專利名稱：紅外寬波段透射式塑料薄膜厚度測量裝置及測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種紅外寬波段透射式塑料薄膜厚度測量裝置及測量方法，屬于塑料薄膜厚度的紅外透射測量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前較為先進(jìn)的塑料薄膜厚度在線測量方法是采用紅外透射法測量薄膜厚度。這種測量方法克服了以往射線衰減測量方法中存在的輻射污染及造價昂貴等缺點，同時克服了其他傳統(tǒng)方法的測量精度低、響應(yīng)速度慢及易受環(huán)境影響等缺點。
紅外透射法測量薄膜厚度的原理為朗伯定律，其輸出光強I、輸入光強、和薄膜厚度L的關(guān)系為
I = I0exp (_ α L)，
式中，α為薄膜的消光系數(shù)。
現(xiàn)有紅外透射測厚法采用的是雙單色紅外光比較的測量方案，參見圖2所示，圖中光源通過光源調(diào)制發(fā)出測量波長為λ Μ的單色光脈沖和測參比波長為λ ￡的單色光脈沖， 兩種單色光脈沖交替地照射在塑料薄膜上。單色光具體是通過濾光片或LED光源獲得。單色光經(jīng)塑料薄膜吸收后，其透射光由光子探測器接收，并轉(zhuǎn)變成電信號后送到信號運算和處理單元，最終由厚度顯示儀顯示出被測塑料薄膜的厚度值。
所述的兩個波長的單色光脈沖是通過裝有測量波長和測量參比波長濾光片的調(diào)制盤旋轉(zhuǎn)獲得或由LED在光源調(diào)制電路的控制下獲得，因此兩束單色光交替照射在塑料薄膜上，會存在一定的時差，而工業(yè)生產(chǎn)線中的塑料薄膜通常高速運行生產(chǎn)，因此兩束單色紅外光并非真的照射在同一區(qū)域，從而降低了厚度測量的準(zhǔn)確性。
如果塑料薄膜生產(chǎn)線不止生產(chǎn)一種薄膜，則當(dāng)更換薄膜的生產(chǎn)類型時，不同薄膜由于其組成有機化合物基團(tuán)結(jié)構(gòu)不同，透過薄膜后衰減的紅外光的波長不同。這將造成測量不同型號薄膜時需要更換濾光片或LED光源，使操作繁瑣、成本高，且有可能出現(xiàn)無對應(yīng)濾光片或LED光源，進(jìn)而無法檢測某些類型的塑料薄膜厚度的情況。因此現(xiàn)有紅外透射測厚法還存在通用性差的問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有紅外透射測厚法存在的準(zhǔn)確性差及通用性差的問題，提供一種紅外寬波段透射式塑料薄膜厚度測量裝置及測量方法。
本發(fā)明所述紅外寬波段透射式塑料薄膜厚度測量裝置，它包括寬波段紅外光源， 它還包括熱電堆探測器、信號處理單元和工控機，
寬波段紅外光源的出射光入射至被測塑料薄膜，經(jīng)被測塑料薄膜透射后由熱電堆探測器接收，熱電堆探測器的電信號輸出端連接信號處理單元的電信號輸入端，信號處理單元的數(shù)字信號通過串行通信接口傳送至工控機。
一種基于上述紅外寬波段透射式塑料薄膜厚度測量裝置的塑料薄膜厚度的測量方法，寬波段紅外光源的出射光經(jīng)過被測塑料薄膜吸收和散射衰減后，被熱電堆探測器接收，熱電堆探測器將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號后輸出給信號處理單元，信號處理單元根據(jù)接收到的電信號計算獲得光功率信息并通過串行通信接口傳送至工控機，工控機通過計算，獲得被測塑料薄膜的厚度值。
所述工控機通過計算，獲得被測塑料薄膜的厚度值的具體方法為
根據(jù)公式=P= KP。exp (_ α L)，
式中P為信號處理單元輸出的透過光的光功率，K為標(biāo)定系數(shù)，Ptl為寬波段紅外光源的出射光功率，α為被測塑料薄膜的消光系數(shù)，L為被測塑料薄膜的厚度，
求解獲得被測塑料薄膜的厚度L。
本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明的寬波段紅外光源的出射光源照射在被測塑料薄膜上后，由電堆探測器和信號處理單元將經(jīng)過被測塑料薄膜吸收和散射衰減后的透射光信息傳遞給工控機，然后工控機通過內(nèi)部預(yù)置的程序通過運算即可獲得被測塑料薄膜的厚度，該厚度信息可以多種方式顯示在工控機屏幕上。
本發(fā)明依據(jù)紅外能量吸收原理，克服了傳統(tǒng)紅外透射測厚法應(yīng)用于塑料薄膜高速生產(chǎn)線中，存在的雙單色光的時差問題，提高了測量結(jié)果的準(zhǔn)確度。同時，該發(fā)明可應(yīng)用于不同類型被測塑料薄膜的生產(chǎn)線上，用于實現(xiàn)被測塑料薄膜厚度的在線測量，因此，其通用性得到顯著提高。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2為現(xiàn)有紅外寬波段透射式塑料薄膜厚度測量方法的原理圖。
具體實施方式
具體實施方式
一下面結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式所述紅外寬波段透射式塑料薄膜厚度測量裝置，它包括寬波段紅外光源1，它還包括熱電堆探測器2、信號處理單元3和工控機4，
寬波段紅外光源1的出射光入射至被測塑料薄膜，經(jīng)被測塑料薄膜透射后由熱電堆探測器2接收，熱電堆探測器2的電信號輸出端連接信號處理單元3的電信號輸入端，信號處理單元3的數(shù)字信號通過串行通信接口傳送至工控機4。
本實施方式中還可以設(shè)置反光杯，所述反光杯置于寬波段紅外光源1的后部，用于減少光能損耗，并將光源發(fā)出的光匯聚后變?yōu)槠叫泄馊肷渲帘粶y塑料薄膜。
具體實施方式
二 下面結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式為基于實施方式一所述紅外寬波段透射式塑料薄膜厚度測量裝置的塑料薄膜厚度的測量方法，寬波段紅外光源1的出射光經(jīng)過被測塑料薄膜吸收和散射衰減后，被熱電堆探測器2接收，熱電堆探測器 2將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號后輸出給信號處理單元3，信號處理單元3根據(jù)接收到的電信號計算獲得光功率信息并通過串行通信接口傳送至工控機4，工控機4通過計算，獲得被測塑料薄膜的厚度值。
具體實施方式
三本實施方式為對實施方式二的進(jìn)一步說明，本實施方式所述工控機4通過計算，獲得被測塑料薄膜的厚度值的具體方法為
根據(jù)公式=P= KP。exp (_ α L)，
式中P為信號處理單元3輸出的透過光的光功率，K為標(biāo)定系數(shù)，Ptl為寬波段紅外光源1的出射光功率，α為被測塑料薄膜的消光系數(shù)，L為被測塑料薄膜的厚度，
求解獲得被測塑料薄膜的厚度L。
本實施方式中，標(biāo)定系數(shù)K和被測塑料薄膜的消光系數(shù)α可通過測量兩個已知厚度為L1和L2的標(biāo)準(zhǔn)薄膜獲得，具體可由下面兩元方程組解出
式中，P1為第一個標(biāo)準(zhǔn)薄膜的透過光功率，Ptll為第一個標(biāo)準(zhǔn)薄膜的入射光功率；Ρ2 為第二個標(biāo)準(zhǔn)薄膜的透過光功率，P02為第二個標(biāo)準(zhǔn)薄膜的入射光功率；對上式求解，獲得被測塑料薄膜的標(biāo)定系數(shù)K和消光系數(shù)α，進(jìn)而可獲得被測塑料薄膜的厚度L。
本發(fā)明方法采用寬波段紅外光源，與傳統(tǒng)紅外透射法相比，取消了光源調(diào)制結(jié)構(gòu)， 從而提高了測量的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和可靠性。
本發(fā)明方法采用熱電堆探測器2，與傳統(tǒng)紅外透射法采用的光子探測器相比，光譜響應(yīng)范圍寬，可覆蓋市面上絕大多數(shù)塑料薄膜的吸收帶。因此提高了測量裝置的通用性，降低了工廠生產(chǎn)的成本。
本發(fā)明所述測量裝置結(jié)構(gòu)簡單、準(zhǔn)確性高、通用性強，可以在線檢測市面上絕大多數(shù)塑料薄膜的厚度分布。P1 =KP01 exp(-aLj)P2 =kp^M-OcL2)'
權(quán)利要求
1.一種紅外寬波段透射式塑料薄膜厚度測量裝置，它包括寬波段紅外光源(1)，其特征在于它還包括熱電堆探測器O)、信號處理單元C3)和工控機G)，寬波段紅外光源(1)的出射光入射至被測塑料薄膜，經(jīng)被測塑料薄膜透射后由熱電堆探測器( 接收，熱電堆探測器O)的電信號輸出端連接信號處理單元(3)的電信號輸入端，信號處理單元(3)的數(shù)字信號通過串行通信接口傳送至工控機G)。
2.一種基于權(quán)利要求1所述紅外寬波段透射式塑料薄膜厚度測量裝置的塑料薄膜厚度的測量方法，其特征在于寬波段紅外光源(1)的出射光經(jīng)過被測塑料薄膜吸收和散射衰減后，被熱電堆探測器( 接收，熱電堆探測器( 將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號后輸出給信號處理單元(3)，信號處理單元(3)根據(jù)接收到的電信號計算獲得光功率信息并通過串行通信接口傳送至工控機G)，工控機(4)通過計算，獲得被測塑料薄膜的厚度值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的紅外寬波段透射式塑料薄膜厚度測量方法，其特征在于所述工控機(4)通過計算，獲得被測塑料薄膜的厚度值的具體方法為根據(jù)公式:P = KP0exp (- α L),式中P為信號處理單元(3)輸出的透過光的光功率，K為標(biāo)定系數(shù)，Ptl為寬波段紅外光源(1)的出射光功率，α為被測塑料薄膜的消光系數(shù)，L為被測塑料薄膜的厚度，求解獲得被測塑料薄膜的厚度L。
全文摘要
紅外寬波段透射式塑料薄膜厚度測量裝置及測量方法，屬于塑料薄膜厚度的紅外透射測量技術(shù)領(lǐng)域。它解決了現(xiàn)有紅外透射測厚法存在的準(zhǔn)確性差及通用性差的問題。所述裝置包括寬波段紅外光源、熱電堆探測器、信號處理單元和工控機；所述測量方法為，寬波段紅外光源的出射光經(jīng)過被測塑料薄膜吸收和散射衰減后，被熱電堆探測器接收，熱電堆探測器將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號后輸出給信號處理單元，信號處理單元根據(jù)接收到的電信號計算獲得光功率信息并通過串行通信接口傳送至工控機，工控機通過計算，獲得被測塑料薄膜的厚度值。本發(fā)明適用于塑料薄膜厚度的測量。
文檔編號G01B11/06GK102538688SQ20111044219
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者孫曉剛, 邱超 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)