散數字電信號和所述第二離散數字電信號得到所述薄膜的厚度值，并將所述厚度值發送給所述顯示模塊；

所述顯示模塊，用于顯示所述單片機發送的所述厚度值。

5.如權利要求4所述的系統，其特征在于，所述單片機還用于根據所述第一光纖探頭的多個預設位移和每個位移對應的離散數字電信號的電壓值的關系，擬合所述第一光纖探頭的線性擬合方程：

y₁＝a₁x₁+b₁

其中，y₁為離散數字電信號的電壓值，x₁為所述第一光纖探頭的位移，a₁和b₁為擬合參數，所述第一光纖探頭的位移為所述第一光纖探頭和所述薄膜表面之間的距離；

所述單片機還用于根據所述第二光纖探頭的多個預設位移和每個位移對應的離散數字電信號的電壓值的關系，擬合所述第二光纖探頭的線性擬合方程：

y₂＝a₂x₂+b₂

其中，y₂為離散數字電信號的電壓值，x₂為所述第二光纖探頭的位移，a₂和b₂為擬合參數，所述第二光纖探頭的位移為所述第二光纖探頭和所述基材的所述表面上的沒有薄膜的區域的表面之間的距離；

所述單片機還用于根據所述第一光纖探頭的線性擬合方程、所述第二光纖探頭的線性擬合方程、所述第一離散數字電信號和所述第二離散數字電信號得到所述薄膜的厚度值△x:

△x＝x₂-x₁。