CN103196358A - 一种基于平面电容传感器的塑料测厚装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电容传感技术领域，涉及一种基于平面电容传感器的塑料测厚装置，用于塑料膜厚度的检测，包括传感器、D/A及A/D转换电路、单片机和上位机，传感器为平面电容传感器，由3个金属电极组成，一个为激励电极，另外两个为接收电极，单片机产生的激励信号经过DA转换和功率放大后加载在激励电极上，从两个接收电极接收的信号分别经过信号调理和AD转换后被送入单片机里，单片机将获得的激励电极与两个接收电极之间的电容值C12、C13送入上位机，由上位机将其与预先存储的电容比值与塑料膜厚度的关系曲线进行比对，实现塑料膜的厚度检测。本发明同时提供一种采用上述装置实现的塑料测厚方法。本发明具有简单快速且成本较低的优点。

Description

一种基于平面电容传感器的塑料测厚装置及方法
技术领域
本发明属于电容传感技术领域，涉及一种塑料膜厚度探测的装置及探测方法。
背景技术
聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等塑料膜在工业、农业及食品包装等方面应用十分广泛，产量很大，品种规格很多。厚度时成品塑料膜最重要质量指标之一，在生产过程中必须予以控制。
国内外塑料膜厚测控的方法有四种：一是用测厚仪检测，电子计算机进行全自动控制，这种方法虽精确性较高，但此方法的电子和机械设备复杂，价格昂贵，用得不多；二是基于人工的在线监测，人工调节控制，费用省，效果显著，为普迫所采用，但检测结果因人而异，零散性很大，不能全面反映生产质量。三种是50年代发展起来的β射线测厚仪，技术已趋成熟、精确性也较好，但存在放射性射线对工人人体的危害，使用及维护技术要求高，价格贵，响应速度慢等缺点，最后一种是70年代发展起来的红外测厚仪，其虽然克服了β射线测厚仪的一些缺点，但其适应能力较差。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种简单快速且成本较低的塑料膜厚度探测装置及方法。本发明的技术方案如下：
一种基于平面电容传感器的塑料测厚装置，用于塑料膜厚度的检测，包括传感器、D/A及A/D转换电路、单片机和上位计算机，所述的传感器为平面电容传感器，由3个均匀分布在探测区域上方同一高度的金属电极组成，一个为激励电极，另外两个为接收电极，单片机产生的激励信号经过DA转换和功率放大后加载在激励电极上，从两个接收电极接收的信号分别经过信号调理和AD转换后被送入单片机里，单片机将获得的激励电极与两个接收电极之间的电容值C12、C13送入上位计算机，由上位计算机将其与预先存储的电容比值与塑料膜厚度的关系曲线进行比对，实现塑料膜的厚度检测。
本发明同时提供一种利用所述的基于平面电容传感器的塑料测厚装置检测塑料膜厚度的方法，包括下列步骤：
(1)将平面探测设备的电容传感器固定于塑料膜上面，放置平整后给设备通电，通过上位机给单片机发送激励指令，单片机通过测量检测极板的感应电压计算极板间的等效电容值C12、C13，并传送给上位机保存；
(2)应用同样的方法对厚度不同的塑料膜进行探测，可以得到一系列不同厚度塑料膜对应的等效电容C13与等效电容C12的比值；通过三样插值和标定法可以得到塑料膜厚D与对应的C13/C12之间的关系曲线。
(3)将关系曲线存入上位机，并对未知厚度的塑料膜应用同样的方法测量得到电容比值C13/C12。上位机通过逆向计算可求得塑料膜厚度D。
该方法的最大优点是在不接触塑料膜、不影响生产运行的前提下，方便快速地测量塑料膜厚度，监控塑料膜生产线的状态，为进一步调节生产机器提供可靠信息。相对其他方法而言，这一技术更加实用方便，简单快速，且成本较低，是极具可行性的塑料膜厚探测方案之一。
附图说明
图1是本发明的基于电容传感器的塑料膜厚度探测装置结构图；
图2是本发明的电容传感器原理简单示意图。
具体实施方法
图1是按照本发明的一个实施例画出的探测装置结构框图。包括电容传感器、D/A与A/D转换电路、功率放大及信号调理电路、单片机、上位计算机5部分。
电容传感器采用3组完全相同的电极板构成，电极由金属光箔制成，厚度为0.001-1mm，电极尺寸、间距可根据被测塑料膜厚度相应调整。3组电极位于被测塑料膜上方，且电极平面与塑料膜平行。其中一个电极板作为激励，另外两个电极板作为检测电极，如图2所示。
设图1和图2中的电极1和电极2形成的电容值为C12，电极1和电极3形成的电容值为C13。利用单片机实现电容值C12、C13的测量。单片机为极板提供原始激励信号、控制整个电路的逻辑时序，并完成与上位机的数据通讯。
AD9754芯片和AD9240芯片连接单片机与电容极板，实现D/A及A/D转换，AD9754芯片连接在单片机输出接口与激励电极之间，AD9240芯片连接在接收电极和单片机输入接口之间。单片机通过USB与上位机通讯，上位机能够实时显示在线测量的电容值C12、C13及塑料膜厚度值D，并具有数据存储功能。
具体测量方法包括下列主要步骤：
(1)将探测设备的电容传感器固定于塑料膜上面，放置平整后给设备通电，通过上位机给单片机发送激励指令，单片机通过测量检测极板的感应电压计算极板间的等效电容值C12、C13，并实时传送给上位机保存，并将电容值显示在上位机的VC界面上；
(2)应用同样的方法对厚度不同的塑料膜进行探测，可以得到一系列不同厚度塑料膜对应的等效电容C13与等效电容C12的比值；通过三样插值和标定法可以得到塑料膜厚D与对应的C13/C12之间的关系曲线。
(3)将关系曲线存入上位机，并对未知厚度的塑料膜应用同样的方法测量得到电容比值C13/C12。上位机通过逆向计算可求得塑料膜厚度D，并在VC界面上显示所测塑料膜厚度值。

Claims (4)

1.一种基于平面电容传感器的塑料测厚装置，用于塑料膜厚度的检测，包括传感器、D/A及A/D转换电路、单片机和上位计算机，其特征在于，所述的传感器为平面电容传感器，由3个均匀分布在探测区域上方同一高度的金属电极组成，一个为激励电极，另外两个为接收电极，单片机产生的激励信号经过DA转换和功率放大后加载在激励电极上，从两个接收电极接收的信号分别经过信号调理和AD转换后被送入单片机里，单片机将获得的激励电极与两个接收电极之间的电容值C12、C13送入上位计算机，由上位计算机将其与预先存储的电容比值与塑料膜厚度的关系曲线进行比对，实现塑料膜的厚度检测。
2.根据权利要求1所述的基于电容传感器的塑料膜测厚装置，其特征在于，通过单片机实现电容值C12、C13的测量。单片机为极板提供原始激励信号、控制整个电路的逻辑时序，并完成与上位机的数据通讯。
3.根据权利要求1所述的基于电容传感器的塑料膜测厚装置，其特征在于，AD9754芯片和AD9240芯片连接单片机与电容极板，实现D/A及A/D转换，单片机与上位机通讯，上位机能够实时显示在线测量的电容值C12、C13及塑料膜厚度值D，并具有数据存储功能。
4.一种利用权利要求1所述的基于平面电容传感器的塑料测厚装置检测塑料膜厚度的方法，包括下列步骤：
(1)将平面探测设备的电容传感器固定于塑料膜上面，放置平整后给设备通电，通过上位机给单片机发送激励指令，单片机通过测量检测极板的感应电压计算极板间的等效电容值C12、C13，并传送给上位机保存；
(2)应用同样的方法对厚度不同的塑料膜进行探测，可以得到一系列不同厚度塑料膜对应的等效电容C13与等效电容C12的比值；通过三样插值和标定法可以得到塑料膜厚D与对应的C13/C12之间的关系曲线。
(3)将关系曲线存入上位机，并对未知厚度的塑料膜应用同样的方法测量得到电容比值C13/C12。上位机通过逆向计算可求得塑料膜厚度D。
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