基于红外技术的薄膜厚度在线测量系统研究

摘要

在薄膜生产和加工中，实现对薄膜厚度在线精确测量，对控制薄膜产品的精度和降低成本，有着非常重要的意义。本文通过一种基于红外线的薄膜厚度测量技术，实现对薄膜厚度实时在线的测量。
　　本文主要研究使用红外技术实现对薄膜厚度测量的原理，并在此原理基础上设计了以DSP为核心处理器的红外薄膜厚度在线测量系统。该系统主要包括红外信号发生电路、红外信号接收电路、模拟信号处理电路、数字信号核心处理器TMS320F2812以及人机交互界面。实现红外信号驱动、光电转换、模拟信号处理、AD采样、数字信号处理、数据的实时显示和人机交互等功能。
　　本系统基于Beer-Lambert原理，即利用透射光光强衰减程度和薄膜厚度之间满足该定理，通过最终测量透射光光强所对应的电信号实现对薄膜厚度的测量。为了尽量避免干扰，该在线测量系统加入了反馈装置。本文介绍了薄膜厚度在线测量系统的实现过程，对在线系统的软硬件部分分别进行了分析、设计和调试。
　　本系统以处理器TMS320F2812为核心，主要由光信号驱动电路、红外接收电路、模拟信号处理电路、AD采样和处理电路、人机交互四个部分组成。本文使用AVR单片机配合LM317稳压器来产生2.0kHz的方波，驱动红外发光管产生3.4um红外测量光；使用以Pbse红外光敏电阻为核心构成的红外接收电路获取红外透射光信号，经过光电转换转换成电信号，电信号经过前置信号处理和放大后，引入到模拟滤波芯片MAX275设计的标准带通滤波器中，最终得到信噪比较高的模拟信号；采用16位8通道AD7606对模拟信号和红外接收电路温漂信号进行信号采样，DSP核心处理器F2812使用FIR数字滤波器进行数字滤波，并将红外接收电路温漂信号作为反馈信号引入到数据计算中，利用Beer?Lambert原理，得到薄膜厚度与光强度关系；DSP核心处理器F2812和液晶显示触摸屏经过程序设计和通信设置，实现人机交互功能。
　　本系统应用CCS软件开发平台结合MATLAB中的滤波工具，实现对系统软件部分的编程，调试以及仿真。
　　实验结果表明，本系统能够排除干扰，在测量量程内实现精度控制在5％以内的指标要求，实现对薄膜厚度进行实时在线准确测量。

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目录

第1章 绪论

1.1课题来源

1.2课题背景

1.3世界发展现状

1.4主要研究内容

第2章 红外测厚的原理研究

2.1红外光谱分析

2.2红外光测厚研究

2.3本章小结

第3章 在线测量系统方案设计

3.1薄膜测厚系统总体设计原理

3.2信号检测部分方案设计

3.3薄膜测厚系统硬件总体方案设计

3.4薄膜测厚系统整体实现

3.5本章小结

第4章 在线测量系统硬件设计与实现

4.1模拟信号电路设计

4.2 AD模块部分设计

4.3人机交互硬件设计

4.4 DSP主控模块硬件设计

4.5本章小结

第5章 在线测量系统软件设计与实现

5.1 DSP软件开发平台简介

5.2薄膜测厚系统主程序设计

5.3 本章总结

结论

参考文献

声明

致谢