提出對便攜式方塊電阻測試儀的內部功能進行智能化的必要性和實驗方案，包括：電源的動態監測；探針通路的檢測；防止探針擊穿樣品；智能A/D轉換；自動量程轉換；數字通訊等。由硬件和軟件配合達到智能化的目的。

　　目前，氧化銦錫（ITO）以其出色的導電性和透光性，成為透明導電薄膜材料的突出代表。對其研發越來越深入、全面，制造和應用也越來越廣泛。包括單色和彩色的LCD顯示、PDP顯示、OLED、PLED……幾乎所有的新型平面顯示技術和表面控制技術，都在采用或將要采用ITO透明導電材料作為其重要組成部分。如ITO透明導電玻璃產品，從TN型，延伸到STN型、TFT型、觸摸屏、彩色濾光片……眾多品種。同時，其他透明導電氧化物（TCO）薄膜材料的研發和應用也在快速的發展。

1、導電薄膜材料的檢測

　　以ITO透明導電玻璃為例，透明導電薄膜材料的質量檢測包括以下幾個方面：尺寸、方塊電阻、蝕刻性能、ITO膜層耐堿性、透光性和可靠性等。其中方塊電阻和透光性是應用的主要參數，它們分別由靶材中的氧化錫和氧化銦的各占比例來確定。在基材確定，生產工藝、技術穩定，靶材中含銦、錫配比選擇固定的情況下，對方塊電阻這個參數的測量，就可象征對ITO 玻璃的總體檢測。

2、方塊電阻及其測量原理

　　按照電阻定律的公式：

R = ρ × L/S （1）

　　式中R代表電阻，ρ代表電阻率，L代表電流方向的樣品長度，S代表樣品垂直于電流方向上的截面積。

　　可以得出導電薄膜膜層電阻的測量原理如下：如圖1所示：G表示基材—玻璃原片；ITO表示被濺射在玻璃原片上的氧化銦錫膜層；D表示膜層的厚度，I 表示平行于玻璃原片表面而流經膜層的電流；L1 表示在電流方向上被測膜層的長度；L2表示垂直于電流方向上被測膜層的長度。依照（1）式，則膜層電阻R 為：

R = ρ × L1/（L2×D） （2）

　　式中ρ為膜層材料的電阻率。

　　當（2）式中L1=L2時，R即定義為膜層的方塊電阻R□：

R□ = ρ/D（單位：Ω/□） （3）

　　它表示膜層的方塊電阻值僅與膜層材料與膜層的厚度有關，而與膜層的表面尺寸無關。在實際的測量中，由于要求儀器便攜的需要，較多地采用“直排四探針”方法測量膜層的方塊電阻。測量原理如圖2 所示。圖中1、2、3、4 表示四根探針；S 表示探針間距；I 表示電流（單位：mA）從探針1 流入、從探針4 流出；△V 表示探針2、3 間的電位差(單位：mV)。

　　此時，（3） 式表示的膜層方塊電阻R□經過推導為：

R□ = 4.53×△V /I（單位：Ω/□） （4）

　　可見，只要在測量時給樣品輸入適當的電流I—要避免過多的少子注入和引起樣品發熱，并測出電位差△V，即可由（4）式得出膜層的方塊電阻值。任意尺寸的膜層電阻值，可聯立（2）（3）（4）式得出。

圖1 膜層電阻示意圖　圖2 方塊電阻的測量原理

3、測量儀器智能化的必要性

　　目前在ITO玻璃的生產過程中，手提式方塊電阻測試儀相對使用較多。它的特點是：

　　① 手持儀器測量，操作簡單、輕巧靈活、便于移動。

　　② 可采用電池供電，對測量的電磁干擾因素減少。

　　③ LCD 數字顯示，讀數直觀、讀數誤差小。

　　但這類手提式方塊電阻測試儀存在以下不足之處：

　　① 采用電池供電時，儀器在使用中電源電壓會從高到低變化。一旦電源電壓低于儀器內部器件工作的要求，就會造成儀器工作的不穩定，引起測量的誤差。現行的手提式儀器采用“以一概全”的方法檢測電源電壓，如僅在A/D轉換和顯示這一功能模塊進行檢測，而儀器的其他功能模塊的工作電壓則沒有監測。這樣的結果是：或超前報警，浪費資源；或滯后報警，引入測量誤差。

　　② 手持式儀器需要操作者手動使用探頭進行測量，容易造成探頭損壞和探頭與樣品的接觸不良，帶來測量的錯誤。現行的手提式儀器均沒有對探頭通路的檢測功能，以及對探頭與樣品接觸狀態的檢測功能，操作者全憑經驗根據測量結果來判斷儀器的狀態是否正常。如果是對新配方材料的測量或者操作者沒有經驗，這樣出現錯誤判斷的概率就非常高。

　　③ 手持式儀器由于要求輕便，將其中測量回路的恒流源轉化為用穩流措施取代，大大簡化了對測量電流的穩定性管理。使用時，探頭的電流探針，按測量的需要必須與薄膜樣品接觸，就直接將電壓加在被測薄膜樣品上。這個電壓可能是幾伏甚至幾十伏，當探頭的探針與薄膜樣品接觸的瞬間，在接觸點就存在“打火”的可能性，可能導致擊穿樣品，造成對薄膜的永久損壞。

　　④ 現在的ITO透明導電薄膜主要滿足導電性和透光性（80%左右）的均衡要求，它的方塊電阻最大值約200Ω/□左右。如果生產線的不穩定，或人為的實驗需要，均有可能使薄膜的方塊電阻值在跨數量級的范圍變化。在當前對新型透明導電薄膜材料的研制中，增加了以透光性為主（90%左右），導電性為輔的材料（如觸摸屏等）的要求，所以需要制造更薄的ITO 薄膜或其他TCO 薄膜，使薄膜的方塊電阻可能達到幾千甚至上萬。這樣就有必要做到測量寬量程和測量精度的統一。

　　⑤ 在材料的研究和生產中， 對檢測的控制和對檢測數據的運算、管理等提出了更多的要求。手提式方塊電阻測試儀如果沒有數字通訊功能， 就缺少對測量數據進行集中管理和分析的便利， 以及融入全自動測控系統使用的條件。

　　因此有必要對方塊電阻測試儀作智能化的設計：

　　① 建立動態監測電源電壓。
　　② 實現探針通斷和探頭與樣品接觸狀態的綜合檢測。
　　③ 有效避免探針擊穿樣品。
　　④ 智能的A/D 轉換和自動量程轉換。
　　⑤ 建立與PC 的通訊功能。

4、技術的方案和實驗

4.1、電源電壓動態監測網絡

　　方案如圖3 所示。根據儀器各功能模塊對電源要求的關系和不同，確定電源電壓的綜合參考點。同時在儀器系統建立一個不隨電池電壓改變的低電壓基準（如1.2 V），作為A/D轉換器的參照點。當電源電壓發生改變時，微處理器單元（MCU）通過A/D 轉換器讀取電壓參考點信號，在MCU 內部結合電壓基準進行精確的運算、比較。當運算結果等于（或接近）設定值時，MCU 對報警電路輸出控制信號，儀器提示“電壓過高”或“電壓過低”。當使用非充電型干電池時，電池電壓隨放電電流和放電時間的不同而變化，并且有電壓虛高的特點。所以儀器開機時要對電源電壓進行檢測，并且在每次測量時也要對電源電壓進行檢測。以保證電源在每次測量中是有效的。

　　實驗結果，通過電源電壓動態監測網絡，在保障測準和電池電源有效利用上達到了較好的統一。