Измеритель толщины полимерных пленок

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (щ966488 (61) Дополнительное к авт. сеид-вуР М К з (22) Заявлено 2703,81 (21) 3293047/18-28 с йрисоединением заявки ¹ (23) Приоритет—

G 01 В 7/06

Государственный комитет

СССР ло делам изобретений и открытий ($3) УДК 621 317 39 °

:531 ° 717(088.8) Опубликовано 151082, Бюллетень ¹ 38

Дата опубликования описания 171032

Н.М. Свиридов, Ю.A Скрипник, А.М. Свиридов, В.A Ефремов

ы (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ТОЛ 1ИНЫ ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНОК

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля толщины полимерных пленок в процессе про- 5 изводства.

Известно устройство для измерения толщины полимерных пленок, содержащее накладные емкостные первичные преобразователи и схему обработки измерительного сигнала (1 ).

Недостатком этого устройства является невысокая точность измерения, обусловленная влиянием факторов окружающей среды на диэлектрические свойства подложки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является измеритель толщины полимерных пленок, содержащий измерит ьн"й.и образцо- 20 вый накладные емкостные йервичные преобразователи, состоящие каждый из высокопотенциального и низкопотенциального электродов, закрепленных на одной диэлектрической подложке, два коммутатора, входы которых подключены к высокопотенциальным электродам, мостовую схему; вход которой подключен к вы« ходам коммутаторов, генератор высокой частоты, выход которого подключен к входу питания мостовой схемы, последовательно соединенные избирательный усилитель высокой частоты, вход которого подключен к выходу мостовой схемы, амплитудный детектор и избирательный усилитель частоты коммутации, синхронный детектор, информационный вход которого подключен к выходу избирательного усилителя частоты коммутации, делитель частоты, вход которого подключен к выходу генератора высокой частоты, а выход - к управляющим входам коммутаторов и к управляющему входу синхронного детектора и регистратор Г21.

Недостатком этого устройства является невысокая точность измерения, обусловленная наличием температурного и временного дрейфа коэффициента передачи разомкнутого измерительного тракта.

Цель изобретения -. повышение точи ности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что измеритель толщины полимерных пленок, содержащий измерительный и образцовый накладные емкостные пер вичные преобразователи, состоящие каждый из высокопотенциальных и низкопотенциальных электродов, закреп966488

55 ленных на одной диэлектрической под.ложке, два коммутатора, входы которых подключены к высокопотенциальным электродам, мостовую схему, вход которой подключен к выходам коммутаторов, генератор высокой частоты, выход :ко- 5 торого подключен к входу питания мостовой схемы, последовательно соединенные избирательный усилитель высокой частоты, вход которого подключен к выходу мостовой схемы, амплитудный 10 детектор и избирательный усилитель частоты коммутации, синхронный детек тор, информационный вход которогоподключен к выходу избирательного усилителя частоты коммутации, делитель 15 частоты, вход которого подключен к выходу генератора высокой частоты, . а выход - к управляющим входам коммутаторов и к управляющему входу синхронного детектора и регистратор, снабжен основным управляемым конденсатором, включенным между.высокопотенциальным и низкопотенциальным электродами образцового преобразователя, компенсационным управляемым конденса- 5 тором, включенным между высокопотенциальным и низкопотенциальным электродами измерительного преобразователя, двумя делителями напряжения, выходы которых подключены к управляющим входам управляемых конденсаторов, источником эталонного напряжения, подключенным к входам делителей напряжения, фильтром нижних частот, вход которого подключен к выходу син-35 хронного детектора, усилителем постоянного тока, вход которого подключен к выходу фильтра нижних частот, а выход - к второму управляющему входу основного управляемого конденсатора и к регистратору.

На чертеже приведена блок-схема измерителя толщины полимерных пленок.

Устройство содержит измерительный

1 и образцовый 2 накладные емкостные 45 первичные преобразователи, состоящие каждый из низкопотенциальных 1.1 и

2.1 и высокопотенциальных 1.2 и 2 .2 электродов, закрепленных на диэлектрической подложке 3, регистратор 4, компенсационный 5 и основной 6 управ- . ляемые конденсаторы, включенные меж.ду,высокопотенциальным.:и низкопотенциальным электродами соответственно измерительного 1 и образцового 2, преобразователей, делители 7 и 8 напряжения, источник 9 эталонного напряжения, подключенный к входам делителей 7 и 8, коммутаторы 10 и 11, подключенные к высокопотен-. циальным электродам соответственно .образцового 2 и измерительного 1 преобразователей, мостовую схему 12, подключенную к .выходам коммутаторов, генератор 13 высокой частоты, подключенный ко входу питания мостовой 65 схемы 12, делитель 14 частоты, вклюю ченный на выходе генератора 13, по= следовательно соединенные избирательный усилитель 15,высокой частоты, амйлитудный детектор 16 и избирательный усилитель 17 частоты коммутации, синхронный детектор 18, последовательно включенные фильтр 19 нижних частот и усилитель 20 постоянного тока, выход которого подключен к регистратору 4.

Устройство работает следующим об» разом.

Неодинаковость емкостей измерительного 1 и образцового 2 первичных преобразователей при отсутствии иэмеряемой пленки устраняетая при помощи двух управляемых конденсаторов компенсационного 5 и основного б.

Применение управляемого компенсационного конденсатора 5 позволяет более полно компенсировать температурную и временную. нестабильность, управляемого основного конденсатора б. В качестве управляемых конденсаторов 5 и б могут быть использованы, например, специально подобранные по идентичности параметров варикапы. При помощи делителей 7 и 8 напряжения, которые подключены к источнику 9 эталонного напряжения, подают на управляемые конденсаторй 5 и б такие значения напряжения, при которых раз-. ность емкостей первичных преобразователей 1 и 2 близка к нулю.

Измеряемые сигналы преобразователей 1 и 2 поступают через коммутаторы 10 и 11 на входы мостовой схемы

12, к входу питания которой подключен::.генератор 13 высокой частоты.

Напряжение с выхода генератора 13 по дается также на управляющие входы коммутаторов 10 и 11 через делитель

14 частоты.

При подключении измерительного преобразователя 1 к схеме 12 высокопотенциальный электрод 2.2 образцового преобразователя 2 подключается к низкопотенциальному электроду

2.1, и наоборот, при подключении образцового преобразователя 2 к схеме 12 высокойотенциальный электрод

1.2 измерительного преобразователя

1 подключается к низкопотенциальному электроду 1,1. Такое переключение электродов позволяет перераспреде" лить электрические поля преобразователей 1 и 2 в диэлектрической подложке 3 так, что при поочередном подключении этих преобразователей к мостовой схеме 12 их электрические поля будут пронизывать одни и те же слои диэлектрической подложки 3. При этом все изменения диэлектрических свойств подложки 3-при изменении температуры, давления и т.д; будут в равной мере влиять на емкость измериf

966488

Формула изобретения

Измеритель толщины полимерных пленок, содержащий измерительный и образцовый накладные емкостные первичные преобразователи, состоящие каждый из высокопотенциального и низкопотенциального электродов, закрепленных на одной диэлектрической подложке, два коммутатора, входы которых подключены к высокопотенциальным электродам, мостовую схему, 6© вход которой подключен к выходам коммутаторов, генератор высокой частоты,, выход которого подключен к входу питания мостовой схемы, последовательно соединенные избиратель6$ ный усилитель высокой частоты, вход тельного 1 и образцового 2 преобразователей.

При наложении контролируемой пленки на измерительный преобразователь

1, емкость его возрастает по отношению к емкости образцового преобразователя 2. Так как амплитуда напряжения на выходе моста зависит от емкости подключаемого преобразователя, высокочастотное напряжение на вы. ходе мостовой схемы 12 промодулировано с частотой коммутации. При этом глубина модуляции пропорциональна разности емкостей преобразователей

1 и 2. Это напряжение усиливается избирательным усилителем 15 высокой частоты и выпрямляется амплитудным детектором 16. Напряжение на выходе амплитудного детектора 16 будет имет в своем составе постоянную составляю щую и переменную составляющую с частотой коммутации. Эта переменная составляющая на выходе амплитудного детектора 16 выделяется и усиливается избирательным усилителем 17 частоты коммутации. Амплитуда знакопеременного напряжения на выходе избирательного усилителя 17 пропорционал на разности емкостей преобразователей 1,2. Это напряжение подается на информационный вход синхронного детектора 18, на управляющий вход которого подано опорное напряжение с выхода генератора 13 высокой часто ты через делитель 14 частоты. На выходе синхронного детектора 18 появляется выпрямленное напряжение, величина которого связана пропорциональной зависимостью с разностью емкостей преобразователей 1 и 2. Так как эта разность определяется емкостью, вносимой контролируемой пленкой, то напряжение на выходе синхрон ного детектора 13 функционально связано с толщиной пленки. Это напряжение подается через фильтр 19 нижних частот на усилитель 20 постоянного тока, с выхода которого усиленное напряжение подается на регистратор

4 и на второй управляющий вход конденсатора 6.

Емкость управляемого конденсатора

6, под воздействием приложенного напряжения с выхода усилителя 20, изменяется на такую величину, которая почти равна емкости, привнесенной измеряемой пленкой в измерительный преобразователь 1 ° При этом суммарная емкость измерительного преобра" зователя 1 с пленкой и компенсационного конденсатора 5 будет всегда отличаться от суммарной емкости образцового преобразователя 2 и основного конденсатора 6 на небольшую величину ьС, которая обуславливает небольшую остаточную модуляцию высо кочастотного напряжения на выходе мостовой схемы 12, что в конечном счете, посредствоы усилительно-преобразовательного тракта измерительной системы обеспечивает поддержание . напряжения на управляющем входе конденсатора 6 на необходимом уровне.

Величина 3 С будет тем меньше, чем больше коЭффициент передачи (усиления) всего измерительного тракта.

Таким образом, приращение емкости в измерительном преобразователе 1, обусловленное изменением толщины пленки вызывает почти такое же по

Величине приращение емкости в управ.ляемом конденсаторе 6.. Поэтому зави-.

35 симость емкости от толщины пленки у конденсатора 6 будет почти такой же, как и у измерительного преобразователя 1. Так как емкость конденсатора 6 связана функционально с напряжением, подаваемым на его управляющий вход с усилителя 20, то это на пряжение имеет также функциональную связь с толщиной пленки. Причем это напряжение будет зависеть лишь от тол25 щины пленки и не будет практически изменяться из-за дрейфа и нестабильности коэффициенга передачи всего измерительного тракта (если коэффициент передачи тракта достаточно велик). для исключения влияния на результат измерения температурного и временного дрейфа емкости управляемого конденсатора 6, к измерительному преобразователю 1 подключен компенсацион ный управляемый конденсатор 5. Эффект компенсации достигается тем, " что компенсационный управляемый конденсатор 5 имеет такие же параметры температурного и временного дрейфа, как и раббчий конденсатор 6.

Использование предлагаемого измерителя позволяет довысить точность измерения толщины полимерных пленок

45 прй наличии дестабилизирующих факторов внешней среды.

966488

Составитель В. Николаев

Редактор И. Касарда ТехредА.Бабинец КорректорН.Король

Заказ 7829 56 Тираж 614 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, которого подключен к выходу мостовои схемы, амплитудный детектор и избирательный усилитель частоты коммутации, синхронный детектор, информационный вход которого подключен к выходу избирательного усилителя 5 частоты коммутации, делитель частоты, вход которого подключен к выходу генератора высокой частоты, а выход-, к управляющим входам коммутаторов и к управляющему входу синхронного 10 детектора, и регистратор, о т л и» ч а ю шийся тем, что, с целью повыаения точности измерений, он снабжен основным управляемым кондене сатором, включенным между высокопотенциальным и низкопотенциальным электродами образцового преобразователи, компенсационным управляемым конденсатором, включенным между высокопотенциальным и низкопотенциальсО ным электродами измерительного преобразователя, двумя делителями напряжения, выходы которых подключены к управляющим входам управляемых конденсаторов, источником эталонного напряжения, подключенным к входам делителей напряжения, фильтром нижних частот, вход которого подключен к выходу синхронного детектора, усилителем постоянного тока, вход которого подключен к выходу фильтра нижних частот, а выход - к второму управляющему входу основного управляемого конденсатора и к регистратору.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

У 398814, кл. Ь 01 В 7/06, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2930531 18-23, кл. G 01 В 7/06, 1980 (прототип).