关于光电检测电路的设计与研究

激光驱动
激光扫描发射系统
基准
激光扫描接收系统
光电变换
扫描驱动
分度执行机构
工件 进给执行机构
激光控制
扫描控制
信号采集与数据处理
89C51
串行通信接口
主控制器
进给驱动
回转驱动
伺服控制器
线位移控制
角位移控制
计算机 显示器
键盘
激光圆度测量系统总体结构
扫描转镜 发射光学系统
刀口基准
h
H
激光器
工件
Ri Hhi i 1 ,2 ,3 , ,m
在相机安装架上集成激光测距点 稳定的系统标定 减少系统标定的频率 具有更高的精度
24
二、光电尺寸检测现状
扫描大型零件
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二、光电尺寸检测现状
扫描复杂零件
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二、光电尺寸检测现状
石膏模型
原件 - 2005
扫描模型
差别显示 石膏 1911 / 原型 2005
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绝对激光跟踪仪
二、光电尺寸检测现状
41
四、综合检测方面的应用
综合检测系统
自动测量控制系统
工件
激光扫 描发射器
测量工作台
光栅 位移 检测 系统
光栅位移传感器
计
步
闭环
算
进
伺服
机
电
控制
系
精密机械系统
机
系统
统
激光扫 描接收器
激光 扫描 检测 系统
二维光电综合测量机总体结构图
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四、综合检测方面的应用
原理框图
探头结构 实 物 图 片
管道内部疵病检测系统
三坐标测量机
龙门式测量机

㊀２０２０年㊀第１２期仪表技术与传感器Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ㊀Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ㊀ａｎｄ㊀Ｓｅｎｓｏｒ２０２０㊀Ｎｏ．１２㊀基金项目：国家科技重大专项（２０１７ＺＸ０２１０１００６－００３）收稿日期：２０１９－１２－１０纳米光刻调焦调平传感器光电探测系统设计龚士彬１，２，３，谢冬冬１，３，武志鹏１，３，宗明成１，２，３（１．中国科学院微电子研究所，北京㊀１０００２９；２．中国科学院大学，北京㊀１０００４９；３．中国科学院微电子研究所微电子器件与集成技术重点实验室，北京㊀１０００２９）㊀㊀摘要：针对光刻机调焦调平传感器的高实时性数据采集的设计需求，设计了一种多通道同步采集的光电探测系统㊂该系统使用ＦＰＧＡ作为数据处理和逻辑控制核心，实现了２１个通道测量数据的实时采集和高速传输，与硅片台位置同步以保证测量数据与被测位置间的同步性，利用高速差分串行传输和ＰＣＩｅ协议完成数据的高速传输，并由上位机软件保存数据㊂实验结果证明该系统测量精度好于４ｎｍ，并可稳定采集调焦调平传感器的测量结果㊂关键词：光刻机；调焦调平；探测系统；同步性；实时数据采集；多通道中图分类号：ＴＰ２７４㊀㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：１００２－１８４１（２０２０）１２－０００６－０４ＤｅｓｉｇｎｏｆＰｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃＤｅｔｅｃｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍｆｏｒＦｏｃｕｓｉｎｇａｎｄＬｅｖｅｌｉｎｇＳｅｎｓｏｒｉｎＮａｎｏｓｃａｌｅＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙＧＯＮＧＳｈｉ⁃ｂｉｎ１，２，３，ＸＩＥＤｏｎｇ⁃ｄｏｎｇ１，３，ＷＵＺｈｉ⁃ｐｅｎｇ１，３，ＺＯＮＧＭｉｎｇ⁃ｃｈｅｎｇ１，２，３（１．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２９，Ｃｈｉｎａ；２．ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４９，Ｃｈｉｎａ；３．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＤｅｖｉｃｅｓ＆ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｈｉｇｈｒｅａｌ⁃ｔｉｍｅｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｏｆｆｏｃｕｓｉｎｇａｎｄｌｅｖｅｌｉｎｇｓｅｎｓｏｒｓｉｎｔｈｅｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙｓｙｓｔｅｍ，ａｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｄｅｔｅｃｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．ＴｈｅｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｄｅｔｅｃｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗａｓｂａｓｅｄｏｎＦＰＧＡａｓｔｈｅｃｏｒｅｏｆｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄｌｏｇｉｃｃｏｎｔｒｏｌｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅ２１ｒｅａｌ⁃ｔｉｍｅｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｃｈａｎｎｅｌｓａｎｄｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓ⁃ｓｉｏｎ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｄｗｉｔｈｔｈｅｗａｆｅｒｓｔａｇｅｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｄａｔａａｎｄｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｐｏｓｉｔｉｏｎ．Ｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｓｅｒｉａｌｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎａｎｄＰＣＩｅｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｗｈｅｎｓａｖｉｎｇｄａｔａｔｏｕｐｐｅｒｃｏｍｐｕｔｅｒｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙｉｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｎ４ｎｍ，ａｎｄｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｓｔａｂｌｙｃｏｌｌｅｃｔｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｆｏｃｕｓｉｎｇａｎｄｌｅｖｅｌｉｎｇｓｅｎｓｏｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙｍａｃｈｉｎｅ；ｆｏｃｕｓｉｎｇａｎｄｌｅｖｅｌｉｎｇ；ｄｅｔｅｃｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ；ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ；ｒｅａｌ⁃ｔｉｍｅｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ；ｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌ０㊀引言光刻机是集成电路生产制造过程中的关键设备之一㊂提高光刻机曝光分辨率通常有两种方式 缩短光源波长λ和增大数值孔径ＮＡ，但同时会造成镜头的焦深范围变小［１］㊂在２０／１４ｎｍ节点，关键光刻层的焦深已经只有６０ｎｍ左右，曝光时的对焦精度必须控制在１０ｎｍ以下［２］㊂为保证不离焦，光刻机在测量位置测量晶圆表面形貌，在曝光位置调整其曝光时的姿态［３］㊂光刻机利用调焦调平传感器测量晶圆高度，主流厂商都采用了基于光学三角法的测量技术［４］㊂ＡＳＭＬ公司的调焦调平传感器采用了归一化分时差分测量方法，将一组差分形式的测量光斑由光弹调制器分时成像在光电探测器上［５－７］㊂计算机根据测量结果计算出晶圆高度，绘制出晶圆表面的形貌图㊂国内研究机构和ＳＭＥＥ公司的光刻机均采用ＶＭＥ控制系统控制调焦调平传感器实现硅片形貌的测量和对焦控制㊂上述的调焦调平实现方法存在２个导致同步性差的因素：在分时差分测量方法中，前后两次所采数据实际对应晶圆上的不同位置，从而产生时延误差；操作系统的任务调度存在延时，造成测量的晶圆形貌与实际的晶圆形貌存在偏移㊂针对分时差分测量的缺点，本文提出一种基于空间分光的调焦调平传感器同步光电探测系统㊂本探测系统采用多通道同步采集方法进行光电转换，解决㊀㊀㊀㊀㊀第１２期龚士彬等：纳米光刻调焦调平传感器光电探测系统设计７㊀㊀分时采集造成的时延误差；并针对软件延时造成的形貌偏差问题，在探测系统上引入硅片台位置同步机制，即使用硬件电路保存硅片台位置㊂１㊀调焦调平实现原理调焦调平传感器利用光学三角法和空间分光技术测量晶圆表面各个曝光区域内的高度，硅片台根据该高度数据调整晶圆的位置和姿态，以保证曝光区域位于焦深范围内㊂光学三角法的测量原理如图１所示，其中Ａ㊁Ｂ分别为投影光栅和探测光栅，ｈ１㊁ｈ２对应同一反射面在不同时刻的表面位置㊂在给定入射角α时，若反射面向下移动距离ｈ，反射光的位置对应移动Δｘ㊂根据式（１）所示的几何关系可算得反射面的相对位置㊂ｈ＝Δｘ２ｓｉｎα（１）空间分光的过程如图２所示，投影光栅的条纹由双远心成像系统成像在晶圆表面，晶圆表面反射后再次经过双远心成像系统成像在探测光栅㊂探测光栅图１㊀光学三角法高度测量原理图的前面板依次粘贴着偏振片和分光晶体，于是投影光栅像由偏振片起偏，分光晶体将起偏的投影光栅像分离为在垂直方向上相差半个条纹周期的ｏ光和ｅ光，如图２（ｂ）所示㊂随后经探测光栅调制形成图２（ｄ）所示条纹㊂根据光学三角法原理，晶圆表面高度的变化会造成投影光栅像在垂直于光栅条纹的方向上移动，从而改变调制后ｏ光和ｅ光通过探测光栅的比例㊂光栅像进入光电探测器前，利用渥拉斯顿棱镜将ｏ光与ｅ光在空间上完全分开，探测器即可同时采集ｏ光与ｅ光条纹的光强值㊂㊀（ａ）投影光栅像㊀㊀㊀㊀㊀（ｂ）半周期分光㊀㊀㊀㊀㊀（ｃ）经过探测光栅㊀㊀㊀㊀（ｄ）探测光栅像㊀（ｅ）空间分光图２㊀空间分光示意图空间分光后的ｏ光㊁ｅ光光强为Ｉｏ＝（Ｎ－｜Δｘ｜Ｐ）ｃ４｛Ｐ２［１＋２ｓｉｎｃ２（１２）］＋４Ｐπｓｉｎｃ（１２）ｓｉｎ（２πＰΔｘ）｝（２）Ｉｅ＝（Ｎ－｜Δｘ｜Ｐ）ｃ４｛Ｐ２［１＋２ｓｉｎｃ２（１２）］－４Ｐπｓｉｎｃ（１２）ｓｉｎ（２πＰΔｘ）｝（３）式中：Ｐ为光栅周期，μｍ；Ｎ为光栅条数；ｃ为组件（偏振片＋分光晶体）的透过率；Δｘ为晶圆表面高度的位移量，μｍ［８］㊂根据上述公式绘制晶圆表面高度与光强的关系曲线（图３），图（３）中Ｉｏ为ｏ光光强的归一化值，Ｉｅ为ｅ光光强的归一化值㊂０μｍ位置处ｏ光与ｅ光光强曲线相交，且为所有交点中的最大值，即在零位时ｏ光㊁ｅ光光强有最大的相等值㊂图３㊀光强与晶圆表面高度关系仿真晶圆表面高度值的计算公式为ｈ＝Ｇ（Ｉｅ－Ｂｅ）－（Ｉｏ－Ｂｏ）（Ｉｅ－Ｂｅ）＋（Ｉｏ－Ｂｏ）（４）式中：Ｂｅ与Ｂｏ为探测器的背景噪声；Ｇ为比例系数㊂Ｇ同光栅周期Ｐ㊁测量光入射角α的关系为㊀㊀㊀㊀㊀８㊀ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＤｅｃ．２０２０㊀Ｇ＝Ｐ／４２ｓｉｎα（５）基于上述空间分光测量原理以及调焦调平传感器的精度需求，设计了一种高精度㊁高实时性㊁多通道同步采集的光电探测系统㊂２㊀光电探测系统设计２．１㊀探测系统总体设计光电探测系统由光电二极管阵列㊁数据采集板㊁ＰＣＩｅ板和上位机软件组成，图４为总体框图㊂光电二极管阵列由紧凑排列的２１个高灵敏度探测区域组成，可将６００ １０００ｎｍ波长的光强值转换为电流信号，包括９对ｏ光㊁ｅ光探测区和３个粗对准探测区㊂数据采集板根据上位机和硅片台的指令，同步采集光电二极管产生的模拟信号，经１６ｂｉｔＡＤＣ模数转换后以数字信号的形式发送至位于上位机主板上的ＰＣＩｅ板㊂数据通过高速串行链路向ＰＣＩｅ板发送时，利用ＳＥＲＤＥＳ芯片以１０ｂｉｔ串并转换的方式，将高两位分别作为 测量数据有效 和 温度数据有效 控制信号，每个时钟发送１个字节的数据，保证每次采样完成后，将包括温度数据在内的４４个字节数据以ＭＳＢ方式有序传输㊂ＰＣＩｅ板从高速串行链路上恢复来自数据采集板的数据至片上ＲＡＭ，再通过ＰＣＩｅ协议发送至上位机，上位机上的光电探测系统测试程序可对数据进行保存㊂图４㊀总体关系图为了克服造成探测系统精度下降的两个因素：ｏ光与ｅ光之间存在采样延迟㊁硅片台实际位置与采样位置偏离，文中采用了 多通道同步采集 和 硅片台同步触发 这两项针对性设计㊂２．２㊀多通道同步采集设计传统的探测系统采集光强信号时采用分时采集的方式，每组ｏ光与ｅ光由同一个ＡＤＣ在间隔１μｓ的２个时刻先后采样㊂例如，在１ｘｎｍ光刻机内，为实现２５０／ｈ的产率，要求扫描速度为８００ｍｍ／ｓ［９］㊂依照该扫描速度，两次采样的实际位置相差８００ｎｍ㊂根据式（４）计算可知，对于时刻０位置的高度测量结果，由分时采集方式造成的偏差值约为时刻０与时刻１两个位置之间高度差值Δｈ的一半，即时刻０位置的测量值为真实值ｈ与偏差量Δｈ／２的和，这种偏差将在ｎｍ尺度下影响测量的精确性㊂本设计则采用同步采集方式，在收到采样脉冲后，探测系统同步采集２１路光强信号，克服了上述分时电路造成的测量结果偏差㊂２．３㊀硅片台同步触发设计本设计针对硅片台位置与实际采样位置存在的偏差，在探测系统上引入了硅片台同步信号㊂相比于使用软件读取硅片台位置，由探测系统的硬件电路接收硅片台的位置信号可减少软件处理信息所带来的延时问题，且硬件电路的延时较稳定㊂控制硅片台常用的操作系统是ＶｘＷｏｒｋｓ嵌入式系统，操作系统内任务切换时间最高接近２μｓ［１０］㊂本设计使用触发器电路处理硅片台同步信号的执行时间可缩小到百ｎｓ以内㊂具体实现方法是为硅片台的运动路径建立坐标，并对硅片台的控制电路进行编程：当运动至预定的测量位置时发出同步信号，光电探测系统处理这个同步信号时使用一个触发器提取出其上升沿，根据该上升沿触发数据采集和硅片台位置更新，硅片台位置更新由计数器实现㊂光电探测系统的实物如图５所示，数据采集板和ＰＣＩｅ板之间的互连线内集成了高速串行传输链路㊁１２Ｖ／２０Ｖ供电㊁ＲＳ４８５传输线㊂数据采集板的三段式柔性连接有利于位置固定和节省空间㊂图５㊀光电探测系统实物图３㊀实验验证３．１㊀背景噪声测试探测系统背景噪声数据如图６（ａ）所示，总计１８路探测光路数据和３路捕获光数据，图中选取了噪声最为明显的ｏ７光路㊂对连续的５００次采样数据进行㊀㊀㊀㊀㊀第１２期龚士彬等：纳米光刻调焦调平传感器光电探测系统设计９㊀㊀分析后得到该噪声数据的３σ值为０．２５ｍＶ，该结果很好地满足了调焦调平实验平台对光电探测系统所规定的１ｍＶ指标要求㊂根据该数据进行精度分析㊂Ｉｏ＋Ｂｏ㊁Ｉｅ＋Ｂｅ两项与探测系统的输出的电压值之间为线性关系，因此直接将ｏ７光路数据及其对应的ｅ７光路数据带入式（４）中得到图６（ｂ）的高度曲线，可知探测系统在最糟糕情况下的高度数据３σ为３．７２ｎｍ，探测系统的噪声对精度的影响在ｎｍ量级㊂（ａ）原始电压值（ｂ）高度计算值图６㊀探测系统背景噪声３．２㊀硅片台同步触发测试利用Ｖｉｖａｄｏ集成逻辑分析仪（ＩＬＡ）在线抓取硅片台同步脉冲信号ＳＹＮＣ＿ＳＩＧ㊁硅片台同步脉冲边沿检测信号ＳＹＮＣ＿ＰＯＳ㊁硅片台位置计数器ＰＯＳＩＴＩＯＮ㊁采集信号ＤＡＴＡ＿Ｅ０ ＤＡＴＡ＿Ｅ８和ＤＡＴＡ＿Ｏ０ ＤＡＴＡ＿Ｏ８㊂如图７所示，游标Ｔ所在时刻，光电探测系统接收到ＳＹＮＣ＿ＳＩＧ输入脉冲，ＳＹＮＣ＿ＰＯＳ寄存器提取出输入脉冲的上升沿作为采集的启动信号和硅片台位置更新的信号，等待ＡＤＣ芯片完成模数转换后更新测量数据㊂从硅片台位置脉冲到达光电探测系统开始至硅片台位置更新，这个过程的延迟为６０ ８０ｎｓ，延迟主要产生在异步信号的处理过程㊂图７中采样结果的产生时刻也表明ｏ光与ｅ光为多通道同步采样㊂３．３㊀调焦调平在线测试在调焦调平实验平台上对探测系统进行测试，测试结果如图８所示，放置晶圆的位移台在Ｚ方向上从相对调焦调平实验平台零位的下方７５μｍ处向上移动至零位的上方７５μｍ处，复现了图３的仿真曲线㊂测试结果中的偏置是由于光学背景噪声和机械装配误差造成的，但因为测量信号的形式是差分光强，所以共模干扰不会对计算结果产生影响㊂图７㊀硅片台同步触发信号时序图图８㊀探测系统测量结果４㊀结束语本文基于ＦＰＧＡ设计了一种用于光刻调焦调平传感器的光电探测系统，实现了实时采集光刻调焦调平传感器测量数据㊂根据空间分光原理对２１路模拟数据同步采集，解决了分时采集所产生的时延误差；引入硅片台同步信号，提高了测量值与测量位置之间对应的精度；并针对探测系统背景噪声和（下转第１５页）㊀㊀㊀㊀㊀第１２期师琪等：基于光纤光栅传感器的智能螺栓开发及应用１５㊀㊀Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ，ａｎｄＡｅｒｏｓｐａｃｅＳｙｓｔｅｍｓ．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｏｃｉｅｔｙｆｏｒＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｈｏｔｏｎｉｃｓ，２００５，５７６５：３６４－３７６．［２４］㊀ＡＭＥＲＩＮＩＦ，ＢＡＲＢＩＥＲＩＥ，ＭＥＯＭ，ｅｔａｌ．Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇｌｏｏｓｅ⁃ｎｉｎｇ／ｔｉｇｈｔｅｎｉｎｇｏｆｃｌａｍｐｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｕｓｉｎｇｎｏｎｌｉｎｅａｒｖｉｂｒａ⁃ｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ［Ｊ］．Ｓｍａｒｔｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２０１０，１９（８）：０８５０１３．［２５］㊀ＲＥＮＬ，ＦＥＮＧＴ，ＨＯＭ，ｅｔａｌ．Ａｓｍａｒｔ ｓｈｅａｒｓｅｎｓｉｎｇ ｂｏｌｔｂａｓｅｄｏｎＦＢＧｓｅｎｓｏｒｓ［Ｊ］．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，２０１８，１２２：２４０－２４６．［２６］㊀ＬＩＨＮ，ＬＩＤＳ，ＳＯＮＧＧＢ．Ｒｅｃｅｎｔａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒｓｔｏｈｅａｌｔｈｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｉｎｃｉｖｉｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ｊ］．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２００４，２６（１１）：１６４７－１６５７．［２７］㊀ＲＡＯＹＪ．Ｒｅｃｅｎｔｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｉｎ⁃ｆｉｂｒｅＢｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇｓｅｎｓｏｒｓ［Ｊ］．ＯｐｔｉｃｓａｎｄｌａｓｅｒｓｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９９９，３１（４）：２９７－３２４．［２８］㊀ＰＥＩＨＦ，ＴＥＮＧＪ，ＹＩＮＪＨ，ｅｔａｌ．Ａｒｅｖｉｅｗｏｆｐｒｅｖｉｏｕｓｓｔｕｄｉｅｓｏｎｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｓｅｎｓｏｒｓｉｎｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌｈｅａｌｔｈｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ［Ｊ］．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，２０１４，５８：２０７－２１４．［２９］㊀ＬＡＵＫＴ．ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌｈｅａｌｔｈｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｆｏｒｓｍａｒｔｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｕｓｉｎｇｅｍｂｅｄｄｅｄＦＢＧｓｅｎｓｏｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒｉａｌｓｓｃｉｅｎｃｅａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１４，３０（１３）：１６４２－１６５４．［３０］㊀ＲＯＶＥＲＩＮ，ＣＡＲＣＡＴＥＲＲＡＡ，ＳＥＳＴＩＥＲＩＡ．Ｒｅａｌ⁃ｔｉｍｅｍｏ⁃ｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆｒａｉｌｗａｙｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｕｓｉｎｇｆｉｂｒｅＢｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇｓｅｎｓｏｒｓ［Ｊ］．ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓａｎｄＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，２０１５，６０：１４－２８．［３１］㊀黄永阔．基于光纤光栅的高温法兰螺栓紧固力测量技术研究［Ｄ］．上海：华东理工大学，２０１７．［３２］㊀王永洪，张明义，张春巍，等．夹持式封装低温敏ＦＢＧ应变传感器的设计［Ｊ］．传感技术学报，２０１８，３１（３）：３４７－３４９．［３３］㊀任亮，李宏男，胡志强，等．一种增敏型光纤光栅应变传感器的开发及应用［Ｊ］．光电子．激光，２００８（１１）：１４３７－１４４１．［３４］㊀任亮，姜涛，李东升，等．微型ＦＢＧ应变传感器在大坝模型试验中的应用［Ｊ］．振动．测试与诊断，２０１３，３３（２）：２７７－２８３；３４１．［３５］㊀贾子光，任亮，李宏男，等．应用光纤光栅传感器监测复合材料固化过程［Ｊ］．中国激光，２０１０，３７（５）：１２９８－１３０３．［３６］㊀ＲＥＮＬ，ＣＨＥＮＪ，ＬＩＨＮ，ｅｔａｌ．ＤｅｓｉｇｎａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆａｆｉｂｅｒＢｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇｓｔｒａｉｎｓｅｎｓｏｒｗｉｔｈｅｎｈａｎｃｅｄｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｉｎｔｈｅｓｍａｌｌ⁃ｓｃａｌｅｄａｍｍｏｄｅｌ［Ｊ］．ＳｍａｒｔＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２００９，１８（３）：０３５０１５．［３７］㊀徐望国，罗青，杨智，等．衡阳市湘江盾构隧道管片结构受力分析［Ｊ］．矿业工程研究，２０１８，３３（３）：５８－６３．［３８］㊀林荣安，刘伯莹．富水淤泥质软土地层盾构隧道管片受力特征研究［Ｊ］．中国公路学报，２０１８，３１（９）：１１２－１１８．［３９］㊀姜燕，杨光华，陈富强，等．湛江湾高水头跨海盾构隧道管片结构典型断面受力计算与监测反馈分析［Ｊ］．岩土力学，２０１８，３９（１）：２７５－２８６．［４０］㊀林伟波，杨小平，严振瑞，等．湛江湾跨海盾构隧道管片变形与受力分析［Ｊ］．隧道建设，２０１６，３６（３）：２８８－２９４．［４１］㊀陈晓坚．跨海地铁盾构隧道管片结构受力分析［Ｊ］．南昌航空大学学报（自然科学版），２０１４，２８（４）：６７－７１．作者简介：师琪（１９９６ ），硕士研究生，主要研究方向为光纤光栅传感器的应用㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：２７１２０２２９２２＠ｑｑ．ｃｏｍ任亮（１９７９ ），副教授，主要从事结构健康监测的关键技术研究，光纤传感器的开发及应用㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｒｅｎｌｉａｎｇ＠ｄｌｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ（上接第９页）平台数据采集做了测试㊂结果表明：该系统可以在满足精度要求的条件下稳定地将调焦调平传感器所产生的光强信号采集至上位机，测量精度高于４ｎｍ（３σ），满足调焦调平传感器光电探测系统的设计要求㊂参考文献：［１］㊀姚汉明，胡松，邢廷文．光学投影曝光微纳加工方法［Ｍ］．北京：北京工业大学出版社，２００６：６１－６２．［２］㊀韦亚一．超大规模集成电路先进光刻理论与应用［Ｍ］．北京：科学出版社，２０１６：１１７－１１９．［３］㊀ＢＯＯＮＭＡＮＭ，ＶＡＮＤＥＶＩＮＣ，ＴＥＭＰＥＬＡＡＲＳＳ，ｅｔａｌ．Ｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆａｄｕａｌｓｔａｇｅｓｙｓｔｅｍ［Ｃ］．ＳＰＩＥ，２００４，５３７７：７４２－７５７．［４］㊀曾爱军，王向朝，徐德衍．投影光刻机调焦调平传感技术的研究进展［Ｊ］．激光与光电子学进展，２００４，４１（７）：２４－３０．［５］㊀ＭＯＤＤＥＲＭＡＮＴＭ，ＮＩＪＭＥＩＪＥＲＧＪ，ＪＡＳＰＥＲＪＣＭ．Ｏｆｆ⁃ａｘｉｓｌｅｖｅｌｉｎｇｉｎｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎａｐｐａｒａｔｕｓ：７２０６０５８Ｂ２［Ｐ］．２００７－０４－１７．［６］㊀ＤＥＮＢＯＥＦＡＪ，ＢＥＮＳＣＨＯＰＪＰＨ，ＢＲＩＮＫＨＯＦＲ，ｅｔａｌ．Ｌｅｖｅｌｓｅｎｓｏｒ，ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃａｐｐａｒａｔｕｓ，ａｎｄｓｕｂｓｔｒａｔｅｓｕｒｆａｃｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄ：ＵＳ２０１３／００７７０７９Ａ１［Ｐ］．２０１３－０３－２８．［７］㊀ＶＡＮＤＥＲＷＥＲＦＪＥ．Ｏｐｔｉｃａｌｆｏｃｕｓａｎｄｌｅｖｅｌｓｅｎｓｏｒｆｏｒｗａｆｅｒｓｔｅｐｐｅｒｓ［Ｊ］．ＪＶａｃＳｃｉＴｅｃｈｎｏｌＢ，１９９２，１０（２）：７３５－７４０．［８］㊀孙裕文，李世光，宗明成．基于空间分光的纳米级调焦调平测量技术［Ｊ］．光学学报，２０１６，３６（５）：１０５－１１２．［９］㊀ＢＯＲＮＥＢＲＯＥＫＦ．ＥｘｔｅｎｄｉｎｇＡｒＦｉｉｍｍｅｒｓｉｏｎｓｃａｎｎｅｒｃａｐａｂｉｌｉｔｙｉｎｓｕｐｐｏｒｔｏｆ１ｘｎｍｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｎｏｄｅｓ［Ｃ／ＯＬ］．ＳＰＩＥＡｄｖａｎｃｅｄｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ．（２０１４－０３－０５）．ｈｔｔｐ：／／ｓｔａｔｉｃｗｗｗ．ａｓｍｌ．ｃｏｍ／ｄｏｃｌｉｂ／ｍｉｓｃ／ａｓｍｌ＿２０１４０３０６＿Ｅｘｔｅｎｄｉｎｇ＿ＡｒＦｉ＿ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ＿ｓｃａｎｎｅｒ＿ｃａ⁃ｐａｂｉｌｉｔｙ＿ｉｎ＿ｓｕｐｐｏｒｔ＿ｏｆ＿１ｘｎｍ＿ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ＿ｎｏｄｅｓ．ｐｄｆ．［１０］㊀毕延帅．面向双工件台的ＶｘＷｏｒｋｓ实时嵌入式系统设计与优化［Ｄ］．哈尔滨：哈尔滨工业大学，２０１３．作者简介：龚士彬（１９９４ ），硕士研究生，主要从事光刻技术与电控方面的研究㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｇｏｎｇｓｈｉｂｉｎ＠ｉｍｅ．ａｃ．ｃｎ通讯作者：宗明成（１９６３ ），研究员，博士，主要从事光刻技术㊁精密测控技术㊁精密计量等方面的研究㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｚｏｎｇｍｉｎｇｃｈｅｎｇ＠ｉｍｅ．ａｃ．ｃｎ。

供 电源 与 电流 监 控 。
北京 ： 北京航 空航 天大学出版社 ， １ ９ ９ ８ ．
［ ５ ］曹全新 ． 航 空电子综合仿 真 系统研 究 【 Ｊ 】 ．
测控 技 术 ， ２ ０ ０ ７ ．
员座椅、机械师座椅和万 向机械臂等组成 ，如
图 ２所 示 。
（ ５ ）其他机柜 ：包括 无线 电设备激励柜 、
作者简介
赵 永红，女，现为中航 通飞研究院有限公 司主
ＮＩ ． Ｒ Ｉ Ｇ、航 电设备柜 。 模拟座舱 中的操纵系统和模拟件等通过 Ｉ ／ 非航 电系统 ＭＩ
０计算机与飞行仿真系统进 行铰接 ， 航 电系统 、 ４总结 顶部控制板等真件直接与飞行仿真系统交联 ，
＜ ＜上 接 １ ３ １页
主控台上安装 的试验 软件主要包括 ：Ｉ ＣＤ 开发与管理工具；硬线连接管理软件 ；试验健
实现仿真模型与参试设备的半物理仿真。数据 服务器能够将 Ｉ ／ Ｏ接 口采集 的数据 连同时钟 同
台和条件 。
康监控管理软件 ；自动化测试软件 ；航 电仿真 步信息进行保存 。 参考文献 管理软件；综合配线 ／ 配 电管理软件 ；Ｉ Ｏ资源 （ ２ ）Ｉ ／ ｏ接 口柜：在 试验 台与真 件设 备 ［ １ 】 飞机 设计手 册 ． 第１ ７ 分册 ［ Ｍ ］ ． 北京 ： 航 配置与数据激励软件；试验数据采集监控管理 间搭建桥梁，为仿真模型提供硬件接 口资源 ，
空 工 业 出版 社 ， ２ ０ ０ １ ．
【 ２ 】新 航 空概 论 【 Ｍ 】 ．北 京 ：航 空 工 业 出 版
社 ， ２ ０ １ ０ ．
［ ３ ］ 莫伊 尔等著 ． 范秋 丽等译 ． 民用航 空电子
系统 ［ Ｍ ］ ．北京 ： 航 空工业出版社 ， ２ ０ ０ ９ ． … ４ 王行 仁 ．飞 行 实 时仿 真 系统及 技 术 ［ Ｍ ］ ．

光电传感器检测技术调研报告——在“超越杯”产品中的应用一、光电传感器的定义光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。

它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。

光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。

二、光电传感器的概述光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。

光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。

光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。

它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。

光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。

近年来，新的光电器件不断涌现，特别是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。

三、光电传感器的原理由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系统是多种多样的,按光电元件(光学测控系统)输出量性质可分二类,即模拟式光电传感器和脉冲(开关)式光电传感器.模拟式光电传感器是将被测量转换成连续变化的光电流,它与被测量间呈单值关系.模拟式光电传感器按被测量(检测目标物体)方法可分为透射(吸收)式,漫反射式,遮光式(光束阻档)三大类.所谓透射式是指被测物体放在光路中,恒光源发出的光能量穿过被测物,部份被吸收后,透射光投射到光电元件上;所谓漫反射式是指恒光源发出的光投射到被测物上,再从被测物体表面反射后投射到光电元件上;所谓遮光式是指当光源发出的光通量经被测物光遮其中一部份,使投射刭光电元件上的光通量改变,改变的程度与被测物体在光路位置有关.光敏二极管是最常见的光传感器。