一种光学镀膜近红外膜厚监控仪制造技术

一种光学镀膜近红外膜厚监控仪，其特征是包括信号通道（１），用于放大监控信号，抑制和滤除部分干扰和噪声，扩大监控信号的动态范围；参考通道（２），用于产生一个与监控信号频率同步的参考信号；相关器（３），用于将监控信号和参考信号进行数学运算，提取信号；输出装置（４），用于输出监控数据；控制器（５），用于控制信号通道（１）、参考通道（２）、相关器（３）的参数设置和输出装置（４）的信号输出；信号通道（１）和参考通道（２）的输出端与相关器（３）的输入端连接，控制器（５）分别与信号通道（１）及参考通道（２）的控制端，相关器（３）的控制端及输出端，输出装置（４）的输入端连接。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术为涉及光学真空镀膜机的监控系统领域，更具体的说是一种光学镀膜近红外膜厚监控仪。技术背景在光学真空镀膜过程中，镀膜厚度在线监控信号的精准、稳定、压噪是决定光学薄膜元器件性能参数的重要因素。在光学镀膜膜厚监控系统中，从光源到探测器到有较长的光程，信号在传播过程中能量损耗较大且易受干扰，现有技术中的膜厚监控仪主要采用可见光波段信号进行膜厚监控。在现有光通信技术中，光通信薄膜元器件有着巨大的应用前景，近红外波段(波长在780nm～2526nm范围的电磁波)中的1300nm～1550nm波段正是光通信所用的波段，如果可以做到采用近红外波段直接进行精准监控，对于改进镀膜机的性能和提高光通信薄膜元器件的档次将会有非常重要的意义。现有技术中造成近红外监控信号信噪比低、难以精准监控的主要原因有两个第一是光电倍增管的测量范围长波极限只能到1100nm，超过此波长就检测不到了，普通近红外探头的探测性能较光电倍增管弱很多，此缺点可以通过改进光探测器来解决；第二是近红外信号非常弱，一切发热的物体都会向外辐射近红外线，强烈的外界辐射将不可避免地进入膜厚监控系统的光路，这些干扰信号经过光电转换器的转换后变成一定幅度的背景噪声信号，其强度甚至比有用的监控信号大几个数量级，这导致在近红外波段膜厚监控时信号不够强、不稳定，淹没在噪声中不能提取出来，无法正常监控。现有镀膜机的膜厚监控系统基本还停留在可见光波段，少数处于研发阶段的近红外波段光学膜厚监控系统普遍存在信号弱、不稳定、信噪比低的缺点，并且结构复杂，成本居高不下，未能形成产品推广应用。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术中的缺点和不足，提供一种可以实现对镀膜机光学镀膜近红外信号精准监控，结构简单，成本低廉的光学镀膜近红外膜厚监控仪。本技术为一种光学镀膜近红外膜厚监控仪，包括信号通道，参考通道，相关器，输出装置和控制器。控制器用于控制信号通道、参考通道、相关器的参数设置和输出装置的信号输出状态。信号通道和参考通道的输出端与相关器的输入端连接，控制器与信号通道、参考通道的控制端，相关器的控制端、输出端，和输出装置的输入端连接。被监控的信号光通过红外光电二极管进行光电转换后，转变成交流电信号进入信号通道，同时参考光经过普通光电池进行光电转换成电压信号进入参考通道。由于是将同一频率调制的信号源分束后成为参考信号和监控信号，所以进入信号通道和参考通道的信号频率同步。监控信号通过信号通道进行放大，抑制和滤除监控信号中的干扰和噪声，并在扩大监控动态范围后输送到相关器中。参考信号经过参考通道处理后成为一个与监控信号频率同步的方波信号，作为监控信号的参考信号输送到相关器中。通过信号通道后的监控信号和参考信号在相关器中进行相乘和积分运算。监控信号在通过相关器的运算后成为一个直流电信号，信号可以放大九个数量级以上，并且成功滤除了干扰或噪声。监控信号经过膜厚监控仪的数据中央处理器进行A/D转换，A/D转换完毕后的数字信号通过控制器由输出装置输出监控结果。本技术的信号通道包括放大器，调节器和滤波器，放大器依次与调节器和滤波器连接，滤波器与相关器连接。监控信号通过放大器进行放大，放大后的信号通过调节器调整信号幅度，达到最佳动态范围。本技术设有安全保护装置，如果信号超出量程，系统自动报警同时启动保护装置，电压降低到域值，避免烧毁芯片。然后将监控信号输入滤波器滤除干扰和噪声，再输送到相关器。所述放大器包括前置放大器和程控放大器。由于监控信号的频率不是稳恒的，会有飘动(飘动范围980Hz-1020Hz)，所以需要使用跟踪带通滤波的方法对信号进行滤波，即根据监控信号的频率漂移而不断自动改变中心频率，只有这样才能扣除频率漂移所带来的误差，所以本技术的滤波器采用连续滤波器，用于实现跟踪带通滤波功能。本技术的参考通道包括放大器、带通滤波器、比较器、分频器和移相器，放大器依次与带通滤波器、比较器、分频器和移相器连接，移相器与相关器连接。输入参考通道的信号采用与监控信号同源的信号，先对输入信号进行放大，由于如果形成的方波的占空比不是50％，不利于后面的处理，所以采用带通滤波器，对被放大后的参考信号波形进行波形滤波，使频率为斩波频率的正弦波，这样进入后面的比较器便可以形成50％占空比的方波，方波通过分频器进行分频，以便于更加准确地测量频率，最后通过移相器调节方波信号的相位与监控信号的相位一致，本技术的移相器为数字移相器，用于实现高精度调节相位，移相精度可以达到0.03度，稳定性可以达到0.1度。本技术的相关器包括用于将监控信号和参考信号进行相乘运算的乘法器和用于将通过乘法器相乘运算后的信号进行积分运算积分器，乘法器分别与信号通道、参考通道和积分器连接，积分器与控制器连接。相关器采用相干检测技术，将监控信号从噪声淹没中提取出来，通过积分器积分后得到的监控信号由交流信号变成直流信号。直流信号与参考信号和监控信号的固定相位差成余弦关系，调节参考通道的移相器改变相位差的值，通常让相位差等于零，使得被最终输出的直流信号有最大值。控制器包括用于输入控制参数的控制输入装置和用于根据输入装置输入的控制参数控制各个构件的运行中央处理器，中央处理器分别与相关器、控制输入装置和输出装置连接。本技术的输出装置包括液晶控制电路和液晶显示屏，液晶控制电路分别与控制器和液晶显示屏连接。液晶显示屏通过液晶控制电路实现三屏叠加工作模式第一屏以时间为横坐标以信号强度为纵坐标扫描画图；第二屏书写菜单名称和显示量值大小；第三屏为坐标底格。本技术采用近红外波段对光学镀膜机进行膜厚监控，可以直接对产品进行监控，避免采用可见光监控需要通过数学运算而造成的误差；本技术相对于现有技术具有出色的信号压噪性能，能够成功的将纳伏量级的微弱信号从强大的噪声中提取出来，经过本技术放大后可以达到伏特量级，放大了九个量级，信号稳定，信噪比高；本技术采用液晶显示的方式代替现有的表头显示，更具人性化，进一步提高监控精度，减少误差；而且本技术结构简单，制作成本低，有利于产品推广。附图说明图1为真空光学镀膜机的原理图；图2为本技术的工作原理图；图3为本技术信号通道的电路原理图； 图4为本技术参考通道的电路原理图；图5为本技术相关器的电路原理图；图6为监控信号初始输入信号的波形图像；图7为监控信号经过信号通道后的波形图像；图8为监控信号经过相关器后的波形图像；图9为采用本技术监控镀膜厚的产品经过分光光度计测量得到透过率谱线。具体实施方式以下结合附图对本技术做进一步的说明。真空镀膜光学监控通常采用光电检测光，即实时测量监控薄膜的透射率或者反射率的方法。薄膜的透射率或者反射率是随薄膜厚度的变化而变化。膜层的透射率为T=n3n1·t21+r2-2rcos(4πndλ)]]>其中n1、n、n3分别为空气、膜料、基片的折射率；d是膜层的物理厚度。由图1和以上公式看出在真空镀膜的过程中，光源发出的光经斩波器斩波调制，变成带有一定调制频率的信号光透过监控片或被监控片反射，随着膜料的不断蒸镀，膜层的厚度d不断变化，膜层的透射率或反射率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：江绍基，王自鑫，马云飞，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：实用新型
国别省市：