CN115388787A - 光声测量系统 - Google Patents

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CN115388787A CN202210976185.4A CN202210976185A CN115388787A CN 115388787 A CN115388787 A CN 115388787A CN 202210976185 A CN202210976185 A CN 202210976185A CN 115388787 A CN115388787 A CN 115388787A
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displacement
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陈煜杰
董诗浩
李仲禹
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Shanghai Precision Measurement Semiconductor Technology Inc
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Abstract

本发明提供了一种光声测量系统。该光声测量系统通过激发光照射在待测物表面形成声波，声波使待测物表面产生形变，同时通过探测光照射在待测物表面得到探测光的反射光线即信号光，由于声波在待测物内运动并反弹至待测物的表面后形成变形区域会对信号光产生影响，使得探测器采集的信号产生变化，进而能够依据采集的信号进行膜厚的计算。通过采集延迟器的位移台的位置对信号光的时间进行反馈，通过控制模块对探测器采集的光功率数据以及位移台的位置数据进行处理，之后根据位移台的位置确定声波的运动时长，并对待测物的膜厚进行计算，能够得到准确率较高的结果，有效避开了现有技术中各方面误差对计算准确度的影响。

Description

光声测量系统
技术领域
本发明涉及厚度测量技术领域，尤其涉及一种光声测量系统。
背景技术
光声效应(Photoacoustic Effect)是指当媒质受到周期性强度调制的光源照射时，内部温度改变引起区域结构和体积变化从而产生声信号的现象。基于光声效应的测量技术结合了光学测量的高分辨率和声学测量的高穿透性优势，已被广泛应用于生物医学、军工航天、半导体产业等多个领域，而该技术实现良好应用的关键在于对测量信号进行准确的特征识别与提取。
面向非透明固体材料的光声测量技术是实现快速无损缺陷探测、膜厚测量、物性表征的有效途径。
基于固体光声效应的无损探伤、膜厚测量等技术通常是利用脉冲激光在样品内部近表面处激发出声脉冲，并通过超声换能器、光学探测等方法对此声脉冲在样品中的传播过程进行监测，获得一维时序光声测量信号。声脉冲产生的瞬间会形成零点信号，其传播过程中会在样品界面处发生部分反射从而回到样品表面，形成回声信号，通过对时序测量信号中的零点信号和回声信号进行特征识别与提取，能够反演计算出样品的膜厚等信息。
现有技术中通过零点信号和回声信号获取时的位置信号作为时域信号对膜厚等信息进行计算，但是采用位置作为信号作为时域信号时往往存在原理方面、制造方面和运行方面等方面的误差，这样容易导致测量的准确率低的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光声测量系统，用以解决现有技术中通过位置信号作为时域信号时测量准确率低的问题。
本发明提供了一种光声测量系统，该系统包括光源、延迟器、位移传感器、探测器和控制模块；所述光源用于产生探测光和激发光，所述激发光用于在待测物中形成声波，所述声波经所述待测物中的界面回传至所述待测物表面产生形变区域，所述探测光用于照射至所述待测物表面的所述形变区域后形成信号光；所述延迟器包括位移台和若干反射组件，所述若干反射组件用于多次反射所述探测光，所述位移台用于带动所述反射组件线性移动以调整所述探测光的总光程，所述探测光的总光程包括所述延迟器调控的可变光程及探测光路中的固定段光程；所述探测器以第一频率采集所述信号光的光功率；所述位移传感器以第二频率实时采集所述位移台的位置；所述控制模块，对采集到的所述信号光的光功率和/或所述位移台的位置进行数据处理，以使相同时间内所述信号光的光功率的数据量和所述位移台的位置的数据量比值为0.9至1.1，并基于经所述数据处理后的信号光的光功率数据和位移台的位置数据获取所述待测物的膜厚。
本发明的光声测量系统的有益效果在于：通过光源产生所述激发光和所述探测光，所述激发光照射在待测物表面形成声波，所述声波经所述待测物中的界面回传至所述待测物表面产生形变区域，同时通过所述探测光照射在待测物表面得到所述探测光的反射光线即所述信号光，由于所述声波在所述待测物内运动并反弹至所述待测物的表面后形成变形区域会对所述信号光产生影响，使得所述探测器采集的信号产生变化，进而能够依据采集的信号进行膜厚的计算。所述延迟器设置于所述探测光的运动路径上，调整所述探测光的光程，由于采集的所述信号光与所述延迟器对所述探测光产生的延迟相关，因此能够通过采集所述延迟器的位移台的位置对信号光的时间进行反馈，又由于采集的所述信号光的频率需求很高，且位置数据的采集频率(第二频率)往往与所述信号光的采集频率(第一频率)不相等，进而通过所述控制模块对所述探测器采集的光功率数据以及所述位移台的位置数据进行处理，使两者在一定程度上相匹配，之后根据所述位移台的位置确定声波的运动时长，并对所述待测物的膜厚进行计算，能够得到准确率较高的结果，有效避开了现有技术中各方面误差对计算准确度的影响。
在一种可行的方案中，所述位移传感器为光栅尺。其有益效果在于：通过采集所述光栅尺的图像即可得到位置数据，方便使用。
在一种可行的方案中，所述对采集到的所述信号光的光功率和/或所述位移台的运动距离进行数据处理，包括：对所述第一频率和所述第二频率中较低者获取的采集数据进行插值处理和/或对所述第一频率和所述第二频率中较高者获取的采集数据进行压缩处理。其有益效果在于：通过对所述第一频率和所述第二频率中数值较低的数据进行插值即可使两者匹配或使两者数据量比值达到0.9至1.1的范围；或通过对所述第一频率和所述第二频率中数值较高的数据进行压缩即可使两者匹配或使两者数据量比值达到0.9至1.1的范围；再或同时对较高的数据进行压缩、同时对较低的数据进行插值也可使两者匹配或使两者数据量比值达到0.9至1.1的范围。
在一种可行的方案中，所述插值处理包括线性插值或样条插值。
在一种可行的方案中，所述压缩处理包括：获取所述第一频率和所述第二频率中较高者与较低者的比例系数Q；在所述较高者获取的数据中选取与所述较低者获取的数据采集时序点位置最近的k个点作为目标点进行压缩，求取所述目标点对应的采集数据值的平均值，将所述平均值作为经所述数据处理后的所述较高者对应的采集数据，其中0.9≤k/Q≤1.1。其有益效果在于：这样设置即可对所述第一频率和所述第二频率中的较高者进行比例k的压缩，能够使得被压缩后的频率与所述第一频率和所述第二频率中的较低者的频率处于0.9至1.1的范围。
在一种可行的方案中，所述k个所述目标点对应的数据采集时序点呈对称分布。其有益效果在于：这样设置能够提升数据压缩时压缩结果的准确度。
在一种可行的方案中，经所述数据处理后，相同时间内所述信号光的光功率的数据量和所述位移台的位置的数据量相等。其有益效果在于：通过数据量相等时的位置数据对所述待测物的膜厚进行计算，获得准确度最高的计算结果。
在一种可行的方案中，所述基于经所述数据处理后的信号光的光功率数据和位移台的位置数据获取所述待测物的膜厚，包括：基于经所述数据处理后的信号光的光功率数据和位移台的位置数据；在相同时间内分别建立所述信号光的光功率数据和所述位移台的位置数据与各自数据采集时序点的对应关系；获取所述信号光的光功率的数据的峰位及所述峰位对应的光功率数据采集时序点；在所述位移台的位置数据中，获取与所述峰位相匹配的所述位移台的数据匹配点F，以及所述数据匹配点F对应的所述位移台的位置数值PF，所述数据匹配点F为距离所述峰位对应的光功率数据采集时序点最近的位置数据采集时序点；基于所述数据匹配点F对应的所述位移台的位置数值PF，获取所述位移台位于所述数据匹配点F时所述探测光与所述激发光到达所述待测物表面时的光程差OPDF；基于所述光程差OPDF，获取所述待测物的膜厚。
其有益效果在于：通过所述光功率数据和所述位置数据与各自数据采集点的对应关系，能够获取所述光功率位于峰值时对应的所述位置数据匹配点F，以及获取位于峰值时所述位置数据对应的数值PF，根据所述数值PF以及激发光到达所述待测物表面时对应的位置数据及数值，即可计算所述信号光反弹至所述待测物表面时所述探测光和所述激发光的光程差OPDF，通过所述光程差OPDF即可对所述待测物的膜厚进行计算。
在一种可行的方案中，所述位移台位于所述数据匹配点F时所述探测光与所述激发光到达所述待测物表面时的光程差OPDF，包括：获取所述位移台位于所述数据匹配点F时所述探测光的总光程
Figure BDA0003798522020000041
Figure BDA0003798522020000042
获取所述位移台位于所述数据匹配点F时所述探测光与所述激发光的光程差OPDF：
Figure BDA0003798522020000043
其中，
Figure BDA0003798522020000044
为探测光路中的固定段光程，
Figure BDA0003798522020000051
为探测光路中所述位移台位于所述数据匹配点F时所实现的所述探测光的可变光程段的光程，OPpump为所述激发光的光程，n为所述反射组件对所述探测光进行反射的次数。其有益效果在于：由于所述总光程
Figure BDA0003798522020000052
为固定段光程和位移台部分发生的光程之和，通过统计所述位移台部分单次反射时发生的光程即所述光功率位于峰值时所述位置数据对应的数值PF，并将单次反射时发生的光程PF乘以反射次数n即可得到可变光程段的总光程
Figure BDA0003798522020000053
通过可变光程段的总光程
Figure BDA0003798522020000054
和固定段光程
Figure BDA0003798522020000055
即可得到探测光的总光程
Figure BDA0003798522020000056
通过所述总光程
Figure BDA0003798522020000057
减去所述激发光的光程OPpump即可得到光程差OPDF，进而即可进行所述膜厚的计算。
在一种可行的方案中，所述基于所述光程差OPDF，获取所述待测物的膜厚，包括：基于所述光程差OPDF获取所述声波回传至所述待测物表面形成的相邻两次回声的时间间隔Δt，
Figure BDA0003798522020000058
基于所述时间间隔获取所述待测物的膜厚d，
Figure BDA0003798522020000059
其中，VL是光的传播速度，Vsound为所述声波在所述待测物中的传播速度。其有益效果在于：所述光程差OPDF即所述信号光反弹至所述待测物表面时所述探测光与所述激发光的光程差，通过所述光程差OPDF算得所述探测光到达所述待测物表面时即产生声波时，与所述声波在所述待测物内运动并回弹至所述待测物表面时两个时刻之间的时间间隔Δt，或者通过所述光程差OPDF即可算得相邻两次所述声波在所述待测物内运动并回弹至所述待测物表面时之间的时间间隔Δt，之后通过所述声波在所述待测物内的运动速度Vsound即可计算达到膜厚d。
附图说明
图1为本发明第一种实施例中光声测量系统的结构示意图；
图2为本发明第一种实施例中探测光和激发光的光程示意图；
图3为本发明第二种实施例中位置数据和光功率数据的对比示意图；
图4为图3中位置数据差值后和光功率数据的对比示意图；
图5为本发明第三种实施例中位置数据压缩前后的对比示意图；
图6为图5中位置数据压缩前后和光功率数据的对比示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
针对现有技术存在的问题，本发明的实施例提供了一种光声测量系统。
图1为本发明第一种实施例中光声测量系统的结构示意图。
本发明的一些实施例中，参照图1，光声测量系统包括光源、延迟器、位移传感器、探测器和控制模块；所述光源用于产生探测光和激发光，所述激发光用于在待测物中形成声波，所述声波经所述待测物中的界面回传至所述待测物表面产生形变区域，所述探测光用于照射至所述待测物表面的所述形变区域后形成信号光；所述延迟器包括位移台和若干反射组件，所述若干反射组件用于多次反射所述探测光，所述位移台用于带动所述反射组件线性移动以调整所述探测光的总光程，所述探测光的总光程包括所述延迟器调控的可变光程及探测光路中的固定段光程；所述探测器以第一频率采集所述信号光的光功率；所述位移传感器以第二频率实时采集所述位移台的位置；所述控制模块，对采集到的所述信号光的光功率和/或所述位移台的位置进行数据处理，以使相同时间内所述信号光的光功率的数据量和所述位移台的位置的数据量比值为0.9至1.1，并基于经所述数据处理后的信号光的光功率数据和位移台的位置数据获取所述待测物的膜厚。
本发明的一些具体实施例中，将所述光源通过分束器分为两束光，即所述探测光和所述激发光，所述激发光直接照射至所述待测物表面形成声波，所述声波经所述待测物中的界面回传至所述待测物表面使所述待测物表面产生形变区域，所述探测光经所述延迟器照射至所述形变区域并产生信号光，所述探测器以所述第一频率采集所述信号光的光功率数据，所述位移传感器以所述第二频率实时采集所述位移台的位置数据，所述控制模块获取所述第一频率和所述第二频率信息，并对所述第一频率和所述第二频率的信息进行插值或压缩，使得所述信号光的光功率信息和所述位移台的位置信息的数据量的比值在0.9至1.1的范围内，进而依据处理后的数据进行膜厚的计算。
在一些实施例中，初始时使所述探测光和所述激发光同时到达所述待测物的表面，即初始时所述激发光的光程与所述探测光的光程相等，随着所述延迟器的作用，所述探测光的光程发生变化，所述声波到达所述待测物表面时，所述探测光光程等同的时间等于所述激发光光程时间加上所述声波在所述待测物内运动的时间，同理所述激发光光程时间点即所述激发光到达所述待测物表面时的时间点，换言之所述光程差OPDF的时间即所述激发光到达所述待测物表面并产生声波时至所述声波在所述待测物内运动并回弹至所述待测物表面时之间的时间间隔Δt，之后便可依据所述时间间隔Δt进行待测物膜厚的计算。
在一些实施例中，所述若干反射组件的部分设置于所述位移台上，所述位移台进行移动时对该部分的反射组件的位置进行调整。
在一些实施例中，所述若干反射组件的整体均设置于所述位移台上。
在一些实施例中，所述探测器在采集所述光功率时，所述位移台带动所述反射组件往复运动，以此调节所述探测光的总光程。当所述声波回传至所述待测物表面时，所述探测器采集的所述光功率信号发生明显变化，也即所述光功率产生突变时代表所述声波运动至所述待测物的上表面。
在一些实施例中，由于硬件的性能差异，往往导致采集设备的采样频率不匹配，即所述第一频率与所述第二频率不匹配，在根据所述声波的峰值进行所述位移台位置的计算时，无法直接匹配到位移台位置数据的合适的数值，直接获取最接近的值会在一定程度上扩大误差。因此，通过所述控制模块获取所述信号光的光功率数据信息和所述位移台位置数据信息，并对两者的数据信息进行数据处理，使两者的数据量位于0.9至1.1的比值范围内，能够控制误差在一定范围内，这样计算的膜厚准确度也更高。
在一些实施例中，通过位移传感器获取所述位移台的位置数据，并非通过所述位移台自身的参数控制得到，而是通过所述位移传感器进行获取，能够避免所述位移台原理方面、制造方面和运行方面带来的误差，避免位移台位置超差的影响。
在一些实施例中，所述位移传感器为光栅尺。在一些具体的实施例中，通过采集所述光栅尺的图像信息即可直接读出所述位移台的位置信息。
在一些实施例中，所述位移台的位置数据在一定范围内呈线性变化。
在一些实施例中，所述信号光的光功率的数据量和所述位移台的位置的数据量比值为0.8、0.9、1.0、1.1或1.2。
在一些实施例中，还包括调制器；所述调制器对应所述激发光的传输路径设置，所述调制器用于对所述激发光进行振幅调制或偏振调制。
在一些实施例中，还包括锁相放大器；所述锁相放大器与所述探测器电连接，所述锁相放大器用于解析所述光功率信号。
在一些实施例中，还包括信号发生器和信号处理器；所述信号发生器与所述调制器电连接，所述信号发生器用于向所述调制器发射第一调制信号，所述调制器用于根据所述调制信号输出调制后的激发光；所述信号发生器与所述锁相放大器电连接，所述信号发生器用于向所述锁相放大器发送第二调制信号，所述锁相放大器用于根据所述第二调制信号对所述光功率信号进行解析；所述信号处理器与所述锁相放大器电连接，所述信号处理器用于获取解析后的光功率信号内的信息。
本发明的一些实施例中，参照图1，所述对采集到的所述信号光的光功率和/或所述位移台的运动距离进行数据处理，包括：对所述第一频率和所述第二频率中较低者获取的采集数据进行插值处理和/或对所述第一频率和所述第二频率中较高者获取的采集数据进行压缩处理。
在一些实施例中，所述第一频率大于所述第二频率，对所述信号光的光功率数据进行压缩处理，或者对所述位移台的位置数据进行插值处理。
在一些实施例中，所述第一频率小于所述第二频率，对所述信号光的光功率数据进行插值处理，或者对所述位移台的位置数据进行压缩处理。
在一些实施例中，所述第一频率大于所述第二频率，对所述信号光的光功率数据进行一定范围的压缩处理，并对所述位移台的位置数据进行一定范围的插值处理，使得压缩后的所述光功率数据量和插值后的所述位置数据量处于0.9至1.1的范围内。
本发明的一些实施例中，参照图1，所述插值处理包括线性插值或样条插值。
本发明的一些具体实施例中，由于所述位移台的位置数据趋近于线性分布，因此对所述位置数据进行插值时通常为线性插值；由于所述光功率的数据趋近于高斯分布，因此对所述光功率的数据进行插值时通常为样条插值。
本发明的一些实施例中，参照图1，所述压缩处理包括：获取所述第一频率和所述第二频率中较高者与较低者的比例系数Q；在所述较高者获取的数据中选取与所述较低者获取的数据采集时序点位置最近的k个点作为目标点进行压缩，求取所述目标点对应的采集数据值的平均值，将所述平均值作为经所述数据处理后的所述较高者对应的采集数据，其中0.9≤k/Q≤1.1。
在一些实施例中，所述k个所述目标点对应的数据采集时序点呈对称分布。
本发明的一些具体实施例中，通过所述第一频率和所述第二频率中较大者(较高者)和较小者(较低者)的比值得到所述比例系数Q，对所述较高者的目标点位进行时序前后共k个点进行求和取平均值P(I)。
在一些实施例中，平均值P(I)的计算公式为：
Figure BDA0003798522020000101
I为压缩后数据点位对应的时序，i为压缩前数据点位对应的时序，P(i)为压缩前目标点位时序对应的数据数值，
Figure BDA0003798522020000102
至
Figure BDA0003798522020000103
为目标点位前后各个时序点对应的数据数值。
本发明的一些实施例中，参照图1，经所述数据处理后，相同时间内所述信号光的光功率的数据量和所述位移台的位置的数据量相等。
本发明的一些具体实施例中，对较低者中的数据进行比例系数Q的差值或者对较高者的数据进行比例系数Q的压缩即可使得处理后的两种数据的数据量相等。
本发明的一些实施例中，参照图1，所述基于经所述数据处理后的信号光的光功率数据和位移台的位置数据获取所述待测物的膜厚，包括：基于经所述数据处理后的信号光的光功率数据和位移台的位置数据；在相同时间内分别建立所述信号光的光功率数据和所述位移台的位置数据与各自数据采集时序点的对应关系；获取所述信号光的光功率的数据的峰位及所述峰位对应的光功率数据采集时序点；在所述位移台的位置数据中，获取与所述峰位相匹配的所述位移台的数据匹配点F，以及所述数据匹配点F对应的所述位移台的位置数值PF，所述数据匹配点F为距离所述峰位对应的光功率数据采集时序点最近的位置数据采集时序点；基于所述数据匹配点F对应的所述位移台的位置数值PF，获取所述位移台位于所述数据匹配点F时所述探测光与所述激发光到达所述待测物表面时的光程差OPDF；基于所述光程差OPDF，获取所述待测物的膜厚。
本发明的一些具体实施例中，根据所述光功率数据和所述位置数据分别建立数据与各自时序点的对应关系，或者建立数据与各自时序点的对应图表，由于所述光功率数据呈高斯分布(样条曲线分布)，则可以根据所述光功率数据推算光功率峰值时对应的时序，并根据推算的时序获取该时序下对应的所述位移台数据匹配点F以及位置数值PF，基于峰值时对应的位置数据PF即可计算所述光程差OPDF，并依据所述光程差OPDF计算膜厚。
在一些实施例中，当所述光功率数据以线性分布进行计算时，直接获取所述光功率数据中最大值对应的所述时序下的位移台数据匹配点F即可。
在一些实施例中，由于所述第一频率和所述第二频率往往不相等，因此所述光功率峰值对应的时序下不存在相等时序的位移台数据，获取距所述峰值对应的时序最近的位置数据作为数据匹配点F即可。在之外的一些实施例中，由于位置数据在一定范围内呈线性分布，当所述光功率峰值对应的时序下不存在相等时序的位移台数据时，可以通过所述位置数据的线性方程对峰值时的时序对应的位置数据进行计算。
在一些实施例中，可以通过相邻两次峰值对应的位置数据的差值作为光程差OPDF。在一些具体的实施例中，相邻两次峰值对应的位置数据，可以是所述声波发生时与所述声波第一次反弹至所述待测物表面时两个时刻对应的位置数据，也可以是所述声波第一次反弹至所述待测物表面时与所述声波第二次反弹至所述待测物表面时两个时刻对应的位置数据。
图2为本发明第一种实施例中探测光和激发光的光程示意图。
本发明的一些实施例中，参照图1和图2，所述位移台位于所述数据匹配点F时所述探测光与所述激发光到达所述待测物表面时的光程差OPDF，包括：获取所述位移台位于所述数据匹配点F时所述探测光的总光程
Figure BDA0003798522020000111
Figure BDA0003798522020000112
获取所述位移台位于所述数据匹配点F时所述探测光与所述激发光的光程差OPDF：
Figure BDA0003798522020000121
其中，
Figure BDA0003798522020000122
为探测光路中的固定段光程，
Figure BDA0003798522020000123
为探测光路中所述位移台位于所述数据匹配点F时所实现的所述探测光的可变光程段的光程，OPpump为所述激发光的光程，n为所述反射组件对所述探测光进行反射的次数。
本发明的一些具体实施例中，初始时所述探测光和所述激发光同时到达所述待测物的表面，此时所述激发光的光程OPpump与所述探测光的光程相等，随着所述延迟器的作用，所述位移台的位置数值PF开始发生变化，当所述光功率位于最大值时，记录所述位移台的位置数值PF，并据此计算所述探测光的可变光程段的光程
Figure BDA0003798522020000124
之后计算所述探测光的总光程
Figure BDA0003798522020000125
减去所述激发光的光程OPpump得到所述光程差OPDF。
在一些实施例中，为了使所述探测光和所述激发光同时到达所述待测物表面，因此会存在初始时通过所述延迟器对所述探测光的初始光程进行调整，此时所述激发光的光程OPpump与所述探测光的总光程
Figure BDA0003798522020000126
相等；反之，所述激发光的光程OPpump与所述探测光的固定段光程
Figure BDA0003798522020000127
相等。
本发明的一些实施例中，参照图1和图2，所述基于所述光程差OPDF，获取所述待测物的膜厚，包括：基于所述光程差OPDF获取所述声波回传至所述待测物表面形成的相邻两次回声的时间间隔Δt，
Figure BDA0003798522020000128
基于所述时间间隔获取所述待测物的膜厚d，
Figure BDA0003798522020000129
其中，VL是光的传播速度，Vsound为所述声波在所述待测物中的传播速度。
本发明的一些具体实施例中，在进行两次相邻的测量时，所述声波由所述待测物的表面运动至底面后又反弹至表面，因此所述光程差OPDF对应的波长除以光速VL得到的所述时间间隔Δt为所述声波在所述待测物内运动的一个往返的时间，据此将所述时间间隔Δt与所述声波在所述待测物内的传播速度Vsound除以2得到所述待测物的膜厚d。
图3为本发明第二种实施例中位置数据和光功率数据的对比示意图，图4为图3中位置数据差值后和光功率数据的对比示意图。
在一些实施例中，参照图3和图4，位置数据的采样频率小于光功率数据的采样频率，单位时间内位置数据的数据量Codl小于光功率数据的数据量Clia，对所述位置数据进行线性插值处理，线性插值是一种针对一维数据的插值方法，根据一维数据序列中需要插值的点的左右邻近两个数据点来进行数值的估计。插值后的数据能够使Codl＝Clia，插值后的位置数据与光功率数据能够一一匹配，即在位置原始数据间隔增加了若干数据点，提升了位置数据的分辨率。
图5为本发明第三种实施例中位置数据压缩前后的对比示意图，图6为图5中位置数据压缩前后和光功率数据的对比示意图。
在一些实施例中，参照图5和图6，位置数据的采样频率大于光功率数据的采样频率，单位时间内位置数据的数据量Codl大于光功率数据的数据量Clia，对所述位置数据进行压缩处理，以目标点位为中心，在其周围选取k个数据进行压缩，求取k个数据平均后的数值作为压缩后点位的数值，压缩后的数据能够使Codl＝Clia，压缩后的位置数据与光功率数据能够一一匹配，即在位置原始数据间隔取消或变更了若干数据点，降低了位置数据的分辨率。
虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。

Claims (10)

1.一种光声测量系统，其特征在于，包括光源、延迟器、位移传感器、探测器和控制模块；
所述光源用于产生探测光和激发光，所述激发光用于在待测物中形成声波，所述声波经所述待测物中的界面回传至所述待测物表面产生形变区域，所述探测光用于照射至所述待测物表面的所述形变区域后形成信号光；
所述延迟器包括位移台和若干反射组件，所述若干反射组件用于多次反射所述探测光，所述位移台用于带动所述反射组件线性移动以调整所述探测光的总光程，所述探测光的总光程包括所述延迟器调控的可变光程及探测光路中的固定段光程；
所述探测器以第一频率采集所述信号光的光功率；
所述位移传感器以第二频率实时采集所述位移台的位置；
所述控制模块，对采集到的所述信号光的光功率和/或所述位移台的位置进行数据处理，以使相同时间内所述信号光的光功率的数据量和所述位移台的位置的数据量比值为0.9至1.1，并基于经所述数据处理后的信号光的光功率数据和位移台的位置数据获取所述待测物的膜厚。
2.根据权利要求1所述的光声测量系统，其特征在于，所述位移传感器为光栅尺。
3.根据权利要求2所述的光声测量系统，其特征在于，所述对采集到的所述信号光的光功率和/或所述位移台的运动距离进行数据处理，包括：对所述第一频率和所述第二频率中较低者获取的采集数据进行插值处理和/或对所述第一频率和所述第二频率中较高者获取的采集数据进行压缩处理。
4.根据权利要求3所述的光声测量系统，其特征在于，所述插值处理包括线性插值或样条插值。
5.根据权利要求3所述的光声测量系统，其特征在于，所述压缩处理包括：
获取所述第一频率和所述第二频率中较高者与较低者的比例系数Q；
在所述较高者获取的数据中选取与所述较低者获取的数据采集时序点位置最近的k个点作为目标点进行压缩，求取所述目标点对应的采集数据值的平均值，将所述平均值作为经所述数据处理后的所述较高者对应的采集数据，其中0.9≤k/Q≤1.1。
6.根据权利要求5所述的光声测量系统，其特征在于，所述k个所述目标点对应的数据采集时序点呈对称分布。
7.根据权利要求3所述的光声测量系统，其特征在于，经所述数据处理后，相同时间内所述信号光的光功率的数据量和所述位移台的位置的数据量相等。
8.根据权利要求1至7中任一项权利要求所述的光声测量系统，其特征在于，所述基于经所述数据处理后的信号光的光功率数据和位移台的位置数据获取所述待测物的膜厚，包括：基于经所述数据处理后的信号光的光功率数据和位移台的位置数据；
在相同时间内分别建立所述信号光的光功率数据和所述位移台的位置数据与各自数据采集时序点的对应关系；
获取所述信号光的光功率的数据的峰位及所述峰位对应的光功率数据采集时序点；
在所述位移台的位置数据中，获取与所述峰位相匹配的所述位移台的数据匹配点F，以及所述数据匹配点F对应的所述位移台的位置数值PF，所述数据匹配点F为距离所述峰位对应的光功率数据采集时序点最近的位置数据采集时序点；
基于所述数据匹配点F对应的所述位移台的位置数值PF，获取所述位移台位于所述数据匹配点F时所述探测光与所述激发光到达所述待测物表面时的光程差OPDF；
基于所述光程差OPDF，获取所述待测物的膜厚。
9.根据权利要求8所述的光声测量系统，其特征在于，所述位移台位于所述数据匹配点F时所述探测光与所述激发光到达所述待测物表面时的光程差OPDF，包括：
获取所述位移台位于所述数据匹配点F时所述探测光的总光程
Figure FDA0003798522010000031
Figure FDA0003798522010000032
获取所述位移台位于所述数据匹配点F时所述探测光与所述激发光的光程差OPDF：
Figure FDA0003798522010000033
其中，
Figure FDA0003798522010000034
为探测光路中的固定段光程，
Figure FDA0003798522010000035
为探测光路中所述位移台位于所述数据匹配点F时所实现的所述探测光的可变光程段的光程，OPpump为所述激发光的光程，n为所述反射组件对所述探测光进行反射的次数。
10.根据权利要求9所述的光声测量系统，其特征在于，所述基于所述光程差OPDF，获取所述待测物的膜厚，包括：
基于所述光程差OPDF获取所述声波回传至所述待测物表面形成的相邻两次回声的时间间隔Δt，
Figure FDA0003798522010000036
基于所述时间间隔获取所述待测物的膜厚d，
Figure FDA0003798522010000037
其中，VL是光的传播速度，Vsound为所述声波在所述待测物中的传播速度。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024060929A1 (zh) * 2022-09-22 2024-03-28 上海精测半导体技术有限公司 一种光声测量设备及膜厚测量方法

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