專利名稱：一種基于平面電容傳感器的塑料測(cè)厚裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電容傳感技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種塑料膜厚度探測(cè)的裝置及探測(cè)方法。
背景技術(shù)：
聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等塑料膜在工業(yè)、農(nóng)業(yè)及食品包裝等方面應(yīng)用十分廣泛，產(chǎn)量很大，品種規(guī)格很多。厚度時(shí)成品塑料膜最重要質(zhì)量指標(biāo)之一，在生產(chǎn)過程中必須予以控制。國內(nèi)外塑料膜厚測(cè)控的方法有四種:一是用測(cè)厚儀檢測(cè)，電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行全自動(dòng)控制，這種方法雖精確性較高，但此方法的電子和機(jī)械設(shè)備復(fù)雜，價(jià)格昂貴，用得不多；二是基于人工的在線監(jiān)測(cè)，人工調(diào)節(jié)控制，費(fèi)用省，效果顯著，為普迫所采用，但檢測(cè)結(jié)果因人而異，零散性很大，不能全面反映生產(chǎn)質(zhì)量。三種是50年代發(fā)展起來的β射線測(cè)厚儀，技術(shù)已趨成熟、精確性也較好，但存在放射性射線對(duì)工人人體的危害，使用及維護(hù)技術(shù)要求高，價(jià)格貴，響應(yīng)速度慢等缺點(diǎn)，最后一種是70年代發(fā)展起來的紅外測(cè)厚儀，其雖然克服了 β射線測(cè)厚儀的一些缺點(diǎn)，但其適應(yīng)能力較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種簡單快速且成本較低的塑料膜厚度探測(cè)裝置及方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種基于平面電容傳感器的塑料測(cè)厚裝置，用于塑料膜厚度的檢測(cè)，包括傳感器、D/A及A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)和上位計(jì)算機(jī)，所述的傳感器為平面電容傳感器，由3個(gè)均勻分布在探測(cè)區(qū)域上方同一高度的金屬電極組成，一個(gè)為激勵(lì)電極，另外兩個(gè)為接收電極，單片機(jī)產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào)經(jīng)過DA轉(zhuǎn)換和功率放大后加載在激勵(lì)電極上，從兩個(gè)接收電極接收的信號(hào)分別經(jīng)過信號(hào)調(diào)理 和AD轉(zhuǎn)換后被送入單片機(jī)里，單片機(jī)將獲得的激勵(lì)電極與兩個(gè)接收電極之間的電容值C12、C13送入上位計(jì)算機(jī)，由上位計(jì)算機(jī)將其與預(yù)先存儲(chǔ)的電容比值與塑料膜厚度的關(guān)系曲線進(jìn)行比對(duì)，實(shí)現(xiàn)塑料膜的厚度檢測(cè)。本發(fā)明同時(shí)提供一種利用所述的基于平面電容傳感器的塑料測(cè)厚裝置檢測(cè)塑料膜厚度的方法，包括下列步驟:(I)將平面探測(cè)設(shè)備的電容傳感器固定于塑料膜上面，放置平整后給設(shè)備通電，通過上位機(jī)給單片機(jī)發(fā)送激勵(lì)指令，單片機(jī)通過測(cè)量檢測(cè)極板的感應(yīng)電壓計(jì)算極板間的等效電容值C12、C13，并傳送給上位機(jī)保存；(2)應(yīng)用同樣的方法對(duì)厚度不同的塑料膜進(jìn)行探測(cè)，可以得到一系列不同厚度塑料膜對(duì)應(yīng)的等效電容C13與等效電容C12的比值；通過三樣插值和標(biāo)定法可以得到塑料膜厚D與對(duì)應(yīng)的C13/C12之間的關(guān)系曲線。(3)將關(guān)系曲線存入上位機(jī)，并對(duì)未知厚度的塑料膜應(yīng)用同樣的方法測(cè)量得到電容比值C13/C12。上位機(jī)通過逆向計(jì)算可求得塑料膜厚度D。該方法的最大優(yōu)點(diǎn)是在不接觸塑料膜、不影響生產(chǎn)運(yùn)行的前提下，方便快速地測(cè)量塑料膜厚度，監(jiān)控塑料膜生產(chǎn)線的狀態(tài)，為進(jìn)一步調(diào)節(jié)生產(chǎn)機(jī)器提供可靠信息。相對(duì)其他方法而言，這一技術(shù)更加實(shí)用方便，簡單快速，且成本較低，是極具可行性的塑料膜厚探測(cè)方案之一。


圖1是本發(fā)明的基于電容傳感器的塑料膜厚度探測(cè)裝置結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明的電容傳感器原理簡單示意圖。具體實(shí)施方法圖1是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例畫出的探測(cè)裝置結(jié)構(gòu)框圖。包括電容傳感器、D/A與A/D轉(zhuǎn)換電路、功率放大及信號(hào)調(diào)理電路、單片機(jī)、上位計(jì)算機(jī)5部分。電容傳感器米用3組完全相同的電極板構(gòu)成，電極由金屬光箔制成，厚度為
0.001-lmm,電極尺寸、間距可根據(jù)被測(cè)塑料膜厚度相應(yīng)調(diào)整。3組電極位于被測(cè)塑料膜上方，且電極平面與塑料膜平行。其中一個(gè)電極板作為激勵(lì)，另外兩個(gè)電極板作為檢測(cè)電極，如圖2所示。設(shè)圖1和圖2中的電極I和電極2形成的電容值為Cl2，電極I和電極3形成的電容值為C13。利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電容值C12、C13的測(cè)量。單片機(jī)為極板提供原始激勵(lì)信號(hào)、控制整個(gè)電路的邏輯時(shí)序，并完成與上位機(jī)的數(shù)據(jù)通訊。AD9754芯片和AD9240芯片連接單片機(jī)與電容極板，實(shí)現(xiàn)D/A及A/D轉(zhuǎn)換，AD9754芯片連接在單片機(jī)輸出接口與激勵(lì)電極之間，AD9240芯片連接在接收電極和單片機(jī)輸入接口之間。單片機(jī)通過USB與上位機(jī)通訊，上位機(jī)能夠?qū)崟r(shí)顯示在線測(cè)量的電容值C12、C13及塑料膜厚度值D，并具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。具體測(cè)量方法包括下列主要步驟:(I)將探測(cè)設(shè)備的電容傳感器固定于塑料膜上面，放置平整后給設(shè)備通電，通過上位機(jī)給單片機(jī)發(fā)送激勵(lì)指令，單片機(jī)通過測(cè)量檢測(cè)極板的感應(yīng)電壓計(jì)算極板間的等效電容值C12、C13，并實(shí)時(shí)傳送給上位機(jī)保存，并將電容值顯示在上位機(jī)的VC界面上；(2)應(yīng)用同樣的方法對(duì)厚度不同的塑料膜進(jìn)行探測(cè)，可以得到一系列不同厚度塑料膜對(duì)應(yīng)的等效電容C13與等效電容C12的比值；通過三樣插值和標(biāo)定法可以得到塑料膜厚D與對(duì)應(yīng)的C13/C12之間的關(guān)系曲線。(3)將關(guān)系曲線存入上位機(jī)，并對(duì)未知厚度的塑料膜應(yīng)用同樣的方法測(cè)量得到電容比值C13/C12。上位機(jī)通過逆向計(jì)算可求得塑料膜厚度D，并在VC界面上顯示所測(cè)塑料
膜厚度值。
權(quán)利要求
1.一種基于平面電容傳感器的塑料測(cè)厚裝置，用于塑料膜厚度的檢測(cè)，包括傳感器、D/A及A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)和上位計(jì)算機(jī)，其特征在于，所述的傳感器為平面電容傳感器，由3個(gè)均勻分布在探測(cè)區(qū)域上方同一高度的金屬電極組成，一個(gè)為激勵(lì)電極，另外兩個(gè)為接收電極，單片機(jī)產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào)經(jīng)過DA轉(zhuǎn)換和功率放大后加載在激勵(lì)電極上，從兩個(gè)接收電極接收的信號(hào)分別經(jīng)過信號(hào)調(diào)理和AD轉(zhuǎn)換后被送入單片機(jī)里，單片機(jī)將獲得的激勵(lì)電極與兩個(gè)接收電極之間的電容值C12、C13送入上位計(jì)算機(jī)，由上位計(jì)算機(jī)將其與預(yù)先存儲(chǔ)的電容比值與塑料膜厚度的關(guān)系曲線進(jìn)行比對(duì)，實(shí)現(xiàn)塑料膜的厚度檢測(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電容傳感器的塑料膜測(cè)厚裝置，其特征在于，通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電容值C12、C13的測(cè)量。單片機(jī)為極板提供原始激勵(lì)信號(hào)、控制整個(gè)電路的邏輯時(shí)序，并完成與上位機(jī)的數(shù)據(jù)通訊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電容傳感器的塑料膜測(cè)厚裝置，其特征在于，AD9754芯片和AD9240芯片連接單片機(jī)與電容極板，實(shí)現(xiàn)D/A及A/D轉(zhuǎn)換，單片機(jī)與上位機(jī)通訊，上位機(jī)能夠?qū)崟r(shí)顯示在線測(cè)量的電容值C12、C13及塑料膜厚度值D，并具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。
4.一種利用權(quán)利要求1所述的基于平面電容傳感器的塑料測(cè)厚裝置檢測(cè)塑料膜厚度的方法，包括下列步驟: (1)將平面探測(cè)設(shè)備的電容傳感器固定于塑料膜上面，放置平整后給設(shè)備通電，通過上位機(jī)給單片機(jī)發(fā)送激勵(lì)指令，單片機(jī)通過測(cè)量檢測(cè)極板的感應(yīng)電壓計(jì)算極板間的等效電容值C12、C13，并傳送給上位機(jī)保存； (2)應(yīng)用同樣的方法對(duì)厚度不同的塑料膜進(jìn)行探測(cè)，可以得到一系列不同厚度塑料膜對(duì)應(yīng)的等效電容C13與等效電容C12的比值；通過三樣插值和標(biāo)定法可以得到塑料膜厚D與對(duì)應(yīng)的C13/C12之間的關(guān)系曲線。
(3)將關(guān)系曲線存入上位機(jī)，并對(duì)未知厚度的塑料膜應(yīng)用同樣的方法測(cè)量得到電容比值C13/C12。上位機(jī)通過逆向計(jì)算可求得塑料膜厚度D。
全文摘要
本發(fā)明屬于電容傳感技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于平面電容傳感器的塑料測(cè)厚裝置，用于塑料膜厚度的檢測(cè)，包括傳感器、D/A及A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)和上位機(jī)，傳感器為平面電容傳感器，由3個(gè)金屬電極組成，一個(gè)為激勵(lì)電極，另外兩個(gè)為接收電極，單片機(jī)產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào)經(jīng)過DA轉(zhuǎn)換和功率放大后加載在激勵(lì)電極上，從兩個(gè)接收電極接收的信號(hào)分別經(jīng)過信號(hào)調(diào)理和AD轉(zhuǎn)換后被送入單片機(jī)里，單片機(jī)將獲得的激勵(lì)電極與兩個(gè)接收電極之間的電容值C12、C13送入上位機(jī)，由上位機(jī)將其與預(yù)先存儲(chǔ)的電容比值與塑料膜厚度的關(guān)系曲線進(jìn)行比對(duì)，實(shí)現(xiàn)塑料膜的厚度檢測(cè)。本發(fā)明同時(shí)提供一種采用上述裝置實(shí)現(xiàn)的塑料測(cè)厚方法。本發(fā)明具有簡單快速且成本較低的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01B7/06GK103196358SQ201310061740
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月27日
發(fā)明者李安陽, 徐凱, 尹武良, 王奔 申請(qǐng)人:常州兆能電子科技有限公司