Измеритель толщины полимерных пленок Советский патент 1981 года по МПК G01B7/06 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля толщины полимерных пленок в процессе производства.

Известно устройство для измерения толщины диэлектрических материалов, содержащее два емкостных первичных преобразователя, включенных в измерительную мостовую схему 1 Наиболее близким по технической сущности к изобретению является измеритель толщины полимерных пленок,.содержащий измерительный и образцовый накладные емкостные первичные преобразователи, состоящие каждый из высо.копотенциального и низкопотенциального электродов, закрепленных на одной диэлектрической подложке, мостовую схему, генератор вырокой частоты, выход которого подключен к входу питания мостовой схемы, избирательный усилитель высокой частоты, подключенный к выходу мостовой схемы, амплитудный детектор, подключенный к выходу избирательного усилителя, и регистратор 2.

Недостатком этих устройств является невысокая точность измерения,обусловленная влиянием температуры на диэлектрические свойства подложки.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что измеритель снабжен делителем частоты, вход которого подключен к выходу генератора высокой частоты,избирательным усилителем частоты коммутации, вход которого подключен к выходу амплитудного детектора,синх-

10 ронным детектором, информационный вход которого подключен к выходу избирательного усилителя частоты коммутации; управляющий вход - к выходу делителя частоты, а выход - к регист15ратору, и двумя коммутаторами, первый вход первого из которых и второй вход второго подключены к высокопотенциальному электроду измерительного преобразователя, первый вход второго

20 коммутатора и второй вход первого подключены к высокопотенциальному электроду образцового преобразователя, управляющие входы коммутаторов подключены к выходу делителя частоты,

25 выход первого коммутатора подключен к первому входу мостовой схемы, а выход второго коммутатора и низкопотенциальные электроды первичных преобразователей подключены ко второму входу мостовой схемы. На чертеже приведена блок-схема устройства. Устройство содержит измерительный 1 и образцовый 2 накладные емкостные первичные преобразователи, состоящие каждый из ниэкопотенциального I и 2 и высокопотенциально го 1 и 2 электродов, закрепленных соответственно на одной диэлектрической подложке 3 и измеряемой пленк.е 4, коммутатор 5 и б, мостовую схему 7, входы которой подключены к выходам коммутаторов 5 и 6, генератор 8 высокой частоты, делитель 9 частоты, подключенный к выходу генератора 8, избирательный усилитель 10 высокой частоты, амплитудный дете тор 11, вход которого подключен к выходу усилителя 10, избирательный усилитель 12 частоты коммутации,синх ронный детектор 13, вход которого подключен к выходу усилителя 12, и регистратор 14, включенный на выходе синхронного детектора 13. Устрой.ствр работает следующим образом. Измерительный 1 и образцовый 2 пе вичные преобразователи накладываются на измеряемую пленку 4. Измерительные сигналы преобразователей поступают ,через коммутаторы 5 и б на входы мостовой схемы 7. При подключении измерительного преобразователя 1 К схеме, 7, высоко.потенциальный электрод2.2 образцов го преобразователя 2 подключается к низкопотенциальному электроду 2,1 и наоборот, при подключении образцового преобразователя 2 к схеме 7, высо копотенциальный электрод 1,2 измерительного преобразователя 1 подключается к низкопотенциальному электроду 1.1.Такое переключение электродо позволяет перераспределить электрические поля преобразователей в диэлектрической подложке 3 так) что при поочередном подключении этих датчиков к мостовой схеме 7 их элек рические поля будут пронизывать одни и те же слои диэлектрической под ложки 3. При этом все изменения диэлектри ческих свойств подложки 3 при изменении температуры, давления и т.д. будут в равной мере влиять на емкость измерительного и образцового преобразователей. При отсутствии контролируемой пленки 4 емкости преобразователей 1и2 будут одинаковы, вследствие это гО при поочередном их подключении .к мостовой схеме 7 с частотой комму тации в высокочастотном напряжении на выходе моста будет отсутствовать модуляция. При наложении контролируемой пленки 4 на измерительный преобразователь 1, емкость его возра.стает по отношению ...к емкости обра цового преобразователя 2. Так как амплитуда напряжения на выходе моста зависит от емкости подключаемого преобразователя, высокочастотное напряжение на выходе мостовой схемы 7 будет промодулировано с частотой коммутации. При этом глубина модуляции будет пропорциональна разности емкостей преобразователей 1 и 2. Это напряжение усиливается избирательным усилителем 10 высокой частоты и выпрямляется амплитудным детектором 11. Напряжение на выходе амплитудного детектора 11 будет иметь в своем составе постоянную составляющую и переменную составляющую с частотой коглмутации. Эта переменная составляюзая на выходе амплитудного детектора 11 выделяется и усиливается избирательным усилителем 12 частоты кo Sмyтaции. Амплитуда знакопеременного напряжения на выходе избирательного усилителя 12 будет пропорциональна разности емкостей преобразователей Это напряжение подается на вход синхронного детектора 13, на управляющий вход которого подано напряжение с выхода генератора 8 высокой частоты через делитель 9 частоты. На выходе синхронного детектора 13 появится выпрямленное напряжение, величина которого будет связана пропорциональной зависимостью с разностью емкостей преобразователей 1 и 2. Так как эта разность будет определяться емкостью, вносимой контролируемой пленкой 4, то напряжение на выходе синхронного детектора 13 будет функционально связано с толщиной пленки 4. Это напряжение подается на.регистратор 14. Электрические поля измерительного и образцового преобразователей 1 и 2 пронизывают одни и те же слои диэлектрической подложки 3, ори этом сигналы от этих преобразователей проходят через один и тот же измерительный канал. Следовательно, нестабильность параметров элементов всей измерительной схемы, а также изменение диэлектрических свойств подложки 3 будут в равной степени влиять на сигнал от образцового и измерительного преобразователей 1 и 2. Так как результат измерения получается из разности сигналов преобразователей 1 и 2 , то выходной сигнал измерителя не будет изменяться от дрейфа параметров элементов измерительной схемы и изменения диэлектрических свойств подложки, что повышает точность измерения. Формула изобретения Измеритель толщины полимерных пленок, содержащий измерительный и образцовый накладные емкостные первичные

преобразователи, состоящие каждый из высокопотенциального и низкопотенг циального электродов, закрепленных на одной диэлектрической подложке, мостовую схему, генератор высокой частоты, выход которого подключен к входу питания мостовой схемы, избирательный усилитель высокой частоты, подключенный к выходу мостовой схемы, амплитудный детектор, подключенный к выходу избирательного усилителя и регистратор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, он снабжен делителем частоты, вход которого подключен к .выходу генератора высокой частоты, избирательным усилителем частоты коммутации, вход которого подключен к выходу амплитудного детектора, синхронным детектором, информационный вход которого подключен к выходу избирательного усилителя частоты коммутации,управляющий вход - к выходу делителя частоты, а выход - к регистратору, и

двумя коммутаторами, первый вход первого из которых и второй вход второго подключены к высокопотенциальному электроду измерительного преобразователя, первый вход второго коммутатое ра и второй вход первого подключены к высокопотенциальному электроду образцового преобразователи, управляющие входы коммутаторов подключены к выводу делителя частоты, выход первого коммутатора подключен к первому

o входу мостовой схемы, а выход второго коммутатора и нйзкопотенциальные электроды первичных преобразователей подключены ко второму входу мостовой схемы.

5

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 344260, &л. G 01 В 7/06, 1972.

2.Авторское свидетельство СССР

№ 398814, кл, G 01 В 7/06, 1973 (прототип) .