Система для оптимального решения задачи определения параметров линейных неоднородных материалов

 

СИСТЕМА ДЛЯ ОПТИМАЛЬНОГО ; РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЛИНЕЙНЫХ НЕОДНОРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ, содержащая преобразователь параметра в напряжение, датчик линейных перемещений, измерительный элемент, . блок задания перемещения измерительного элемента, два блока вычитания , схему сравнения, источник опорных напряжений элементы И, ИЛИ, элементы задержки, блок отображения, блок регистрации, блок сравнения, блок регистровой памяти, первый и второй информационные выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами первого блока вычитания, выход которого соедийен .с первым входом первого элемента И, третий информационный выход блока регистровой памяти соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого соединен с первым информационным входом блока регистровой памяти четвертый информационный выход которого соединен с первым входом второго элемента И, пятый информационный выход подключен к первому входу третьего элемента И, шестой информационный выход подключен к первому входу второго блока вычитания, первые входы четвертого и пятого элемен-. тов И соединены с первыми входом управления вводом начальных условий cиcтeмы первые входы шестого и седьмого элементов II соединены с вторым входом управления вводом начальных условий системы, вход пуска подключен к пусковому входу источника опорных напряжений, выход которого подключен к первому сл входу схемы сравнения, выход датчика линейных перемещений соединен с вторыми входами четвертого и шестого элементов И, выходы которых подключены соответственно к второму и третьему информационным входам блока регистровой памяти, о т личающ . аяся тем, что, с целью повышения быстродействия и Од точности определения параметров, в vj ней седьмой информационный выход Од блокарегистровой памяти подключен к первому входу восьмого элемента И, выход которого соединен с первым входом элемента ШШ, выход которого соединен с входом блока деления, выход которого через первый элемент задержки соединен с четвертым и пятым информационными входами блока регистровой памяти и с первым информационным входом блока задания перемещения измерительного элемента , выход которого соединен с вхо

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (H) (51) 4 G 06 F 15/20

Р

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ б (21) 3684679/24-24 (22) 04.01.84 (46) 15.07.85. Бюл. Р 26 (72) Е.В. Бодянский, А.А. Галузо, С.П. Горелов, О.А. Золотухин, О.К. Илюнин и Б.В. Новиков (71) Харьковский ордена Трудового

Красного Знамени институт радиоэлектроники им. акад. M.К. Янгеля (53) 681.325.22 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 902021, кл.. С 06 F 15/20, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 1051544, кл. С 06 F 15/20, 1982 (прототип). (54)(57) СИСТЕМА ДЛЯ ОПТИМАЛЬНОГО

РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТР0В ЛИНЕЙНЫХ НЕОДНОРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ, содержащая преобразователь параметра в напряжение, датчик линейных перемещений, измерительный элемент, блок задания перемещения измерительного элемента, два блока вычитания, схему сравнения, источник опорных напряжений, элементы И, ИЛИ, элементы .задержки, блок отображения, блок регистрации, блок сравнена, блок регистровой памяти, первый и второй информационные выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами первого блока вычитания, выход которого соединен.с первым входом первого элемента И, третий информационный выход блока регистровой памяти соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого соединен с первым информационным входом блока регистровой памяти, четвертый информационный выход которого соединен с первым входом второго элемента И, пятый информационный выход подключен к первому входу третьеб

ro элемента И, шестой информационный выход подключен к первому входу второго блока вычитания, первые входы четвертого и пятого элемен". тов И соединены с первыми входом управления вводом начальных условий системы первые входы шестого и седьмого элементов И соединены с вторым входом управления вводом начальных условий системы, вход пуска подключен к пусковому входу источника опорных напряжений, выход которого подключен к первому входу схемы сравнения, выход датчика линейных перемещений соединен с вторыми входами четвертого и шестого элементов И, выходы которых подключены соответственно к второму и третьему информационным входам блока регистровой памяти, о т л и ч а ю щ, а я с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности определения параметров, в

% ней седьмой информационный выход блока- регистровой памяти подключен к первому входу восьмого элемента И, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом блока деления, выход .которого через первый элемент задержки соединен с четвертым и пятым информационными входами блока регистровой памяти и с первым информационным входом блока задания перемещения измерительного элемента, выход которого соединен с вхо1 дом преобразователя параметра в напряжение, выход которого подключен к вторым входам пятого и седьмого. элементов И и к первому входу девятого элемента И, выходы которых подключены соответственно к шестому, седьмому и восьмому информационным входам блока регистровой памяти, восьмой информационный выход которого соединен с первым входом десятого элемента И и с вторым входом блока вычитания, выход которого соединен с вторым входом схемы сравнения, выход которой соединен с входом блока сравнения, выход которого соединен с вторыми входами. второго, третьего,. девятого и десятого элементов И и с

167617 первым и вторым управляющими входа. ми сдвига. блока регистровой памя ти, выход десятого элемента И сое-. динен с первым информационным входом блока регистрации, выход второго элемента И соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход третьего элемента И через второй элемент задержки соединен с вторыми информационными входами блока задания перемещения измерительного элемента и блока регистрации, девятый ин.формационный выход блока регистровой памяти соединен с информационным входом источника опорных напряжений, второй вход восьмого элемента И соединен с входом пус-ка системы.

10 му (2 .

25

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для измерения параметров, а также идентификации характеристик линейных неоднородных материалов с наперед заданной точностью„ например для измерения удельного сопротивления и восстановления функциональной зависимости удельного сопротивления полупроводникового монокристалла от его длины для последующего раскроя.

Известно устройство для поиска оптимального решения задачи одномерного раскроя, содержащее блок ввода параметров, блоки коммутации, аналоговые сумматоры, блок сравнения, элемент И, генератор тактовых импульсов, регистр сдвига, шифратор j1) .

Это устройство решает задачу оптимального раскроя полупроводниковых монокристаллов на сортовые заготовки, однако координаты точек раскроя должны быть предварительно определены.

Наиболее близким к предлагаемому по .технической сущности является устройство, содержащее измерительный элемент, датчик линейных перемещений, блок согласования, блок выделения экстремальных значений напряжений, элементы И, блок памяти, блок вычитания, блоки умножения, блоки деления, блоки логарифмирования, блоки сравнения, блок удвоения, блок опорного напряжения, блок регистрации. При этом используется четырехзондовый способ из4 мерения, что дает возможность определять координаты раскроя линейных неоднородных материалов с учетом разброса удельного сопротивления по поперечному сечению и объеЭто устройство требует больших временных затрат, так как предварительно производятся измерения.и поиск экстремальных значений удельного сопротивления на торцовых поверхностях, а потом расчет коорди-. нат точек раскроя. Очень часто. для создания общей картины по линейному неоднородному материалу для последующего раскроя требуется произвести измерения удельного сопротивления на образующей слитков в точках, где разность удельных сопротивлений меньше заданной погрешности. Целью изобретения является повышение быстродействия и точности определения параметров.

5 (0

15

55

3 1

Поставленная цель достигается тем, что в системе, содержащей преобразователь параметра в напряжение, датчик линейных перемещений, измерительный элемент, блок задания перемещения измерительного элемента, два блока вычитания, схему сравнения, источник опорных напряжений, элементы И, ИЛИ, элементы задержки, блок отображения, блок регистрации, блок сравнения, блок регистровой памяти, первый и второй информационные выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами первого блока вычитания, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, третий информационный выход блока регистровой памяти соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого соединен с первым информационным входом блока регистровой памяти, четвертый информационный выход которого соединен с первым входом второго элемента И, пятый информационный выход подключен к первому входу третьего элемента И, шестой информационный выход подключен к первому входу второго блока вычитания, первые входы четвертого и пятого элементов И соединены с первым входом управле» ния вводом начальных условий системы, первые входы шестого и седьмого элементов И соединены с вторым входом управления вводом начальных условий системы, вход пуска систе" мы подключен к пусковому входу источника опорных напряжений, выход которого подключен к первому входу схемы сравнения, выход датчика линейных перемещений соединен с вторыми входами четвертого и шестого элементов И, выходы которых подключены соответственно к второму и третьему информационным входам блока регистровой памяти, седьмой инфор" мационный выход блока регистровой памяти подключен к первому входу восьмого элемента И, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом блока деления, выход которого через первый элемент задержки соединен с четвертым и пятым информационными входами блока регистровой памяти и с первым информационным входом блока задания пе167617 4 ремещения измерительного элемента выход которого соединен с входом преобразователя параметра в напря-. жение, выход которого подключен к вторым входам пятого и седьмого элементов И и к первому входу девятого элемента И, выходы которых подключены соответственно к шестому, седьмому и восьмому информационным входам блока регистровой памяти, восьмой информационный выход которого соединен с первым входом десятого элемента И и с вторым входом блока вычитания, выход которого соединен с вторым входом схемы сравнения, выход которой соединен с входом блока, выход которого соединен с вторыми входами второго, третьего, девятого и десятого элементов И и с первым и вторым управляющими входами сдвига блока регистровой памяти, выход десятого элемента И соединен с первым информационным входом блока регистрации, выход второго элемента И соединен с вторым входом элемента

ИЛИ, выход третьего элемента И через второй элемент задержки соединен с вторыми информационными входами блока задания перемещения измерительного элемента и блока регистрации, девятый информационный выход блока ре| истровой памяти соединен с информационным входом источника опорных напряжений, второй вход восьмого элемента И соединен с входом пуска системы.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемой системы; на фиг. 2 — схема блока памяти.

Система содержит блок 1 регистровой памяти, блок 2 деления, блок 3 задания перемещения измерительног0 элемента, преобразователь 4 параметра (удельного сопротивления) в напряжение, датчик 5 линейных перемещений, блоки 6 и 7 вычитания,. схемы 8 сравнения, блок 9 сравнения, источник 1О опорных найряжений, элементы 11 и 12 задержки, элемент

ИЛИ 13, элементы И 14 — 23, блок 24 регистрации, входы 25, 26 н 27.

Рассмотрим работу устройства при восстановлении зависимости удельного сопротивления f полупроводникового монокристалла от его длины 8 с заданной точностью Р.

1 167617 6

В исходном состоянии в блоке 1 памяти записаны нули. Измерительный ,элемент (головка) вместе с датчиком 5 линейных перемещений находится в крайнем левом положении на полупроводниковом образце. На выходе преобразователя 4 параметра. в напряжение присутствует напряжение U „ „, соответствующее измеренному удельному сопротивлению, а 10 на выходе датчика 5 — напряжение

Б, соответствующее измеренному )in расстоянию от начала отсчета. Измеренные напряжения поступают на входы элементов И 14 и 17 соответ- 15 ственно. При нажатии кнопки на вход

25 поступает сигнал, и информация об измеренных значениях заносится соответственно в ячейку и в первый регистр первой цепочки последова- 20 тельно соединенных регистров блока 1 памяти. Затем измерительная головка вместе с датчиком 5 линейных перемещений переводится в крайнее правое положение на полупроводни- 25 ковом монокристалле. На выходах преобразователя 4 и датчика 5 линейных перемещений формируются соответственно напряжения U u Up, co"min

max ответствующие измерейным значениям удельного сопротивления и расстоянию от начала отсчета. Эти напряжения поступают на входы элементов

И 16 и 15. При нажатии кнопки на входе 26 информация об измеренном значении максимального расстояния заносится в ячейку блока 1 памяти, с выходов которого сигналы, соответствующие максимальному и минимальному расстоянию подаются на входы блока 7 вычитания, на выходе которого образуется разностный сигнал, I поступающий на вход элемента И 20, на второй вход которого подается сигнал в обратном коде с инверсносного выхода блока 1 памяти. Так как в исходном состоянии в этой ячейке блока 1 памяти записан нуль, то разностный сигнал проходит через элеI мент 20 и заносится в ячейку блока 50

1 памяти. Таким образом, на вход элемента 20 с инверсного блока 1 памяти поступает запрет на прохождение разностного сигнала. С прямого выхода блока 1 памяти разност- 55 ный сигнал подается на вход элемента И 23. Значение же U,„записывается в первый регистр первой цепочки последовательно соединенных регистров, а значение U ранее

/ ма записанное в этом регистре, сдвига-. ется во второй регистр. Сигналы с выходов этих регистров поступают на входы блока 6 вычитания. С выхода блока 6 вычитания разност(о) ный сигнал U подается на вход схемы 8. Таким образом, устройство готово к работе в автоматическом режиме.

При нажатии кнопки на вход 27 поступает сигнал пуска, который поступает на вход источника 10 опорных напряжений. На его выходе фоРмиРУется сигнал Ug соответствующий требуемой точности восстановления функциональной зависимости

Этот сигнал подается на вход схемы 8 сравнения, в которой он срав— нивается с сигналом, поступающим на другой вход. Разностный сигнал (о)

U „ — U g подается на вход блока 9 .

В зависимости от знака сигнала возможны различные режимы дальнейшей работы устройства .

<о)

Пусть U — Ug>0. При наличии сигнала пуска на вход элемента 23 также подается разрешающий сигнал, тогда напряжение 0 через этот элемент и элемент ИЛИ 13 поступает на вход блока 2, который, действуя, например, по принципу дихотомии, вырабатывает сигнал 1) Цр соЭ ответствующий новому положению измерительной головки. Этот сигнал, пройдя элемент 11 задержки, запоминается в первом и втором регистрах второй цепочки из последовательно соединенных регистров, а также подается на блок 3, который переводит измерительную головку в новое положение. На выходе преобразователя 4 формируется напряжение., соответствующее измеренному значению удельного сопротивления р)

Этот сигнал, пройдя открытый положи-, тельным потенциалом с выхода блока 9 элемент И 18, заносится во второй регистр первой цепочки последовательно соединенных регистров блока 1 памяти. Записанная во втором регистре информация о значении

))щ „сдвигается в третий регистр этой же цепочки. Сигналы Up „,) и

Up с выходов первого и второго регистров поступают на входы. блока 6 вычитания. С выхода блока 6 вычитания разностный сигнал подается

1167617 8

15 на вход схемы 8. Сигнал с выхода второго регистра второй цепи через элемент И 21 не проходит, так как íà его вход поступает сигнал запрета с выхода блока 9. С 5 выхода схемы 8 разностный сигнал подается на вход блока 9. Если

U r — U 0 то на вход элемента (<) И 22 поступает разрешающий сигнал и напряжение U = Ug через этот элемент и элемент ИЛИ 13 поступает на вход блока 2. Вычисляется новая координата, и сигнал Пд, = U< <, соответствующий ее значению, через элемент 11 задержки поступает на вход блока 3, а также запоминается в первом регистре блока 1 памяти, стирая ранее записанную в него информацию, и заносится во второй регистр второй цепочки из 20 последовательно соединенных регистров, сдвигая ранее запомненную координату в третий регистр. Блок 3 пе.реводит измерительную головку в но вое положение на полупроводниковом 2 монокристалле. С выхода преобразователя 4 сигнал, соответствующий измеренному значению удельного сопротивления Р, заносится через открытый элемент И 18 во второй регистр первой цепочки из последо- . вательно соединенных регистров.

При этом ранее запомненные значения сдвигаются по цепи в соседние регистры. Теперь в первом регистре записано р> во втором — P, в

3S третьем — О„, в четвертом

С выходов первого и второго регистров сигналы Бр ; к По поступают на входы блока б вычитания.

Разностный сигнал сравнивается затем с сигналом UP в схеме 8 сравнения. Знак сформированного схемой 8 сигнала анализируется в блоке 9.

Пусть теперь U — Ug< 0. В таком 45

hP случае на входы элементов И 22 и 18 поступает сигнал, запирающий их, на вход элемента И 19 — разрешающий сигнал и значение измеренного удельного сопротивления с выхода второ- 50 го регистра первой цепи подается через элемент 19 на вход блока 24 регистрации и фиксируется им. С выхода блока 9 сигнал поступает также на входы последних регистров обеих цепочек из последовательно соединенных регистров блока 1 памяти, и информация сдвигается на один регистр ю к началу цепи. Теперь сигнал с выхода второго регистра второй цепи через открытый элемент И 21 потенциалом с выхода блока 9 подается на вход блока 24 регистрации и вход блока 3. Таким образом, блок 24 регистрации фиксирует значение удельного сопротивления (в данном случае р ) и соответствующее ему значение координаты на полупроводниковом монокристалле. На входы блока б вычитания теперь подаются сигналы Up и U, . Разностный сигнал сравнивается в схеме 8 с Up, и знак разнос 1 ти анализируется блоком 9. Если

U — U > О, то дальнейшая работа про(2 1

И, ю исходит аналогично. Если U „ — U О, то этот скгнал поступает на входы последних регистров обеих цепочек блока 1 памяти, сдвигает всю информацию в соседние регистры к началу цепи. Значение удельного сопротивления Р и соответствующая ему коорди-. ната фиксируется блоком 24 регистрации, а на вход блока 6 вычитания поступает следующая пара ранее за помненных значенкй удельных сопротивлений. Если все сравнения удельных сопротивлений, записанных в первой цепи регистров, произведены, то-. сигнал с инверсного выхода второго регистра первой цепи регистров блока 1 памяти, в котором в этом случае записан нуль подается на вход "Останов" источника 10 опорных напряжений и устройство автоматически выключается. Таким образсм, процесс разбивки линейного неоднородного материала на отрезки с заданной разностью удельных сопротивлений происходит по методу дихотомии. А именно, длину полупроводникового образца Я делят пополам и замеряют удельные сопротивления в точках 2 и l/2. Если модуль разности /Pg< — Pe/ больше заданной погрешности, то этот отрезок де- . лят опять пополам и проверяют разность удельных сопротивлений в точках 3!4м и t ((P> <<- ðÄè т.д., до тех пор, пока модель разности//3 »вЂ”

-@не станет меньше погрешности.

Таким образом, найдена первая точка разбивки ». Далее рассматривается отрезок, находящийся левее от точки Ф, и проверяется модель разности удельных сопротивлений на его концах. Если модель разности больше

9 погрешности, то производится. деление отрезка выше изложенной последовательности, а если меньше, то найдена вторая точка и переходим к рассмотрейию отрезка, находящегося слева от данного. В результате образец будет разбит на такие отрезки, для которых модуль разности удельных сопротивлений на их концах будет меньше наперед заданной величины погрешности. Все значения проведенных измерений удельного сопро.тивления запоминаются в устройстве и при надобности используются, что повышает быстродействие за счет сок (1б761 7

10 ращения числа измеренйй и уменьшает износ зондов измерительной головки.

Полученная функциональная зависимость удельного сопротивления от длины полупроводникового образца с разбивкой последнего на отрезки с наперед заданной погрешностью используется при оптимизации решения задачи одномерного раскроя.

Блок памяти, изображенный на фиг. 2, состоит из трех эапоминаюI щих ячеек и двух цепочек, каждая из которых состоит из соединенных пос15 ледовательно регистров.

1167617.Яиг. г

Составитель А. Жеренов

Редактор Л. Алексеенко Техред А.Бабинец

Корректор Е. Сирохман

Подписное т

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Закаэ 4438/48 Тирах 710

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5