本发明专利技术涉及一种借助于光源(121)测量层(2)的厚度(d)的方法，该光源利用光束(121A)照射该层，该光源由具有调制频率fm的正弦控制信号(11)来控制，这样该光束呈现出在所述调制频率上被正弦调制的光功率(21)，所述测量方法包括：利用检测器设备(130)确定该光功率和该控制信号之间的校正相移利用该光束对该层进行加热；利用该检测器设备检测该层所辐射的热通量(131A)的正弦分量(31)；计算该辐射的热通量的正弦分量与该光束的光功率之间的相移同时考虑该校正相移；并且根据所述相移确定所述材料层的厚度。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及计量学领域。 更具体地，本专利技术涉及一种利用发射器设备发射光束以便加热材料层这种方式来 测量所述材料层的厚度的方法。 本专利技术发现电镀金属基底的方法中的一个特别有利的应用，该方法用于确定沉积 在金属基底上的锌层的厚度。 本专利技术还提供用于确定材料层的厚度的测量装置。
技术介绍
文献EP 0233120和US 2002/031164披露了利用光束发射器设备测量材料层的厚 度的方法，该光束发射器发射光束以便加热所述材料层。 上述这两个文献中描述的测量方法提出了仅能够以相对的方式来确定材料层的 厚度的缺点。 利用那种类型的方法，必须依靠具有已知厚度的层的参考样本以便测量任何样本 上材料层的厚度。 除了精度普遍较低以外，这些方法常常执行复杂。 其他方法能够对材料层的厚度以绝对的方式进行测量，在这个意义上它们不需要 任何参考样本。 因此，文献"进行光谱和材料性能的空间映射的光热福射技术（Photothermal radiometry for spatial mapping of spectral and materials properties''(Nordal 和 Kandstad，Scanned Image Microscopy，Academic Press，伦敦，1980 年）披露了用于测量 材料层的厚度的光热辐射技术。 这些光热辐射技术是基于利用红外检测器来测量材料层的表面温度中的变化，通 过强光源（例如激光源）发射的强激光束在一个加热点上对材料层进行局部加热，该红外 检测器测量材料层所辐射的热通量。 由材料层所辐射的热通量通常强度低且有非常多的噪声，因此测量的信噪比不 佳。 使用同步检测方法也是众所周知的，在该方法中使用具有光功率的光束，在已知 的调制频率上对该光功率进彳丁正弦调制。 对光束的光功率进行调制使得该光源发射的光束所加热的材料层的温度也被调 制。 由于材料层的表面上的温度变化，那么光热检测器传送的测量信号还呈现振荡现 象，该信号代表局部加热点的材料层所辐射的热通量。 在一种同步检测方法中，还使用锁相放大器（或"锁定放大器"）进行模拟滤波。 该放大器接受作为输入的未滤波的信号，该信号是光热检测器传送的所述测量信 号乘以代表光束的已调制光功率的"光"信号的积，并且在它的输出上它传送一个信号，该 信号代表光束的调制频率上的测量信号的正弦分量与光信号之间的相移。例如，在文献US 4513384中使用了这种放大器。 那么从这种相移的值（例如参见"利用激光束偏转的热波检测和薄膜厚度测量 (Thermal-wave detection and thin-film thickness measurements with laser beam deflection)'Applied Optics，Vol. 22, No. 20, pp. 3169-3176,10 月 15 日，1983 年）和从 材料层的一组热物理特性（例如它的导电性和它的热扩散性、它的光束的光吸收系数、或 甚至它的热变电阻）计算出材料层的厚度是可能的。 然而，利用锁相放大器来使用同步检测需要在一个长测量时间上进行测量，以便 算出未滤波信号的平均值，从而提高信噪比。 还已知文献"用于托卡马克壁的表面层表征的相位锁定激光主动高温测量术 (Phase lock-in laser active pyrometry for surface layer characterization of tokamaks walls)'，（(Melyukov 等人，10th International Conference on Quantitative Infrared Thermography，7月27-30日，2010年，魁北克）），该文献披露了一种测量材料层 厚度的方法，方式为： -通过光电二极管测量已调制的光功率； -通过高温计测量辐射的热通量；并且 -通过同步检测和锁相放大器，基于两个先前测量值来实时地确定测量信号与光 信号之间的相移。 不幸的是，利用两个不同检测器的这种测量方法对于确定辐射的热通量的正弦分 量与调制的光功率之间的相移的精度较低。 而且，这种方法的测量时间长。 最后，当材料层上的"热"辐射大量热通量时它不适于进行测量，这些热通量会带 来破坏激光器和检测器的风险，例如材料层出现大于或等于150摄氏度（°C )的温度。
技术实现思路
为了弥补现有技术的上述缺点，本专利技术提出了一种测量厚度的方法，该方法兼具 精确、快速，并且适合于当材料层的温度高时在"热"的情况进行厚度测量。 更具体地，本专利技术提供了一种利用发射器设备发射光束来测量材料层的厚度的方 法，该发射器设备由具有调制频率圪和控制相位雄《_的正弦控制信号电控制，这样所述光 束呈现出在所述调制频率圪上被正弦调制的光功率，所述测量方法包括： -用于校正所述发射器设备的校正步骤，该校正步骤包括使用光热检测器设备针 对所述调制频率圪来确定所述调制的光功率（21)与所述控制信号之间的校正相移 -加热步骤，该加热步骤用于通过利用所述光束照射所述材料层来加热所述材料 层； -检测步骤，该检测步骤用于利用所述光热检测器设备来检测所述加热的层所辐 射的热通量的正弦分量； -计算步骤，该计算步骤用于针对该控制信号的所述调制频率匕来计算该辐射的 热通量的所述正弦分量与该光束的所述调制的光功率之间的相同时考虑在所 述校正步骤中预先确定的所述校正相移A<peai;以及-确定步骤，该确定步骤用于根据该辐射的热通量的所述正弦分量与该光束的所 述调制的光功率之间的所述相移Aq>th/"pt来确定所述材料层的厚度（d)。 因此，通过本专利技术，精确且快速地确定材料层的厚度是可能的。 由于有利用该检测步骤中使用的相同光热检测器设备来执行的先前的校正步骤， 所以该光束的调制的光功率与控制该设备发射光束的控制信号之间的相移得到校正，从而 提高了确定该辐射的热通量和该调制的光功率之间的相移的精度。 材料层的厚度的后续测量的精度和速度因此也得到提高。 这种确定厚度的精度和速度上的改进有可能以完全安全的方式在"热"的情况下 进行测量，并且该精度比得上已有的"冷"测量方法的精度。不幸的是，这种"冷"测量方法 在有可能测量层的厚度之前需要等待层温度返回到小于或等于50°C的温度。 在本专利技术的测量方法的一个【具体实施方式】中： -在该检测步骤中，所述光热检测器设备传送代表所述辐射的热通量的测量信 号； -在所述检测步骤之后和在所述计算步骤之前提供数字滤波步骤，在该数字滤波 步骤中对所述测量信号进行滤波以便： -从所述测量信号提取正弦分量，在该控制信号的所述调制频率圪上对该正弦分 量进行调制；并且 -确定所述测量信号的所述正弦分量的测量相位并且 -在该计算步骤中，针对该控制信号的所述调制频率匕，从以下参数计算该辐射的 热通量的所述正弦分量与该光束的所述调制的光功率之间的所述相移 -该测量信号的所述正弦分量与所述控制信号之间的测量相移Δφ,ηι.,，即 -在所述校正步骤中预先确定的校正相移Acpi:a|。 因此本专利技术的测量方法有可能获得良好的信噪比，无需使用同步检测。 在此示例中对该测量信号进行本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用发射器设备(120；220)发射光束(121A)来测量材料层(2)的厚度(d)的方法，该发射器设备由具有调制频率fm和控制相位的正弦控制信号(11)电控制，这样所述光束(121A)呈现出在所述调制频率fm上被正弦调制的光功率(21)，所述测量方法包括：‑校正步骤(A)，该校正步骤包括使用光热检测器设备(130；230)以针对所述调制频率fm确定所述调制的光功率(21)与所述控制信号(11)之间的校正相移‑加热步骤(B)，该加热步骤用于通过利用所述光束(121A)照射所述材料层(2)来加热所述材料层(2)；‑检测步骤(C)，该检测步骤用于利用所述校正步骤(A)中使用的所述光热检测器设备(130；230)来检测所述加热的材料层(2)所辐射的热通量(131A)的正弦分量(31)；‑计算步骤(E)，该计算步骤用于针对该控制信号(11)的所述调制频率fm来计算该辐射的热通量(131A)的所述正弦分量(31)与该光束(121A)的所述调制的光功率(21)之间的相移同时考虑在所述校正步骤(A)中预先确定的所述校正相移以及‑确定步骤(F)，该确定步骤用于根据该辐射的热通量(131A)的所述正弦分量(31)与该光束(121A)的所述调制的光功率(21)之间的所述相移来确定所述材料层(2)的厚度(d)。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：J·一那尔德沙尔万，G·布鲁诺，
申请(专利权)人：艾诺瓦感应公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR
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