分析模型仿真辐射穿过有涂层的连续织物的传播，其中层厚度和折射率作为变量确定透射辐射的速度和方向。该模型基于入射辐射的特性和层厚度的初始指派值来预测透射辐射的特性。在过程中查明涂层厚度，从而将已知特性的入射辐射导向到有涂层的织物上，并且此后，将透射辐射的实际测量与预测特性进行比较。使用拟合算法，调整该模型的层的所指派的厚度并且重复该过程，直到实际值和预测值在期望的限制内，此时，所指派的厚度表示被测卡尺度。利用太赫兹时域光谱设备来获得辐射测量，该太赫兹时域光谱设备创建连续参考，借此可以跟踪和校正样本脉冲的相位和幅度。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】分析模型仿真辐射穿过有涂层的连续织物的传播，其中层厚度和折射率作为变量确定透射辐射的速度和方向。该模型基于入射辐射的特性和层厚度的初始指派值来预测透射辐射的特性。在过程中查明涂层厚度，从而将已知特性的入射辐射导向到有涂层的织物上，并且此后，将透射辐射的实际测量与预测特性进行比较。使用拟合算法，调整该模型的层的所指派的厚度并且重复该过程，直到实际值和预测值在期望的限制内，此时，所指派的厚度表示被测卡尺度。利用太赫兹时域光谱设备来获得辐射测量，该太赫兹时域光谱设备创建连续参考，借此可以跟踪和校正样本脉冲的相位和幅度。【专利说明】利用THz传感器对连续非均匀织物的卡尺度涂层测量相关申请的引用本申请在35U.S.C.§ 119(e)下要求2012年2月8日提交的共同未决申请N0.61/596，595的优先权，通过引用将该申请并入于此。
本专利技术总体涉及用于确定涂层和薄膜层的厚度、基重以及相关性质的技术，该技术利用太赫兹光谱测量。
技术介绍
为了测试和控制的目的，连续织物材料的工业生产通常需要对卡尺度(caliper)或基重(每面积单位的重量)的测量。例如，在制造涂层、共挤塑料以及相关的多层产品的情况下，通常有必要测量每个层和/或每个涂层的卡尺度或基重。用于确定连续织物涂层的卡尺度的标准手段包括例如依赖于核测量或X射线测量的差分称重技术。这种非接触式方案利用双扫描器，每个扫描器都配备有传感器，该双扫描器在涂覆过程之前和之后测量织物重量，其中差异为涂层重量。类似的双扫描器方法是接触式差分卡尺度测量，其中涂层过程之前和之后织物卡尺度的相减产生涂层重量。最后，红外辐射探测利用涂层的独特IR特征来探测和测量涂层重量。 这些现有技术卡尺度测量技术的功用受多个缺点限制。双扫描器差分系统过度昂贵且需要过多的空间来容纳这两个扫描器。此外，对于探测被涂敷到厚基底材料上的相对薄的涂层，该技术自身并不可靠。确实，双扫描器测量通常产生所计算出的具有显著误差的涂层厚度。基层的可变性是双扫描器系统中的另一个误差来源。为了补偿该可变性，双扫描器系统通常包括同点软件，其比较由这两个扫描器从移动织物上的相同点获得的测量结果。不幸的是，扫描器并不保持完美对准，并且其不能跟随相同点使测量变得无用，尤其是当扫描器正在测量厚度在机器方向上不均匀的行进的织物时。已经表明，传统的双扫描器系统在测量基板上的薄聚合物涂层时可能展现出比所测量的涂层厚度大的误差。最后，由于测量材料中的高IR衰减或者缺少将允许涂层材料差异化的独特IR特征，IR感测有时不可能实现。本领域需要一种准确且可重复的技术，用于测量在连续的、行进的非均匀织物上形成的涂层和薄膜的厚度以及相关性质。
技术实现思路
本专利技术部分地基于分析模型的开发，其描述了太赫兹辐射脉冲通过有涂层的织物以及尤其是通过连续织物样本材料的涂层和基底衬底层的传播。随着辐射行进通过这些层时，其行进的方向和速度尤其受到这些层的厚度以及它们的折射率的影响。相应地，在模型中使用的数学关系并入了层厚度和层折射率作为变量，来预测入射辐射在其透射通过有涂层的织物时如何表现。假定可以测量入射和透射辐射并且可以初始查明或测量折射率，那么在迭代过程中查明样本中的涂层的厚度，借此将已知特性的入射电磁辐射导向到有涂层的织物，并且此后，将实际测量与所预测的透射辐射特性进行比较。调整模型的层的所指派的厚度并且重复该过程，直到实际测量与所预测的透射电磁辐射值处于期望限制内，此时，所指派的厚度表示被测卡尺度值。 当采用太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)实施时，卡尺度测量特别准确和精确，该太赫兹时域光谱系统创建参考脉冲的连续集合，借此可以跟踪和校正样本脉冲的相位和幅度。本专利技术可以利用优选地采用两个传感器头且配备有用于测量传感器头之间的z距离的装置的设备而实施。在操作中，被分析的样本(例如具有非均匀厚度的行进织物)被定位在两个传感器头之间。通过实时测量z距离和THz信号，可以校正THz信号以增强光谱仪测量精度。非接触式卡尺度涂层测量实际上对在其上涂敷有涂层的基底衬底(例如，纸)的基重、厚度或者其它物理参数的变化不敏感。 相应地，在一个方面中，本专利技术涉及一种测量有涂层的连续织物上的涂层的厚度的方法，包括以下步骤: (a)开发具有一个或多个涂层以及衬底层的有涂层的连续织物的分析模型，其中该模型表示作为以下各项的函数的、电磁场穿过有涂层的连续织物的透射:(i)每个涂层的厚度；(ii)衬底层的厚度；(iii)每个涂层以及衬底的折射率，其值被初始指派；以及 (iv)太赫兹辐射到有涂层的连续织物上的入射角； (b)通过采用时域太赫兹光谱设备来建立有涂层的连续织物样本的样本测量，该时域太赫兹光谱设备包括生成辐射脉冲的发射器和接收辐射脉冲的探测器，该建立是通过包括以下步骤的技术来进行的: (i)沿发射器与探测器之间的光学路径定位分束器，以形成参考辐射脉冲和被导向到样本的样本辐射脉冲，并且参考辐射脉冲不与样本交互； (ii)将第一镜定位为将样本辐射脉冲反射到探测器；以及 (iii)将第二镜定位为将参考辐射脉冲反射到探测器，并且利用反射的辐射脉冲监测参考辐射脉冲的相位和幅度的波动； (C)在不放置用于测量的任何样本的情况下，通过执行步骤(b) (i)、(b) (ii)和(b) (iii)，利用时域光谱建立有涂层的连续织物样本的参考测量；以及 (d)将样本测量与参考测量进行比较，并基于在步骤(a)中定义的模型来迭代地指派涂层厚度和衬底层厚度的值，以达到样本测量与参考测量之间的最佳拟合关系，从而确定涂层厚度。 在另一个方面中，本专利技术涉及一种用于分析具有一个或多个涂层以及衬底层的有涂层的连续织物样本以测量连续织物上的涂层的厚度的设备，包括: 用于建立有涂层的连续织物样本的样本测量数据的装置，其采用时域太赫兹光谱设备； 用于建立有涂层的连续织物样本的参考测量数据的装置，其采用时域太赫兹光谱设备；以及 电子数据处理装置，被编程且在操作上连接以处理样本测量数据和参考测量数据，其中数据处理装置被编程为将样本测量数据与参考测量数据进行比较，并基于有涂层的连续织物的分析模型来迭代地指派涂层厚度和衬底层厚度的值，以达到样本测量数据与参考测量数据之间的最佳拟合关系，从而确定涂层厚度。 【专利附图】【附图说明】 图1是涂层板的分析模型，被描绘为四层光学系统。 图2是基于示例性THz或近THz-TDS透射的片材测量系统的表示； 图3描绘了用于生成时域光谱中的连续参考(CR)的设备； 图4示出了由分束器生成的典型连续CR轨迹； 图5比较了两组脉冲之间的脉冲间抖动；以及 图6是示出了两组脉冲之间的延迟以及对其的校正延迟的曲线图。 【具体实施方式】 图1将表示涂层板4的模型描绘为具有四个层的多层光学系统，该四层由空气5、涂层材料6、基底材料或板7以及最后的空气8组成。这些层具有各自的折射率，分别被表示为η&、η。和nb。随着太赫兹脉冲的电磁场E通过该系统传播，其遇到这些层之间的三个不同边界，分别被表示为1、2和3，其修改了电场和磁场。 为了描述该系统中的THz电磁场交互，使用了 AB⑶矩阵分析(本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种测量有涂层的连续织物(40)上的涂层的厚度的方法，包括以下步骤：(a)开发具有一个或多个涂层(6)以及衬底层(7)的有涂层的连续织物(40)的分析模型，其中该模型表示作为以下各项的函数的、电磁场穿过有涂层的连续织物(40)的透射：(i)每个涂层(6)的厚度；(ii)衬底层(7)的厚度；(iii)每个涂层(6)以及衬底(7)的折射率，其值被初始指派；以及(iv)太赫兹辐射到有涂层的连续织物(40)上的入射角；(b)通过采用时域太赫兹光谱设备(10)来建立有涂层的连续织物样本的样本测量，该时域太赫兹光谱设备(10)包括生成辐射脉冲(18)的发射器(12)和接收辐射脉冲的探测器(14)，该建立包括以下步骤：(i)沿发射器(12)与探测器(14)之间的光学路径定位分束器(16)，以形成参考辐射脉冲(20)和被导向到样本(40)的样本辐射脉冲(22)，并且参考辐射脉冲(20)不与样本(40)交互；(ii)将第一镜(32)定位为将样本辐射脉冲(23)反射到探测器(14)；以及(iii)将第二镜(30)定位为将参考辐射脉冲(21)反射到探测器(14)，并且利用反射的辐射脉冲(21)监测参考辐射脉冲(20)的相位和幅度的波动；(c)在不放置用于测量的任何样本(40)的情况下，通过执行步骤(b)(i)、(b)(ii)和(b)(iii)，利用时域光谱建立有涂层的连续织物样本(40)的参考测量；以及(d)将样本测量与参考测量进行比较，并基于在步骤(a)中定义的模型来迭代地指派涂层(6)厚度和衬底层(7)厚度的值，以达到样本测量与参考测量之间的最佳拟合关系，从而确定涂层(6)厚度。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：S·萨瓦德，A·克罗拉克，
申请(专利权)人：霍尼韦尔阿斯卡公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA
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