一种复合电镀用电镀液在线监测方法及系统与流程

本发明涉及电镀过程在线监测，特别涉及一种复合电镀用电镀液在线监测方法及系统。

背景技术：

1、复合电镀是在电镀液中加入固体悬浮微粒（如sic、al2o3、纳米金刚石等）与金属离子共沉积的过程。由于复合电镀液是一个多相复杂的胶体（固）-电解质（液）体系，其中金属离子（如ni2+、cu2+等）浓度与悬浮颗粒浓度的在线监测稳定性，直接影响基体金属的沉积速率与镀层质量。

2、复合电镀的理想状态是：金属离子在阴极还原结晶的速度（即“长肉”速度），与悬浮颗粒游动到阴极表面被捕获的速度（即“镶嵌”速度），达到“固液比”平衡。若监测系统受到干扰而产生误报，例如：若光学传感器受到气泡干扰而误报“颗粒浓度过低”，系统将自动补加大量微粒，导致颗粒过饱和而发生团聚，镀层内部出现粗大的颗粒团块，丧失机械强度；若电极受到颗粒干扰而误报“金属离子浓度不足”，系统可能提高电流密度或补加金属盐，这将导致金属还原极化过大（“长肉”速度过快），颗粒来不及被镶嵌进镀层，最终得到纯金属镀层或颗粒含量极低的废品。因此，对复合电镀液中金属离子浓度的准确监测，是保障复合电镀质量的关键。

3、现有技术中，公开号为cn112410864a（申请人：安徽理工大学；公开日期：2021-02-26）的专利申请公开了一种相关技术，其主要针对温度、ph值等宏观环境参数进行监测与控制，其数据处理算法（如hmm）旨在处理传感器信号的非线性和滞后问题，但未涉及复合电镀液中因悬浮固体微粒的物理运动（如布朗运动、碰撞）对离子浓度电信号产生的特定非线性、脉冲式噪声的识别与剥离问题。

4、公开号为cn121113922a（申请人：株洲旭森科技有限公司；公开日期：2025-12-12）的专利申请公开了一种引线框电镀液成分的在线监测工艺，其关注点在于光谱信号的稳定性和模型的准确性，并未涉及电化学传感器在测量离子浓度时，因复合电镀液中悬浮微粒的物理干扰（如形成物理屏障、产生碰撞噪声）所导致的电信号噪声问题。

5、在对复合电镀液的金属离子浓度进行在线检测过程中，由于其复杂的固-液悬浮体系，其中存在的悬浮固体微粒的布朗运动不仅会阻碍离子的自由扩散，同时悬浮微粒的运动以及包裹在微粒表面的表面活性剂还会在电极附近形成物理屏障，最终导致传感器测得的目标离子浓度信号存在噪声干扰，进而影响电镀效果。

6、现有去噪方法一般通过低通滤波或滑动平均法对高频噪声进行平滑处理，但悬浮微粒因运动产生的噪声往往是非线性且具有瞬时与周期性特征的脉冲噪声。现有方法难以在不损害目标离子浓度电信号本身的前提下，精确识别并剔除这种由于微粒物理运动导致的非平稳噪声。因此，亟需一种能够针对复合电镀液固-液悬浮体系特性，有效分离并补偿由悬浮微粒物理运动引起的信号干扰的在线监测方法。

技术实现思路

1、为解决现有去噪方法难以在不损害目标离子浓度电信号本身的前提下，精确识别并剔除复合电镀液中因悬浮微粒物理运动导致的非线性、非平稳噪声的技术问题，提供了一种复合电镀用电镀液在线监测方法及系统。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种复合电镀用电镀液在线监测方法，包括：

3、获取复合电镀过程中目标离子浓度的时域原始电信号；

4、基于所述原始电信号的波形特征，识别并剥离由悬浮微粒碰撞产生的第一噪声以及由环境干扰产生的第二噪声，得到去噪后信号；

5、基于所述去噪后信号中由悬浮微粒物理屏障效应引起的周期性基线漂移，对所述周期性基线漂移进行自适应补偿，得到实际离子浓度信号；

6、根据所述实际离子浓度信号进行趋势预测，并根据预测结果发出预警和/或生成控制指令。

7、优选的，所述识别并剥离第一噪声和第二噪声的方法，包括：

8、将所述原始电信号按波形的峰谷值分解为多个脉冲段；

9、计算每个脉冲段的非对称性系数和分布系数；

10、根据所述非对称性系数和分布系数，确定每个脉冲段的特征显著度；

11、根据所述特征显著度与预设阈值的比较结果，将所述多个脉冲段分类为碰撞噪声段、白底噪声段和正常信号段；

12、分别对所述碰撞噪声段和所述白底噪声段采用不同的平滑方法进行剥离。

13、优选的，所述预设阈值包括第一阈值和第二阈值，其中所述第一阈值大于所述第二阈值；所述根据所述特征显著度与预设阈值的比较结果，将所述多个脉冲段分类为碰撞噪声段、白底噪声段和正常信号段，包括：

14、当所述特征显著度大于或等于所述第一阈值时，判定该脉冲段为碰撞噪声段；

15、当所述特征显著度小于或等于所述第二阈值时，判定该脉冲段为白底噪声段；

16、当所述特征显著度介于所述第二阈值和所述第一阈值之间时，判定该脉冲段为正常信号段。

17、优选的，分别对所述碰撞噪声段和白底噪声段采用不同的平滑方法进行剥离，包括：

18、对碰撞噪声段，建立预设宽度的特征时间滑动窗，对落入所述特征时间滑动窗内的碰撞噪声脉冲的幅值进行能量积分，将离散的脉冲能量转化为连续的模拟量曲线，作为平滑后的碰撞能量指数；

19、对所述白底噪声段，采用s-g滤波进行多项式平滑。

20、优选的，所述对由悬浮微粒物理屏障效应引起的周期性基线漂移进行自适应补偿，包括：

21、获取周期性基线漂移的循环起始点；

22、根据当前循环周期内实时的衰减系数，对所述去噪后信号进行补偿，所述衰减系数用于表征悬浮微粒物理屏障对离子浓度信号的衰减程度。

23、优选的，获取所述周期性基线漂移的循环起始点的方法，包括：

24、获取周期性基线的波谷时刻，以及搅拌叶片正对传感器探头的时刻；

25、根据传感器位置处的液体流速和悬浮微粒浓度，确定靠近权重；

26、根据波谷时刻、搅拌叶片正对传感器探头的时刻以及靠近权重，确定所述循环起始点。

27、优选的，所述根据所述实际离子浓度信号进行趋势预测，并根据预测结果发出预警和/或生成控制指令，包括：

28、提取所述实际离子浓度信号的一阶导数和二阶导数；

29、根据所述一阶导数和二阶导数，利用非线性泰勒展开外推模型，预测所述实际离子浓度信号跌穿预设阈值的剩余时间；

30、当所述剩余时间低于预设时间阈值时，发出预警和/或生成用于联动执行机构进行干预和补加的控制指令。

31、一种复合电镀用电镀液在线监测系统，包括：

32、信号获取单元，用于获取复合电镀过程中目标离子浓度的时域原始电信号；

33、去噪单元，基于所述原始电信号的波形特征，识别并剥离由悬浮微粒碰撞产生的第一噪声以及由环境干扰产生的第二噪声，得到去噪后信号；

34、补偿单元，基于所述去噪后信号中由悬浮微粒物理屏障效应引起的周期性基线漂移，对所述周期性基线漂移进行自适应补偿，得到实际离子浓度信号；

35、预测单元，根据所述实际离子浓度信号进行趋势预测，并根据预测结果发出预警和/或生成控制指令。

36、第三方面，一种电子设备，包括：

37、一个或多个处理器；

38、存储器，用于存储一个或多个程序；

39、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现所述的一种复合电镀用电镀液在线监测方法。

40、第四方面，一种计算机可读介质，所述计算机可读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实现所述的一种复合电镀用电镀液在线监测方法。

41、本发明的有益效果为：

42、基于波形特征的运动噪声剥离方法，该方法解决了传统线性滤波方法难以在不损害目标离子浓度电信号本身时处理非线性、非平稳脉冲噪声的问题，能够精确识别并分离由悬浮微粒布朗运动及碰撞导致的干扰信号，从而提高离子浓度信号的纯净度。

43、分析悬浮微粒在不同维度下的状态特征，基于多维状态特征的自适应基线对信号基线进行自适应补偿。针对离子浓度周期性基线漂移进行校正，有效消除了物理屏障效应对传感器测量的持续影响，提升了信号在复杂固-液体系中的监测稳定性和准确性。

44、最后通过联动预警与自适应控制技术，自动生成控制指令联动执行机构进行外界干预。从根本上避免了因噪声误判而导致的“金属离子浓度不足”的假警报，防止了系统做出错误补加指令，从而保障了复合电镀过程中“固液比”的平衡与镀层质量。