170602. lajstromszámú szabadalom • Rezgőkvarcos digitális rendszerű rétegvastagságmérő berendezés

3 170602 4 ahol A t = a mérőkristály rezgési periódusidejének megváltozása K = a mérőkristályra jellemző állandó {? = a mérőkristályra lecsapódott réteg sűrűsége A d = a mérőkristályra lecsapódott réteg vastagsága Az összefüggésből látható, hogy a rezgési periódusidő megváltozása a mérendő réteg vastagságának és sűrűségének szorzatával arányos. Ezért a rezgési periódusidő megváltozását mérő berendezéseknél a mérési eredményt a mért réteg sűrűségétől függően át kell számítani, hogy a rétegvastagságot megkapjuk. Az eddig ismeretes berendezéseknél a sűrűség figyelembevételét két módon végzik. Az egyik módszer szerint a rezgési periódusidő megváltozását speciálisan megválasztott frekvenciájú időalapgenerátorral mérik, amelynek segítségével a mérési eredmény közvetlenül a rétegvastagság. A módszer hátránya, hogy a berendezés csak egy, az időalapgenerátor frekvenciája által meghatározott sűrűségű anyag mérésére használható, illetve minden anyaghoz különböző időalapgenerátor szükséges. További hátránya, hogy a réteg sűrűsége egyrészt a vastagságtól, valamint a párologtatás körülményeitől függően is változik. Ezért ezek a rendszerek olyan vékony rétegeknél, ahol a sűrűség még nem éri el a tömör anyagra jellemző értéket, nem használhatók. A másik módszernél a rezgési periódusidő megváltozás mérőszámát, osztó áramkör segítségével, a mérendő réteg sűrűségével elosztják. A módszer hátránya, hogy a periódusidő megváltozás és a sűrűség számértéke általában BCD kódolású számok, melyek hányadosának képzése csak bonyolult és költséges áramkörök felhasználásával lehetséges. A találmány szerinti berendezés egyszerű, de minden anyagra használható megoldást alkalmaz a sűrűség figyelembevételével. Miután a rezgési periódusidő megváltozása 1 Á vastagságú réteg hatására 10"14

sec nagyságrendű, gyakorlati okokból több periódus idejének megváltozását mérjük. A találmány szerinti új berendezés N/p számú rezgési periódus idejének megváltozását méri, ahol N a felbontó képesség által meghatározott szám, és Q a mérendő réteg sűrűségének mérőszáma. Ezáltal a mérési eredmény közvetlenül a rétegvastagsággal lesz arányos, mely az (1) egyenlet mindkét oldalának N/p -val való szorzása után adódik. N N "g"At = K- Q ' Ad = K'Ad (2) A találmány szerinti berendezés egy lehetséges megvalósítása az 1. ábrán látható. Az 1 mérőkristály a 2 mérőoszcillátorban rezeg. A 2 mérőoszcillátor kimenete a 3 négyszögesítőn keresztül a 4 programozható osztó bemenetére van kötve. A 4 programozható osztó vezérlő bemenetére a 6 sűrűségbeállító van kötve, kimenetére pedig az 5 számláló csatlakozik. Az 5 számláló kimenete a 7 periódusidő mérő bemenetére van kötve. A 9 különbségképző egyik bemenete a 7 periódusidő ki-5 menetére, a másik bemenete pedig a 8 periódusidő tároló kimenetére csatlakozik, melynek egyik bemenete a 7 periódusidő mérő kimenetével van összekötve, és a másik bemenete a 11 nullázó kimenetére csatlakozik. A 9 különbségképző kilo menete a 10 vastagság kijelzőhöz csatlakozik. A berendezés működése a következő: a 3 négyszögesítő kimenetén megjelenő f frekvenciájú, t periódusidejű négyszögjel a 4 programozható osztó bemenetére csatlakozik, mely kimeneti jelének 15 frekvenciája a 6 sűrűségbeállító vezérlésétől függően {? M w f, periódusideje pedig 0

1 lesz. Ez a jel az 5 V MN számláló bemeneti jele, melynek kimeneten „ t 20 periódusidejű jel keletkezik. A 7 periódusidő mérő egység ennek a jelnek periódusidejét méri és ki-MN menetén t szám jelenik meg. Ezen számérték és 25 a 8 periódusidő tárolóban rögzített szám különbségét a 9 különbségképző állítja elő, melynek kimenetén megjelenő rétegvastagság számértékét a 10 vastagság kijelző jelzi ki. A 8 periódusidő tároló egyik bemenetére a 7 periódusidő mérő kimenete 30 csatlakozik, és a másik bemenetére a 11 nullázó kimeneti jele csatlakozik és ennek hatására a pillanatnyi periódusidő értékét rögzíti, illetve újabb vezérlésig tárolja. A 7 periódusidőmérő, a 8 periódusidőtároló és 35 9 különbségképző az 5 számláló kimeneti jelének periódusidő megváltozását detektálják. Erre a célra 13 órajelgenerátorból, 14 kapuáramkörből, 15 előre-hátra számlálóból és 8 periódusidő tárolóból felépített rendszer is alkalmas, mely megoldás a 40 2. ábrán látható. Az itt alkalmazott megoldásnál 13 órajelgenerátor kimenete a 14 kapuáramkörön keresztül 15 előre-hátra számláló bemenetére csatlakozik, mely 8 periódusidő tárolóval van összekötve és az 5 számláló kimenete a 14 kapuáramkörhöz 45 és a 15 előre-hátra számláló kimenete a 10 vastagság kijelzőhöz csatlakozik. Ennél a megoldásnál a mérendő jel periódusidejének megfelelő időtartam alatt a számláló hátra számol a K konstansnak megfelelő órajel frekvenciával, és a számlálás végére 50 a periódusidő komplemensére áll be. Ezt az értéket a periódusidő tárolóba írjuk. Méréskor a számlálóláncot erre az értékre beállítjuk, majd egy periódus idejű előre számlálás után a számláló a periódusidő megváltozásának megfelelő értékre töltődik. 55 A találmány szerinti berendezés kiegészíthető sebességmérő résszel is. Az Lábra szerinti megvalósítás esetén a digitális 12 differenciátor a 9 különbségképző kimenetére csatlakozik. A 2. ábra szerinti megvalósítás esetén pedig a digitális 12 60 differenciátor a 15 előre-hátra számláló kimenetére csatlakozik. összefoglalva a találmány szerinti digitális rezgőkvarcos rétegvastagságmérő berendezés, periódusidő megváltozás elvén működő berendezés, mely a mé-65 rendő réteg sűrűségét egyszerű felépítésű progra-2