一种应变片敏感栅尺寸参数测量方法技术

本发明专利技术公开了一种应变片敏感栅尺寸参数测量方法，该方法所测得的应变片敏感栅尺寸参数能定性反映应变片电阻大小，属于应变片敏感栅尺寸参数测量领域。该方法首先通过拍摄装置拍摄应变片形貌图像；基于该图像进行图像预处理、笛卡尔坐标系建立、应变片灰度分布原始曲线图建立、应变片敏感栅边缘侧壁灰度分布拟合曲线图建立，根据应变片敏感栅边缘侧壁灰度分布拟合曲线图的特征点测量应变片敏感栅尺寸参数。其中，应变片敏感栅尺寸参数指应变片敏感栅宽度和栅间距。应变片灰度分布原始曲线图能反映应变片敏感栅长度和宽度方向的信息，因此该发明专利技术方法可定性反映应变片电阻变化。本发明专利技术的有益效果在于：实现了应变片敏感栅尺寸参数的快速准确测量及应变片电阻变化的定性反映。映。映。

【技术实现步骤摘要】
一种应变片敏感栅尺寸参数测量方法


[0001]本专利技术涉及一种应变片敏感栅尺寸参数测量方法，该方法所测得的应变片敏感栅尺寸参数能定性反映应变片电阻大小。本专利技术属于应变片敏感栅尺寸参数测量领域。

技术介绍

[0002]应变片的制备方法为在基底上覆盖一层金属，用光刻、腐蚀的工艺形成敏感栅。由于腐蚀的工艺，良好品质的敏感栅中间部分是连续的金属层，但其边缘侧壁会出现大量离散的金属点，这使得敏感栅的特定边界难以确定，从而造成得到的敏感栅尺寸参数带有主观性，不能描述应变片电阻的变化。目前敏感栅尺寸参数的测量方法中，典型的方法是根据高斯函数来求取尺寸参数。
[0003]为了清楚地展示出现有技术中以及本专利技术中应变片敏感栅尺寸参数测量过程，如图3所示，本专利文件中做出如下定义：沿应变片敏感栅长度方向为Y向，垂直于Y向且沿应变片敏感栅宽度方向为X向；图像预处理时沿应变片敏感栅长度方向为y向，其与真实应变片敏感栅长度方向(即Y向)不同。
[0004]在期刊“半导体光电”2015年02期的第299-304页的文献“基于灰度导数加权的椭圆高精度提取算法”中说明，根据原始图像中边缘灰度的渐变性，以椭圆短轴方向为X方向，以椭圆长轴方向为Y方向。在椭圆短轴方向，即X方向上，取一组灰度值，得到椭圆的灰度密度分布曲线。对其边缘点的灰度导数值进行高斯函数拟合，并构造优化目标函数求取最优的尺寸参数。
[0005]在上述方法中，根据沿X方向的一组灰度值得到椭圆的灰度分布曲线，并没有考虑Y方向上的灰度分布的不确定性对椭圆灰度分布曲线造成的影响。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是，针对上述现状，提出一种应变片敏感栅尺寸参数测量方法。该方法中，先确定Y方向，再沿X方向，对每一个X值的Y方向上的单位长度的灰度值进行叠加，这样才能更好的反映整条敏感栅的尺寸参数，且根据得到的尺寸参数可以定性反映应变片电阻大小。具体的，该方法主要包括以下六个步骤：
[0007]步骤一：图像采集。根据图像采集系统采集得到应变片微观轮廓形貌图像。应变片的制备方法为在基底上覆盖一层金属，用光刻、腐蚀的工艺形成敏感栅。因此应变片上会出现基底部分和凸起的敏感栅部分。使用CCD相机配合高均匀点光源拍摄图像，高均匀点光源照射应变片基底和敏感栅，使得水平放置的待测应变片同一水平面所受光强度相同。所以在三维空间里，在应变片基底和敏感栅不同位置，CCD相机所采集到的灰度值不同，据此可区分应变片基底和敏感栅。可根据上述特征，通过以下步骤进行图像处理以及应变片敏感栅尺寸参数测量。
[0008]该步骤中图像采集系统主要元件是显微镜、相机和光源，通过图像采集系统获取应变片轮廓形貌的清晰的图像，将相机与计算机相连接，应变片轮廓形貌的图像就可以直
接传输到计算机中。
[0009]步骤二：图像预处理。对应变片微观轮廓形貌图像进行预处理。包括图像二值化、图像灰度化、图像滤波、边缘轮廓检测及边缘轮廓点提取。
[0010]步骤三：建立笛卡尔坐标系。根据应变片敏感栅任意一侧的边缘轮廓点得到的拟合直线来确定边缘轮廓方向，即应变片敏感栅长度方向。以该拟合直线为Y轴建立笛卡尔坐标系，将边缘轮廓点的位置信息根据拟合直线转换到建立的笛卡尔坐标系下。其中，得到拟合直线的方法有最小二乘拟合、梯度下降算法。
[0011]步骤四：建立应变片灰度分布原始曲线图。在建立的笛卡尔坐标系下，沿X方向对同一个X值的Y方向上的单位长度的灰度值进行叠加，并将叠加值归一化，每一个X和叠加值归一化后的值构成一个点。将上述所有采样点用平滑曲线依次连接建立应变片灰度分布原始曲线图。
[0012]步骤五：建立应变片敏感栅边缘侧壁灰度分布拟合曲线图。由于应变片灰度值分布反映了应变片基底和敏感栅的分布，因此，在应变片灰度分布原始曲线图中，基底和敏感栅的分界处会产生斜率的较大改变；而且，由于敏感栅边缘侧壁出现的大量离散金属点，使得敏感栅边缘侧壁处所对应的灰度分布原始曲线为大斜率曲线；依据以上理论，以应变片灰度分布原始曲线图上斜率产生较大改变的两个点，作为反映每一条敏感栅任一边缘侧壁灰度分布特征区间的两个端点，对特征区间内的点进行曲线拟合，得到应变片敏感栅边缘侧壁灰度分布拟合曲线图。曲线拟合的方法有：三阶多项式、高阶多项式、高斯函数。
[0013]步骤六：应变片敏感栅尺寸参数测量。根据应变片敏感栅边缘侧壁灰度分布拟合曲线图的特征点测量应变片敏感栅尺寸参数。其中，应变片敏感栅尺寸参数指应变片敏感栅宽度和栅间距，拟合曲线的特征点选取有以下方式：
[0014]如图3所示，应变片两条敏感栅共有四个边缘轮廓，可根据应变片灰度分布原始曲线图得到四条应变片敏感栅边缘侧壁灰度分布拟合曲线图，从上到下分别记为第一拟合曲线、第二拟合曲线、第三拟合曲线、第四拟合曲线。
[0015]当曲线拟合的方法为三阶多项式时，可根据第一拟合曲线和第二拟合曲线(或第三拟合曲线和第四拟合曲线)的拐点作为敏感栅敏感栅宽度的两个端点来测量敏感栅宽度，根据第二拟合曲线和第三拟合曲线的拐点作为敏感栅栅间距的两个端点来测量敏感栅栅间距；也可根据三阶多项式拟合曲线上的自定义临界点测量敏感栅宽度。其中，该自定义临界点具有下述示例特征，例如，沿X方向，上升的拟合曲线上达到上升高度67％的点，下降的拟合曲线上达到下降高度33％的点，以第一拟合曲线和第二拟合曲线(或第三拟合曲线和第四拟合曲线)上的这两个点作为敏感栅敏感栅宽度的两个端点来测量敏感栅宽度，以第二拟合曲线和第三拟合曲线上的这两个点作为敏感栅栅间距的两个端点来测量敏感栅栅间距。
[0016]当曲线拟合的方法为高阶多项式时，高阶多项式具有多个拐点，可选择第一拟合曲线和第二拟合曲线(或第三拟合曲线和第四拟合曲线)上两个最大值拐点、或者两个最小值拐点、或者两个中位数拐点、或者两个平均值拐点作为敏感栅敏感栅宽度的两个端点来测量敏感栅宽度，可选择第二拟合曲线和第三拟合曲线上两个最大值拐点、或者两个最小值拐点、或者两个中位数拐点、或者两个平均值拐点作为敏感栅栅间距的两个端点来测量敏感栅栅间距。；
[0017]当曲线拟合的方法为高斯函数，可根据高斯曲线的均值和方差来测量敏感栅宽度。第一拟合曲线的均值为μ1，方差为σ1；第二拟合曲线的均值为μ2，方差为σ2；第三拟合曲线的均值为μ3，方差为σ3；第四拟合曲线的均值为μ4，方差为σ4。应变片敏感栅宽度可表示为：
[0018]||μ1+aσ1|-|μ2+aσ2||或||μ3+bσ3|-|μ4+bσ4||。其中，a、b可取正负整数及0。应变片敏感栅栅间距可表示为：
[0019]||μ3+cσ3|-|μ2+cσ2||，其中，c可取正负整数及0。
[0020]本专利技术的创新点在于：首先确定了应变片敏感栅的边缘轮廓方向，在此基础上，根据应变片敏感栅长度方向的灰度值叠加建立应变片灰度分布原始曲线图，实现了应变片敏感栅尺寸参数的测量，据此可以定性反映应变片电阻大小。
[0021]本专利技术的有益效果在于：
[0022]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应变片敏感栅尺寸参数测量方法,其特征在于，主要包括以下六个步骤：步骤一：图像采集：使用图像采集系统采集得到应变片微观轮廓形貌图像；步骤二：图像预处理：对应变片微观轮廓形貌图像进行预处理，具体过程包括图像二值化、图像灰度化、图像滤波、边缘轮廓检测及边缘轮廓点提取；步骤三：建立笛卡尔坐标系：根据应变片敏感栅任意一侧的边缘轮廓点得到的拟合直线来确定边缘轮廓方向，即应变片敏感栅长度方向；以该拟合直线为Y轴建立笛卡尔坐标系，将边缘轮廓点的位置信息根据拟合直线转换到建立的笛卡尔坐标系下；步骤四：建立应变片灰度分布原始曲线图：在步骤三建立的笛卡尔坐标系下，沿X方向对同一个X值的Y方向上的单位长度的灰度值进行叠加，并将叠加值归一化，每一个X和叠加值归一化后的值构成一个点；将上述所有采样点用平滑曲线依次连接建立应变片灰度分布原始曲线图；步骤五：建立应变片敏感栅边缘侧壁灰度分布拟合曲线图：以应变片灰度分布原始曲线图上斜率产生大的改变的两个点，作为反映每一条敏感栅任一边缘侧壁灰度分布特征区间的两个端点，对特征区间内的点进行曲线拟合，得到应变片敏感栅边缘侧壁灰度分布拟合曲线图；步骤六：应变片敏感栅尺寸参数测量：根据应变片敏感栅边缘侧壁灰度分布拟合曲线图的特征点测量应变片敏感栅尺寸参数，所述应变片敏感栅尺寸参数指应变片敏感栅宽度和栅间距，拟合曲线的特征点选取有以下方式：应变片N条敏感栅共有2*N个边缘轮廓，可根据应变片灰度分布原始曲线图得到2*N条应变片敏感栅边缘侧壁灰度分布拟合曲线图，从上到下分别记为第一拟合曲线、第二拟合曲线、第三拟合曲线、
……
、第2*N拟合曲线。当曲线拟合的方法为三阶多项...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎永前，刘杨，徐世庆，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：