CN113670826A - 同步信号采集处理方法、装置、计算机设备及存储介质 - Google Patents
同步信号采集处理方法、装置、计算机设备及存储介质 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113670826A CN113670826A CN202111141809.2A CN202111141809A CN113670826A CN 113670826 A CN113670826 A CN 113670826A CN 202111141809 A CN202111141809 A CN 202111141809A CN 113670826 A CN113670826 A CN 113670826A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pulse
- motor
- signal
- timer
- pulse signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/21—Polarisation-affecting properties
- G01N21/211—Ellipsometry
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
- H02P23/14—Estimation or adaptation of motor parameters, e.g. rotor time constant, flux, speed, current or voltage
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
- G01N2021/0162—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation using microprocessors for control of a sequence of operations, e.g. test, powering, switching, processing
- G01N2021/0168—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation using microprocessors for control of a sequence of operations, e.g. test, powering, switching, processing for the measurement cycle
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/21—Polarisation-affecting properties
- G01N21/211—Ellipsometry
- G01N2021/213—Spectrometric ellipsometry
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P2203/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the means for detecting the position of the rotor
- H02P2203/03—Determination of the rotor position, e.g. initial rotor position, during standstill or low speed operation
Abstract
本发明公开了一种同步信号采集处理方法、装置、计算机设备和存储介质，方法包括：标定出系统平均延时dt；根据接收到的第二位置脉冲信号并延时dt时间后输出脉冲控制信号以启动采集光电信号数据；根据控制脉冲采集电机的电机第二位置数据；计算出第二设定脉冲信号每两个连续脉冲之间的脉冲间隔时间差数据；计算未被记录的电机第三位置数据；装置包括中央处单元、模数转换器、光电传感器、通讯模块、运动控制卡、电机以及控制器。本方案的方法简单，易于实施，只需简单的步骤和计算，无需任何高深的理论计算，采集同步误差可以达到几十纳秒，大大提高了采样同步性；装置结构紧凑，降低了系统设计的复杂性，而且还大大缩减了成本。
Description
技术领域
本发明涉及半导体测量技术领域，特别涉及一种用于椭偏光学测量仪的同步信号采集处理方法、装置、计算机设备及存储介质。
背景技术
在半导体集成电路的制造中，从开始的晶圆生长，到后期的芯片封装，测量设备都是半导体行业链中不可或缺的一部分。
椭偏光学量测仪的原理是根据已知入射光的偏振态，测量经样品反射后的反射光偏振态(幅度和相位)，计算或拟合出被测样品的属性。椭偏仪的反射光偏振态通常由装有偏振波片的电机旋转得到，由光电探测器接收偏振反射光可以测得光强即偏振态幅度，由电机控制卡可获得角度即偏振态相位。为了确保测量结果的准确性，必须不失真地同步采集光强及对应的电机角度。
现有的同步采集方法多是借由第三方主控单元，或由软件或由硬件同时发送采集命令给光强采集卡采集光强以及电机控制卡捕获电机角度，用软件，同步性难以保证，用硬件，结构复杂，成本高昂。另外，由于现有采集卡与控制卡的硬件局限性，可接收的外部触发频率都不高，难以采集到足够的样本以确保采样信号不失真。也有用光强采集卡与电机控制卡互连互发触发信号进行同步采集，但是同样因为采集卡与控制卡的局限性，通常也只是在采集开始与结束的时候发一个同步信号。对于大量数据的采集，由于两块采集卡存在系统延时、硬件时钟差异等等，即使开始和结束可以同步采集，但是中间大量的采集数据都会出现光强与角度无法准确同步的问题，同步误差有的甚至能达到几微妙，这将严重影响最终测量结果。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于椭偏光学测量仪的同步信号采集处理方法、装置、计算机设备及存储介质。
为达到上述目的，本发明的第一方面提出了一种同步信号采集处理方法，用于椭偏光学量测仪的同步信号采集处理，其创新点在于，该方法包括：
通过运动控制卡控制电机以第一转速运转，设定电机在第一转速运转下发出第一设定脉冲信号，运动控制卡对应第一设定脉冲信号捕获该第一转速下电机的第一位置脉冲信号及电机第一位置数据，并将捕获的第一位置脉冲信号及电机第一位置数据传输给中央处理单元；
根据第一设定脉冲信号、第一位置脉冲信号、电机第一位置数据及第一转速标定出系统平均延时dt；
通过运动控制卡控制电机以第二转速运转，设定电机在第二转速运转下发出第二设定脉冲信号；运动控制卡对应第二设定脉冲信号捕获该第二转速下电机的第二位置脉冲信号，并将捕获的电机的第二设定脉冲信号传输给中央处理单元；
通过中央处理单元根据接收到的每个第二位置脉冲信号并延时dt时间后输出脉冲控制信号以启动光电传感器，光电传感器采集光电信号数据；
通过中央处理单元对第二设定脉冲信号的脉冲进行间隔计数并发出控制脉冲，对第一个的第二设定脉冲信号的脉冲计数后间隔一个数值k再计数，再发出来，中央处理单元将该控制脉冲传输给运动控制卡，由运动控制卡采集该控制脉冲下的电机第二位置数据；
通过中央处理单元对第二设定脉冲信号的每两个连续脉冲间的时钟周期计数，以计算出第二设定脉冲信号每两个连续脉冲之间的脉冲间隔时间差数据；
通过脉冲间隔时间差数据计算未被记录的电机第三位置数据，并将电机第三位置数据按照脉冲间隔时间差数据的排列整合到电机第二位置数据中形成完整的电机位置数据，以获得完全同步采集并且一一对应的完整的电机位置数据与光电信号数据数组。
本发明的第二方面提出了一种同步信号采集处理装置，用于椭偏光学量测仪的同步信号采集处理，其创新点在于，该装置包括：中央处单元、模数转换器、光电传感器、通讯模块、运动控制卡、电机以及控制器；其中，
电机，用于带动偏振波片旋转以得到椭偏仪的反射光偏振态；
光电传感器，用于接收偏振反射光以测得光强即偏振态幅度，采集光电模拟信号；
模数转换器，用于将光电传感器的光电模拟信号转换为光电信号数据，并将光电信号数据传输给处理器；
运动控制卡，根据指令控制电机转动、控制光电传感器采集光电信号数据；运动控制卡记录第一位置脉冲信号并传输给中央处理单元；运动控制卡获取第二电机位置数据并传输给控制器；
中央处理单元，用于获取电机的第一位置脉冲信号、第二设定脉冲信号，并根据中央处理单元标定出系统平均延时dt；还用于获取光电信号数据、脉冲间隔时间差数据；
通讯模块，用于将运动控制卡的第二电机位置数据传输给控制器，将中央处理单元获得的光电信号数据、脉冲间隔时间差数据传输给控制器；
控制器，通过脉冲间隔时间差数据计算未被记录的电机第三位置数据，并将电机第三位置数据按照脉冲间隔时间差数据的排列整合到电机第二位置数据中形成完整的电机位置数据，以获得完全同步采集并且一一对应的完整的电机位置数据与光电信号数据数组。
本发明的第三方面提出了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其创新点在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现第一方面所述的方法的步骤。
本发明的第四方面提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行第一方面所述的方法的步骤。
本发明的有关内容解释如下：
1.通过本发明的上述技术方案的实施，无需任何额外的复杂的逻辑芯片与电路来处理同步采集，只是在实现光电信号采集的电路设计的同时，充分利用ARM处理器自带的计时器来处理同步采集，这不仅使得结构紧凑，降低了系统设计的复杂性，而且还大大缩减了成本。本发明提出的同步处理方法也非常简单，易于实施，只需简单的步骤和计算，无需任何高深的理论计算，采集同步误差可以达到几十纳秒，大大提高了采样同步性。
2. 在上述技术方案中，通过运动控制卡控制电机以第一转速运转，设定在电机的m个角度发出第一设定脉冲信号δ，运动控制卡对应第一设定脉冲信号捕获该第一转速下电机的第一位置脉冲信号，并将捕获的电机的第一位置脉冲信号传输给中央处理单元；
根据第一位置脉冲信号和第一设定脉冲信号的位置数据及第一转速标定出系统平均延时dt；
通过运动控制卡控制电机以第二转速运转，设定在电机的M个角度发出第二设定脉冲信号，并将捕获的电机的第二位置脉冲信号传输给中央处理单元；
中央处理单元接收到每个第二位置脉冲信号并延时dt时间后输出脉冲控制信号以启动光电传感器，光电传感器采集光电信号数据；
中央处理单元对第二设定脉冲信号的脉冲进行间隔计数并发出控制脉冲，间隔计数的方式为对第一个的第二设定脉冲信号的脉冲计数后间隔一个数值k再计数，中央处理单元将该控制脉冲传输给运动控制卡，由运动控制卡采集在该控制脉冲下的电机第二位置数据；
中央处理单元对第二设定脉冲信号的每两个连续脉冲间的时钟周期计数，以计算出第二设定脉冲信号每两个连续脉冲之间的脉冲间隔时间差数据；
通过脉冲间隔时间差数据乘以电机第二转速，计算出对应未被记录的电机第三位置数据，并将电机第三位置数据按照脉冲间隔时间差数据的排列整合到电机第二位置数据中形成完整的电机位置数据，以获得完全同步采集并且一一对应的完整的电机位置数据组与光电信号数据数组。
3. 在上述技术方案中，在所述运动控制卡对应第一设定脉冲信号捕获该第一转速下电机的第一位置脉冲信号及电机第一位置数据的步骤中，配置一个第二计时器，将第二计时器配置为外部时钟模式，计数值设为1；当第二计时器每接收到一个外部脉冲，在时钟中断处理中立刻输出一个脉冲。
4. 在上述技术方案中，在运动控制卡对应第一设定脉冲信号捕获该第一转速下电机的第一位置脉冲信号及电机第一位置数据的步骤中，设定电机在m个角度a0,a1…am发出脉冲，该列脉冲记为δ，当第二计时器捕获到脉冲列δ的每个上升沿，都会立刻输出一个脉冲给运动控制卡，运动控制卡捕捉到每个输入脉冲的上升沿，就记录下当前电机的位置，将该每个电机的位置按时序记录为电机设定位置数据；经过前述步骤，运动控制卡对应脉冲列δ记录了一串位置：a0’a1’…am’，将该每个电机的位置按时序记录为电机第一位置数据；通过电机设定位置数据、电机第一位置数据及转速，标定出系统平均延时dt，dt=(（a0’-a0）+(（a1’- a1）+…)/mS。
5. 在上述技术方案中，在所述通过中央处理单元对第二设定脉冲信号的脉冲进行间隔计数并发出控制脉冲的步骤中，配置一个第一计时器、第二计时器和第三计时器；所述第一计时器被配置成单脉冲工作模式，并设定响应延时时间为dt；所述第二计时器设置为外部时钟模式，计数次数先设为1次，触发1次后再设为k次(触发1次后再设为k次)；所述第三计时器设置为计数模式。
6. 在上述技术方案中，在所述通过中央处理单元对第二设定脉冲信号的脉冲进行间隔计数并发出控制脉冲的步骤中，运动控制卡控制电机比第一转速高的第二转速匀速转动起来，并预设定在M个角度A0,A1…AM发出触发脉冲列记为δ’；
脉冲列δ’将同时发送给第一计时器、第二计时器和第三计时器；第一计时器捕捉脉冲列δ’每个脉冲的上升沿，并延时dt时间后输出一个脉冲给模数转换器启动采样光电传感器，并将采样值通过中央处理单元数据传输路径传输给中央处理单元；第二计时器则对脉冲列δ’的脉冲进行计数，第一次只需计数一个就输出脉冲，此后都是每当计数值记到k，才输出一个脉冲，第二计数器输出的脉冲给到运动控制卡，运动控制卡捕捉到脉冲上升沿便记录下当时的电机位置，将该每个电机的位置按时序记录为电机第二位置数据；第三计时器将对脉冲列δ’的每两个连续脉冲间的时钟周期计数，以计算出以计算出第二设定脉冲信号每两个连续脉冲之间的脉冲间隔时间差数据。另外，第三计时器将对脉冲列δ’的每两个连续脉冲间的时钟周期计数，以计算出以计算出第二设定脉冲信号每两个连续脉冲之间的脉冲间隔时间差数据。例如：第三计时器的时钟频率为F，脉冲列δ’第一个和第二个脉冲之间时钟计数值为C0，第二个与第三个脉冲之间的时钟计数值为C1，第一个脉冲与第二个脉冲之间的时间差ΔT0 = C0/F，第二个脉冲与第三个脉冲之间的时间差ΔT1 = C1/F，以此类推，可以计算出脉冲列δ’每两个连续脉冲之间的时间差数据。
7. 在上述技术方案中，所述中央处理单元中配置有第一计时器、第二计时器和第三计时器；在获取第一位置脉冲信号和第一设定脉冲信号的位置数据时，将第二计时器配置为外部时钟模式，计数值设为1；当第二计时器每接收到一个外部脉冲，在时钟中断处理中立刻输出一个脉冲；在通过中央处理单元根据接收到的每个第二位置脉冲信号并延时dt时间后输出脉冲控制信号以启动光电传感器时，所述第一计时器被配置成单脉冲工作模式，并设定响应延时时间为dt；在通过中央处理单元对第二设定脉冲信号的脉冲进行间隔计数并发出控制脉冲时，所述第二计时器设置为外部时钟模式，计数次数先设为1次，触发1次后再设为k次；在通过中央处理单元对第二设定脉冲信号的每两个连续脉冲间的时钟周期计数时，所述第三计时器设置为计数模式。
8.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
9.在本发明中，术语“中心”、“上”、“下”、“轴向”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置装配关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
10. 此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
由于上述方案的运用，本发明与现有技术相比具有以下优点和效果：
本发明装置结构非常简单，无需任何额外的复杂的逻辑芯片与电路来处理同步采集，只是在实现光电信号采集的电路设计的同时，可充分利用ARM处理器自带的计时器来处理同步采集，这不仅使得结构紧凑，降低了系统设计的复杂性，而且还大大缩减了成本。本发明提出的同步处理方法也非常简单，易于实施，只需简单的步骤和计算，无需任何高深的理论计算，采集同步误差可以达到几十纳秒，大大提高了采样同步性。
附图说明
附图1为本发明实施例中同步信号采集处理装置的示意图；
附图2为本发明实施例中的时序图。
以上附图各部位表示如下：
1 中央处理单元
2 通讯模块
3 第一计时器
4 第二计时器
5 第三计时器
6 运动控制卡
7 电机
8 模数转换器
9 光电传感器
10 控制器
11 中央处理单元数据传输路径
12 运动控制卡数据传输路径
13 数模转换信号传输路径。
电机以较高的速度V匀速转动起来，并预设定在M个角度（A0,A1…Am）发出触发脉冲列记δ’，该脉冲列请见图2中的20标识。
第一计时器输出的脉冲列请见图2中的21标识，捕捉脉冲列δ’每个脉冲的上升沿，并延时dt时间后输出一个脉冲启动采样光电传感器。
第二计时器输出的脉冲列请见图2中的22标识，对脉冲列δ’的脉冲进行计数，第一次只需计数一个就输出脉冲，此后都是每当计数值记到k，才输出一个脉冲。
第三计时器输出的脉冲列请见图2中的23标识，第三计时器对脉冲列δ’的每两个连续脉冲间的时钟周期计数。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例一
本发明实施例一提出了一种同步信号采集处理方法，用于椭偏光学量测仪的同步信号采集处理，该方法包括：
通过运动控制卡6控制电机7以第一转速运转，设定在电机7的m个角度发出第一设定脉冲信号δ，运动控制卡6对应第一设定脉冲信号捕获该第一转速下电机7的第一位置脉冲信号，并将捕获的电机7的第一位置脉冲信号传输给中央处理单元1；
根据第一位置脉冲信号和第一设定脉冲信号的位置数据及第一转速标定出系统平均延时dt；
通过运动控制卡6控制电机7以第二转速运转，设定在电机7的M个角度发出第二设定脉冲信号，并将捕获的电机7的第二位置脉冲信号传输给中央处理单元1；
中央处理单元1接收到每个第二位置脉冲信号并延时dt时间后输出脉冲控制信号以启动光电传感器9，光电传感器9采集光电信号数据；
中央处理单元1对第二设定脉冲信号的脉冲进行间隔计数并发出控制脉冲，间隔计数的方式为对第一个的第二设定脉冲信号的脉冲计数后间隔一个数值k再计数，中央处理单元1将该控制脉冲传输给运动控制卡6，由运动控制卡6采集在该控制脉冲下的电机7第二位置数据；
中央处理单元1对第二设定脉冲信号的每两个连续脉冲间的时钟周期计数，以计算出第二设定脉冲信号每两个连续脉冲之间的脉冲间隔时间差数据；
通过脉冲间隔时间差数据乘以电机7第二转速，计算出对应未被记录的电机7第三位置数据，并将电机7第三位置数据按照脉冲间隔时间差数据的排列整合到电机7第二位置数据中形成完整的电机7位置数据，以获得完全同步采集并且一一对应的完整的电机7位置数据与光电信号数据数组。
具体的，在该同步信号采集处理方法中，具体的实施步骤可以是：
通过运动控制卡6控制电机7以第一转速运转，设定电机7在第一转速运转下发出第一设定脉冲信号，运动控制卡6对应第一设定脉冲信号捕获该第一转速下电机7的第一位置脉冲信号及电机7第一位置数据，并将捕获的第一位置脉冲信号及电机7第一位置数据传输给中央处理单元1；
根据第一设定脉冲信号、第一位置脉冲信号、电机7第一位置数据及第一转速标定出系统平均延时dt；
通过运动控制卡6控制电机7以第二转速运转，设定电机7在第二转速运转下发出第二设定脉冲信号；运动控制卡6对应第二设定脉冲信号捕获该第二转速下电机7的第二位置脉冲信号，并将捕获的电机7的第二设定脉冲信号传输给中央处理单元1；
通过中央处理单元1根据接收到的每个第二位置脉冲信号并延时dt时间后输出脉冲控制信号以启动光电传感器9，光电传感器9采集光电信号数据（S0, S1…Sn-1）；
通过中央处理单元1对第二设定脉冲信号的脉冲进行间隔计数并发出控制脉冲，对第一个的第二设定脉冲信号的脉冲计数后间隔一个数值k再计数，再发出来，中央处理单元1将该控制脉冲传输给运动控制卡6，由运动控制卡6采集该控制脉冲下的电机7第二位置数据（P0, P1…P(n-1)/k）；
通过中央处理单元1对第二设定脉冲信号的每两个连续脉冲间的时钟周期计数，以计算出第二设定脉冲信号每两个连续脉冲之间的脉冲间隔时间差数据（ΔT0, ΔT1 …ΔTn-2）；
由于第二电机位置数据为间隔采集，通过脉冲间隔时间差数据计算未被记录的电机7第三位置数据，并将电机7第三位置数据按照脉冲间隔时间差数据的排列整合到电机7第二位置数据中形成完整的电机7位置数据，以获得完全同步采集并且一一对应的完整的电机7位置数据与光电信号数据数组。
实施二
如附图1所示，本发明实施例二公开了一种同步信号采集处理装置，用于椭偏光学量测仪的同步信号采集处理，该装置包括：中央处理单元1（ARM芯片）、模数转换器8、光电传感器9、通讯模块2、运动控制卡6、电机7以及控制器10（上层或远程控制PC）；
电机7，用于带动偏振波片旋转以得到椭偏仪的反射光偏振态；
光电传感器9，用于接收偏振反射光以测得光强即偏振态幅度，采集光电模拟信号；
模数转换器8，用于将光电传感器9的光电模拟信号转换为光电信号数据，并将光电信号数据传输给处理器；
运动控制卡6，根据指令控制电机7转动、控制光电传感器9采集光电信号数据；运动控制卡6记录第一位置脉冲信号并传输给中央处理单元1；运动控制卡6获取第二电机7位置数据并传输给控制器10；
中央处理单元1，用于获取电机7的第一位置脉冲信号、第二设定脉冲信号，并根据中央处理单元1标定出系统平均延时dt；还用于获取光电信号数据、脉冲间隔时间差数据；
通讯模块2，用于将运动控制卡6的第二电机7位置数据传输给控制器10，将中央处理单元1获得的光电信号数据、脉冲间隔时间差数据传输给控制器10；
控制器10，通过脉冲间隔时间差数据计算未被记录的电机7第三位置数据，并将电机7第三位置数据按照脉冲间隔时间差数据的排列整合到电机7第二位置数据中形成完整的电机7位置数据，以获得完全同步采集并且一一对应的完整的电机7位置数据与光电信号数据数组。
在本发明的实施例二中，A/D模数转换器8与光电传感器9相连，用于将光电传感器9的光电模拟信号转换为数字信号，并通过DMA的传输方式（数模转换信号传输路径13）传给中央处理单元1（ARM芯片）。TCP/IP通讯模块2则是连接ARM芯片与控制器10（PC）的通道，将ARM采集到的大量光电信号以TCP/IP通讯协议（中央处理单元数据传输路径11）传输给控制器10（PC）。
本发明实施例的装置中，所述处理器中配置有第一计时器3、第二计时器4和第三计时器5；在获取第一位置脉冲信号和第一设定脉冲信号的位置数据时，将第二计时器4配置为外部时钟模式2，计数值设为1；当第二计时器4每接收到一个外部脉冲，在时钟中断处理中立刻输出一个脉冲；在所述采集光电信号数据、采集第二电机7位置数据、对第二设定脉冲信号的每两个连续脉冲间的时钟周期计数时，所述第一计时器3被配置成单脉冲工作模式，并设定响应延时时间为dt；所述第二计时器4设置为外部时钟模式2，计数次数先设为1次(触发1次后再设为k次)；所述第三计时器5设置为计数模式。
实施例三
本发明实施例三公开了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现实施例一所述的方法的步骤。
实施例四
本发明实施例四还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行实施例一所述的方法的步骤。
在本发明的各实施例中，运动控制卡6与电机7相连，用于控制电机7匀速运转以及捕获电机7的位置，同样地，它也会将捕获到的电机7位置以TCP/IP通讯协议传输给PC以进行后续一系列的理论计算。光电信号与电机7位置的采样同步性则是由ARM芯片里的三个计时器来处理的。运动控制卡6脉冲输出端同时与中央处理单元1（ARM芯片）的三个计时器相连，其中，第一计时器3输出与A/D模数转换器8相连，用于在接收到控制卡发出的同步采集脉冲后延时一定时间后启动A/D模数转换器8采集光电信号。第二计时器4输出与运动控制卡6的捕获输入口连接，用于对输入的同步采集脉冲计数，计数到达设定值后输出脉冲给电机7控制卡采集当前电机7的位置。第三计时器5则用于内部时钟计数，通过计数每两个连续同步采集脉冲之间的时钟脉冲数，可以准确获知脉冲之间的时间间隔，进而获得光电信号与电机7位置同步性较好的采集数据。
对于本发明实施例的具体实施步骤可参考如下：
S100：ARM中央处理单元1配置第二计时器4为外部时钟模式2，计数值设为1；当第二计时器4每接收到一个外部脉冲，在时钟中断处理中立刻输出一个脉冲；
S200：运动控制卡6控制电机7以较低的速度S匀速转动起来，并设定在m个角度（a0,a1…am）发出脉冲，该列脉冲记为δ；为确保运动控制卡6能捕获到发出去的脉冲，每个脉冲之间的时间间隔应该不小于卡能捕获到的最小周期；
S300：当第二计时器4捕获到脉冲列δ的每个上升沿，都会立刻输出一个脉冲给运动控制卡6，控制卡捕捉到每个输入脉冲的上升沿，就记录下当前电机7的位置；因此，经过前述步骤，运动控制卡6对应脉冲列δ记录了一串位置：a0’a1’…am’；
S400：通过两列位置数据及速度，经简单计算即可标定出系统平均延时dt；dt=(（a0’-a0）+(（a1’- a1）+…)/mS；
S500：ARM中央处理单元1设置第一计时器3为单脉冲工作模式，并设定响应延时时间为dt，第二计时器4设置为外部时钟模式2，计数次数先设为1次(触发1次后再设为k次),第三计时器5设置为计数模式；
S600：运动控制卡6控制电机7以较高的速度V匀速转动起来，并预设定在M个角度（A0,A1…Am）发出触发脉冲列记为δ’，见图2中的20；为了机台测试结果更准确，应尽可能采样更多的数据，因此该列脉冲的脉冲间隔可以设定小一些；
S700：脉冲列δ’将同时发送给第一计时器3，第二计时器4和第三计时器5；第一计时器3捕捉脉冲列δ’每个脉冲的上升沿，并延时dt时间后输出一个脉冲给 A/D模数转换器8启动采样光电传感器9，并将采样值通过DMA方式（中央处理单元数据传输路径11）传输给ARM中央处理单元1，第一计时器3输出的脉冲列请见图2中的21；第二计时器4则对脉冲列δ’的脉冲进行计数，第一次只需计数一个就输出脉冲，此后都是每当计数值记到k，才输出一个脉冲；第二计时器4输出的脉冲列由图2中的22标示；第二计时器4输出的脉冲给到运动控制卡6，运动控制卡6捕捉到脉冲上升沿便记录下当时的电机7位置；另外，第三计时器5将对脉冲列δ’的每两个连续脉冲间的时钟周期（见图2中的23）计数，以计算出准确的脉冲之间的时间差；例如：第三计时器5的时钟频率为F，脉冲列δ’第一个和第二个脉冲之间时钟计数值为C0，第二个与第三个脉冲之间的时钟计数值为C1，第一个脉冲与第二个脉冲之间的时间差ΔT0 = C0/F，第二个脉冲与第三个脉冲之间的时间差ΔT1 = C1/F，以此类推，可以计算出脉冲列δ’每两个连续脉冲之间的时间差数据；
S800：经过上述步骤，ARM中央处理单元1可以获得两组数据，一组n个（假设总共采集n个数据，n为k的整倍数加1）光电传感器9采集信号：S0, S1…Sn-1，和另一组n-1个脉冲间隔时间差数据:ΔT0, ΔT1 …ΔTn-2。运动控制卡6则获得一组（n-1）/k+1个电机7位置数据: P0, P1…P(n-1)/k。ARM中央处理单元1和运动控制卡6分别把这些数据通过TCP/IP传输（图1中的中央处理单元数据传输路径11和运动控制卡数据传输路径12）给控制器10（上层或远程控制PC）；光电采集信号数组与电机位置数组存在以下同步对应关系：S0与P0，Sk与 P1 ,S2k与P2，… Sn-1与P(n-1)/k完全同步。而S0与Sk之间，Sk与S2k之间,那些没有直接对应的同步采集的电机7位置的光电采样信号，可以通过脉冲间隔时间差数据乘上电机7转速，准确计算出对应的电机7位置。经过上述步骤，控制器10可以获得光电信号与电机7位置几乎完全同步采集的一一对应的两列数组（完整的电机位置数据数组、光电信号数据数组）。根据这两列数组再进行一系列理论运算，就可以准确得出所测样品的属性，该理论运算属于椭偏光学量测仪的实际应用，是本领域技术人员所能知晓和实现的，在此不再一一展开。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种同步信号采集处理方法，用于椭偏光学量测仪的同步信号采集处理，其特征在于，该方法包括：
通过运动控制卡控制电机以第一转速运转，设定电机在第一转速运转下发出第一设定脉冲信号，运动控制卡对应第一设定脉冲信号捕获该第一转速下电机的第一位置脉冲信号及电机第一位置数据，并将捕获的第一位置脉冲信号及电机第一位置数据传输给中央处理单元；
根据第一设定脉冲信号、第一位置脉冲信号、电机第一位置数据及第一转速标定出系统平均延时dt；
通过运动控制卡控制电机以第二转速运转，设定电机在第二转速运转下发出第二设定脉冲信号；运动控制卡对应第二设定脉冲信号捕获该第二转速下电机的第二位置脉冲信号，并将捕获的电机的第二设定脉冲信号传输给中央处理单元；
通过中央处理单元根据接收到的每个第二位置脉冲信号并延时dt时间后输出脉冲控制信号以启动光电传感器，光电传感器采集光电信号数据；
通过中央处理单元对第二设定脉冲信号的脉冲进行间隔计数并发出控制脉冲，对第一个的第二设定脉冲信号的脉冲计数后间隔一个数值k再计数，再发出来，中央处理单元将该控制脉冲传输给运动控制卡，由运动控制卡采集该控制脉冲下的电机第二位置数据；
通过中央处理单元对第二设定脉冲信号的每两个连续脉冲间的时钟周期计数，以计算出第二设定脉冲信号每两个连续脉冲之间的脉冲间隔时间差数据；
通过脉冲间隔时间差数据计算未被记录的电机第三位置数据，并将电机第三位置数据按照脉冲间隔时间差数据的排列整合到电机第二位置数据中形成完整的电机位置数据，以获得完全同步采集并且一一对应的完整的电机位置数据与光电信号数据数组。
2.根据权利要求1所述的同步信号采集处理方法，其特征在于：在所述运动控制卡对应第一设定脉冲信号捕获该第一转速下电机的第一位置脉冲信号及电机第一位置数据的步骤中，配置一个第二计时器，将第二计时器配置为外部时钟模式，计数值设为1；当第二计时器每接收到一个外部脉冲，在时钟中断处理中立刻输出一个脉冲。
3.根据权利要求2所述的同步信号采集处理方法，其特征在于：在运动控制卡对应第一设定脉冲信号捕获该第一转速下电机的第一位置脉冲信号及电机第一位置数据的步骤中，设定电机在m个角度a0,a1…am发出脉冲，该列脉冲记为δ，当第二计时器捕获到脉冲列δ的每个上升沿，都会立刻输出一个脉冲给运动控制卡，运动控制卡捕捉到每个输入脉冲的上升沿，就记录下当前电机的位置，将该每个电机的位置按时序记录为电机设定位置数据；经过前述步骤，运动控制卡对应脉冲列δ记录了一串位置：a0’a1’…am’，将该每个电机的位置按时序记录为电机第一位置数据； 通过电机设定位置数据、电机第一位置数据及转速，标定出系统平均延时dt，dt=(（a0’-a0）+(（a1’- a1）+…)/mS。
4.根据权利要求1所述的同步信号采集处理方法，其特征在于：在所述通过中央处理单元对第二设定脉冲信号的脉冲进行间隔计数并发出控制脉冲的步骤中，配置一个第一计时器、第二计时器和第三计时器；所述第一计时器被配置成单脉冲工作模式，并设定响应延时时间为dt；所述第二计时器设置为外部时钟模式，计数次数先设为1次，触发1次后再设为k次；所述第三计时器设置为计数模式。
5.根据权利要求4所述的同步信号采集处理方法，其特征在于：在所述通过中央处理单元对第二设定脉冲信号的脉冲进行间隔计数并发出控制脉冲的步骤中，运动控制卡控制电机比第一转速高的第二转速匀速转动起来，并预设定在M个角度A0,A1…AM发出触发脉冲列记为δ’；
脉冲列δ’将同时发送给第一计时器、第二计时器和第三计时器；第一计时器捕捉脉冲列δ’每个脉冲的上升沿，并延时dt时间后输出一个脉冲给模数转换器启动采样光电传感器，并将采样值通过中央处理单元数据传输路径传输给中央处理单元；第二计时器则对脉冲列δ’的脉冲进行计数，第一次只需计数一个就输出脉冲，此后都是每当计数值记到k，才输出一个脉冲，第二计数器输出的脉冲给到运动控制卡，运动控制卡捕捉到脉冲上升沿便记录下当时的电机位置，将该每个电机的位置按时序记录为电机第二位置数据；第三计时器将对脉冲列δ’的每两个连续脉冲间的时钟周期计数，以计算出以计算出第二设定脉冲信号每两个连续脉冲之间的脉冲间隔时间差数据。
6.一种同步信号采集处理装置，用于权利要求1至5任一项所述的方法中的同步信号采集处理，其特征在于，该装置包括：中央处单元、模数转换器、光电传感器、通讯模块、运动控制卡、电机以及控制器；其中，
电机，用于带动偏振波片旋转以得到椭偏仪的反射光偏振态；
光电传感器，用于接收偏振反射光以测得光强即偏振态幅度，采集光电模拟信号；
模数转换器，用于将光电传感器的光电模拟信号转换为光电信号数据，并将光电信号数据传输给处理器；
运动控制卡，根据指令控制电机转动、控制光电传感器采集光电信号数据；运动控制卡记录第一位置脉冲信号并传输给中央处理单元；运动控制卡获取第二电机位置数据并传输给控制器；
中央处理单元，用于获取电机的第一位置脉冲信号、第二设定脉冲信号，并根据中央处理单元标定出系统平均延时dt；还用于获取光电信号数据、脉冲间隔时间差数据；
通讯模块，用于将运动控制卡的第二电机位置数据传输给控制器，将中央处理单元获得的光电信号数据、脉冲间隔时间差数据传输给控制器；
控制器，通过脉冲间隔时间差数据计算未被记录的电机第三位置数据，并将电机第三位置数据按照脉冲间隔时间差数据的排列整合到电机第二位置数据中形成完整的电机位置数据，以获得完全同步采集并且一一对应的完整的电机位置数据数组与光电信号数据数组。
7.根据权利要求6所述的同步信号采集处理装置，其特征在于：所述中央处理单元中配置有第一计时器、第二计时器和第三计时器；在获取第一位置脉冲信号和第一设定脉冲信号的位置数据时，将第二计时器配置为外部时钟模式，计数值设为1；当第二计时器每接收到一个外部脉冲，在时钟中断处理中立刻输出一个脉冲；在通过中央处理单元根据接收到的每个第二位置脉冲信号并延时dt时间后输出脉冲控制信号以启动光电传感器时，所述第一计时器被配置成单脉冲工作模式，并设定响应延时时间为dt；在通过中央处理单元对第二设定脉冲信号的脉冲进行间隔计数并发出控制脉冲时，所述第二计时器设置为外部时钟模式，计数次数先设为1次，触发1次后再设为k次；在通过中央处理单元对第二设定脉冲信号的每两个连续脉冲间的时钟周期计数时，所述第三计时器设置为计数模式。
8.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至5任一项所述的方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至5任一项所述的方法的步骤。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111141809.2A CN113670826B (zh) | 2021-09-28 | 2021-09-28 | 同步信号采集处理方法、装置、计算机设备及存储介质 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111141809.2A CN113670826B (zh) | 2021-09-28 | 2021-09-28 | 同步信号采集处理方法、装置、计算机设备及存储介质 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113670826A true CN113670826A (zh) | 2021-11-19 |
| CN113670826B CN113670826B (zh) | 2022-01-07 |
Family
ID=78550391
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111141809.2A Active CN113670826B (zh) | 2021-09-28 | 2021-09-28 | 同步信号采集处理方法、装置、计算机设备及存储介质 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113670826B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116455365A (zh) * | 2023-04-21 | 2023-07-18 | 珠海极海半导体有限公司 | 一种捕获电路、微处理芯片及设备 |
| CN116625506A (zh) * | 2023-05-05 | 2023-08-22 | 晶诺微(上海)科技有限公司 | 一种椭偏光路中光谱采集方法、系统和电子设备 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103217988A (zh) * | 2013-03-20 | 2013-07-24 | 华中科技大学 | 一种广义椭偏仪的同步控制系统 |
| CN104864958A (zh) * | 2014-02-21 | 2015-08-26 | 睿励科学仪器（上海）有限公司 | 具有同步数据采集机制的光学测量系统 |
| CN105759763A (zh) * | 2016-04-01 | 2016-07-13 | 沈阳东软医疗系统有限公司 | 一种多叶光栅的控制方法及系统 |
| CN106767745A (zh) * | 2016-12-09 | 2017-05-31 | 清华大学 | 一种光电传感器测角系统的信号处理方法 |
| CN107948525A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-04-20 | 北京航空航天大学 | 一种适用于高速摄影图像与传感器信号的时序控制和记录装置 |
-
2021
- 2021-09-28 CN CN202111141809.2A patent/CN113670826B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103217988A (zh) * | 2013-03-20 | 2013-07-24 | 华中科技大学 | 一种广义椭偏仪的同步控制系统 |
| CN104864958A (zh) * | 2014-02-21 | 2015-08-26 | 睿励科学仪器（上海）有限公司 | 具有同步数据采集机制的光学测量系统 |
| CN105759763A (zh) * | 2016-04-01 | 2016-07-13 | 沈阳东软医疗系统有限公司 | 一种多叶光栅的控制方法及系统 |
| CN106767745A (zh) * | 2016-12-09 | 2017-05-31 | 清华大学 | 一种光电传感器测角系统的信号处理方法 |
| CN107948525A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-04-20 | 北京航空航天大学 | 一种适用于高速摄影图像与传感器信号的时序控制和记录装置 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116455365A (zh) * | 2023-04-21 | 2023-07-18 | 珠海极海半导体有限公司 | 一种捕获电路、微处理芯片及设备 |
| CN116455365B (zh) * | 2023-04-21 | 2024-02-09 | 珠海极海半导体有限公司 | 一种捕获电路、微处理芯片及设备 |
| CN116625506A (zh) * | 2023-05-05 | 2023-08-22 | 晶诺微(上海)科技有限公司 | 一种椭偏光路中光谱采集方法、系统和电子设备 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113670826B (zh) | 2022-01-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113670826B (zh) | 同步信号采集处理方法、装置、计算机设备及存储介质 | |
| US10416704B2 (en) | Method and structure for determining global clock among systems | |
| US8838846B1 (en) | Autonomous, multi-channel USB data acquisition transducers | |
| CN109460011B (zh) | 针对总线式运动控制系统的综合性能测试装置及方法 | |
| EP3438692B1 (en) | Sample-and-hold circuit for a lidar system | |
| TW202300934A (zh) | 即時等時快閃記憶體陣列數化器示波器架構 | |
| CA2162347C (en) | Method and apparatus for high-speed scanning of electromagnetic field levels | |
| CN107942280A (zh) | 一种用于对绝对延迟时间进行校准的方法及系统 | |
| CN108549024A (zh) | 一种预测式m/t的测速系统及方法 | |
| CN109782135A (zh) | 一种精确诊断线缆损伤位置的方法 | |
| KR20180027801A (ko) | 음원계측장치 및 이를 포함하는 음원 거리 계측 시스템 | |
| US7094978B2 (en) | System and method for generating a high speed estimated position output for a position encoder | |
| CN111555801A (zh) | 一种用于光时域反射仪的光信号采样装置及其方法和光时域反射仪 | |
| US20220187351A1 (en) | Waveform measuring method | |
| CN111758049A (zh) | 一种激光雷达设备、专用集成电路及测距装置 | |
| CN210070868U (zh) | 检验生化分析仪码盘中心偏移的装置 | |
| CN115824286B (zh) | 角度编码器误差快速检测装置及检测方法 | |
| CN101655390B (zh) | 激光绝对辐射传递标准装置 | |
| CN220872494U (zh) | 超声风速仪和异地同步监测系统 | |
| RU2155322C1 (ru) | Оптический дальномер | |
| JP4415711B2 (ja) | 計測コントローラ | |
| CN109489707A (zh) | 一种增量型光电编码器测试机及测试方法 | |
| CN218957064U (zh) | 数据采集系统 | |
| CN215813847U (zh) | 一种dcs系统实时性测试装置 | |
| CN219607966U (zh) | 步进电动机步距角误差测试系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: Building C, No.888, Huanhu West 2nd Road, Lingang New District, China (Shanghai) pilot Free Trade Zone, Pudong New Area, Shanghai Patentee after: Jiangling Technology (Shanghai) Co.,Ltd. Address before: 215000 building 10-1, No. 1150, Southeast Avenue, Southeast street, Changshu, Suzhou, Jiangsu Patentee before: Jiangsu Jiangling Semiconductor Co.,Ltd. |
|
| CP03 | Change of name, title or address |