本發(fā)明涉及一種薄膜厚度測量系統(tǒng)，具體涉及一種基于MXT9030的薄膜厚度測量系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近些年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，薄膜產(chǎn)品的應(yīng)用越來越廣泛，農(nóng)業(yè)、印刷、包裝、絕緣材料等行業(yè)對薄膜的需求也不斷增加，具有代表性的有機(jī)薄膜聚酞亞胺(PI)薄膜和聚丙烯(BOPP)薄膜的產(chǎn)量較高,應(yīng)用也很廣泛。PI薄膜己經(jīng)問世四十多年了,由于它的優(yōu)異性能,今天,這種材料已經(jīng)成為電力、電子、信息、軍工、核、航空航天等產(chǎn)業(yè)不可缺少的關(guān)鍵材料之一。隨著PI應(yīng)用開發(fā)的不斷推進(jìn),它在世界上的需求量也在快速的增長。聚丙烯(BOPP)薄膜是包裝領(lǐng)域的重要產(chǎn)品,它以質(zhì)輕、透明、無毒、防潮、挺括、透氣性低、力學(xué)強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、輕工、化工、煙草等領(lǐng)域。

越來越多的領(lǐng)域應(yīng)用薄膜產(chǎn)品，所以我國對薄膜產(chǎn)品的需求也日益增高。全球?qū)τ谒芰媳∧さ男枨蟪尸F(xiàn)出逐步增長的趨勢，在我國，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，各行業(yè)對塑料薄膜的市場需求也在不斷的上升。2011年1到12月，我國塑料薄膜的總產(chǎn)量達(dá)843.6萬噸，同比增長了11.17％。其中，農(nóng)用薄膜的產(chǎn)量占總產(chǎn)量的17.4％，達(dá)到146.78萬噸。

在國內(nèi)，1984年，浙江工學(xué)院的張鳴華等人第一次成功的將紅外測厚法應(yīng)用于薄膜生產(chǎn)線，其測量范圍是10μm～1mm；測量精度：±2μm(厚度<200μm)、±5μm(厚度>200μm)；1990年，中國計(jì)量科學(xué)研究院的廖復(fù)中^[3]等人成功研制出了滌綸薄膜在線厚度測量的HW-1型紅外側(cè)厚儀，其測厚范圍是20～100μm，測量精度為±(名義尺寸×2％+1.5μm)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，薄膜測厚的方法越來越多，精度也越來越高，2010年，廣西師范大學(xué)的李楊帆等人基于MCGS組態(tài)軟件，利用PID控制法設(shè)計(jì)和仿真了一個(gè)雙向拉伸薄膜厚度測控系統(tǒng)。陜西的星悅激光紅外技術(shù)有限公司生產(chǎn)的測厚儀——KSHW-A型紅外薄膜測厚儀，其測量范圍0～1200μm，測量精度為3％+1μm，測量最大幅寬為1m薄膜的測厚儀。有很多高校從事電容測厚設(shè)備的研究設(shè)計(jì)，如天津大學(xué)、河北工業(yè)大學(xué)等。其中河北工業(yè)大學(xué)研究的G-5電容測厚系統(tǒng)量程為10～250um，分辨率可達(dá)1um。天津大學(xué)研制的JDC電容測厚儀測量范圍0-10μm，分辨率0.075nm。

在國外，德國米銥測量技術(shù)有限公司(MICRO-EPSILON Messtechnik GmbH)在精密位移測量領(lǐng)域始終保持著技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢，其設(shè)計(jì)開發(fā)的capaNCDT6019系列電容傳感器，測量范圍為0.2-10mm，測量滿幅輸出分辨率可達(dá)0.01％，線性度在1％以內(nèi)。capaNCDT6500是米銥公司生產(chǎn)的更高精度測厚儀器，其測量范圍0.05-10mm，測量滿幅輸出分辨率到達(dá)0.000075％，其線性度保證在0.05％以內(nèi)。

國內(nèi)對電容測厚設(shè)備的設(shè)計(jì)和開發(fā)與國外相比還有很大的差距。故開發(fā)出高精度、高穩(wěn)定性、低成本的電容測微儀有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。本發(fā)明主要針對電容傳感器在薄膜厚度測量中所存在的缺陷和不足進(jìn)行研究，并根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場的要求，研制出一種可以檢測薄膜厚度的測量儀器，使其可以應(yīng)用在薄膜在線生產(chǎn)中，并具有較高的分辨率和檢測精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在下文中給出了關(guān)于本發(fā)明的簡要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個(gè)概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細(xì)描述的前序。

鑒于此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明旨在提出一種基于MXT9030的薄膜厚度測量系統(tǒng)，本發(fā)明針對電容傳感器在薄膜厚度測量中所存在的缺陷和不足進(jìn)行研究，并根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場的要求，研制出一種可以檢測薄膜厚度的測量儀器，使其可以應(yīng)用在薄膜在線生產(chǎn)中，并具有較高的分辨率和檢測精度。

本發(fā)明提出的一種基于MXT9030的薄膜厚度測量系統(tǒng)，包括電容傳感器、MXT9030電容-電壓轉(zhuǎn)換器電路、PIC單片機(jī)、LED顯示單元和工作指示燈；所述電容傳感器與MXT9030電容-電壓轉(zhuǎn)換器電路、PIC單片機(jī)依次連接，PIC單片機(jī)的輸出端連接有LED顯示單元和工作指示燈。

本發(fā)明所達(dá)到的效果為：

本發(fā)明利用電容傳感器精度高、能量損耗小、無接觸磨損的特點(diǎn)，制作了符合薄膜厚度測量要求的傳感器探頭，MXT9030實(shí)現(xiàn)對電容傳感器的信號檢測，通過PIC單片機(jī)的控制，調(diào)節(jié)MXT9030電路的內(nèi)部參數(shù)，使薄膜測量系統(tǒng)具有良好的線性度及靈敏度。將從MXT9030出來的信號送入PIC單片機(jī)中進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，從而計(jì)算出薄膜厚度，該發(fā)明可滿足較大范圍內(nèi)的電容差分信號輸入，并具有良好的檢測靈敏度和線性度。

附圖說明

圖1是一種基于MXT9030的薄膜厚度測量系統(tǒng)框圖；

圖2是MXT9030電路原理圖；

圖3是PIC16F883單片機(jī)核心系統(tǒng)圖；

圖4是指示燈電路圖。

具體實(shí)施方式

在下文中將結(jié)合附圖對本發(fā)明的示范性實(shí)施例進(jìn)行描述。為了清楚和簡明起見，在說明書中并未描述實(shí)際實(shí)施方式的所有特征。然而，應(yīng)該了解，在開發(fā)任何這種實(shí)際實(shí)施例的過程中必須做出很多特定于實(shí)施方式的決定，以便實(shí)現(xiàn)開發(fā)人員的具體目標(biāo)，例如，符合與系統(tǒng)及業(yè)務(wù)相關(guān)的那些限制條件，并且這些限制條件可能會隨著實(shí)施方式的不同而有所改變。此外，還應(yīng)該了解，雖然開發(fā)工作有可能是非常復(fù)雜和費(fèi)時(shí)的，但對得益于本發(fā)明公開內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，這種開發(fā)工作僅僅是例行的任務(wù)。

在此，還需要說明的一點(diǎn)是，為了避免因不必要的細(xì)節(jié)而模糊了本發(fā)明，在附圖中僅僅示出了與根據(jù)本發(fā)明的方案密切相關(guān)的裝置結(jié)構(gòu)和/或處理步驟，而省略了與本發(fā)明關(guān)系不大的其他細(xì)節(jié)。

本實(shí)施方式的一種基于MXT9030的薄膜厚度測量系統(tǒng)，參見圖1可知，其包括包括電容傳感器、MXT9030電容-電壓轉(zhuǎn)換器電路、PIC單片機(jī)、LED顯示單元和工作指示燈；所述電容傳感器與MXT9030電容-電壓轉(zhuǎn)換器電路、PIC單片機(jī)依次連接，PIC單片機(jī)的輸出端連接有LED顯示單元和工作指示燈。

更具體地：MXT9030是一款高精度電容-電壓轉(zhuǎn)換器電路。采用模擬信號輸入輸出形式，內(nèi)部調(diào)和非線性的數(shù)字可編程功能，及上電復(fù)位功能。電路原理圖如圖2所示。

MXT9030電路由兩級結(jié)構(gòu)組成。電路第一級是一個(gè)基于浮動(dòng)電荷放大器的電容/電壓轉(zhuǎn)換器，該結(jié)構(gòu)保證了電路能對浮動(dòng)電極式的電容傳感器進(jìn)行測量。電路第二級為可編程增益放大器。

本電路的C/V轉(zhuǎn)換器只能讀取浮動(dòng)電位的電容C_S1和C_S2。電路向C1和C2端口發(fā)送方波，并讀取端口CM上的輸入電荷。所以在端口C1，CM或者C2連接任何電位都會影響電路工作。

端口REF默認(rèn)連接內(nèi)部參考電壓V_REF，如果提供外部參考電壓，該電壓值必須接近(V_VDD+V_VSS)/2。

MXT9030是基于模擬信號通道并通過數(shù)字控制來實(shí)現(xiàn)電容信號到電壓信號的轉(zhuǎn)換，通過電路中的配置參數(shù)實(shí)現(xiàn)對非線性和偏置等誤差的調(diào)整補(bǔ)償。電容到電壓的轉(zhuǎn)換由兩個(gè)階段完成，第一個(gè)階段是電容-電壓的轉(zhuǎn)換階段，系統(tǒng)通過對寄存器C_OFF、C_COMP的設(shè)置來實(shí)現(xiàn)偏置的補(bǔ)償，通過寄存器C_NOM、C_DEN實(shí)現(xiàn)非線性的補(bǔ)償；第二階段是增益放大階段，其中增益的設(shè)置通過寄存器GAINH，GAINL來控制，并通過對寄存器R_OFF進(jìn)行失調(diào)補(bǔ)償。當(dāng)C_S1＝C_S2時(shí)，輸出電壓V_OUT等于內(nèi)部參考電壓V_REF。

此外，MXT9030提供一個(gè)兩線數(shù)字接口用于對其內(nèi)部寄存器的讀與寫。該接口為雙向的，MXT9030總是從屬設(shè)備。SCK引腳用于時(shí)鐘，SDA引腳是雙向引腳用于傳輸數(shù)據(jù)。在開始傳輸數(shù)據(jù)之前有一個(gè)開始條件(讀和寫命令)，即當(dāng)SCK總是高電平時(shí)，SDA有一個(gè)從高電平到低電平的下降沿。

更具體地：PIC單片機(jī)有可靠內(nèi)部復(fù)位電路，無需附加復(fù)位芯片。同時(shí)PIC單片機(jī)的片內(nèi)10位AD也能很好的滿足本文的精度需求。這樣一來在增加系統(tǒng)可靠性的同時(shí)，進(jìn)一步的降低了設(shè)計(jì)成本，為產(chǎn)品將來的生產(chǎn)和市場推廣打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。此外PIC單片機(jī)的下載和程序仿真十分簡潔只需要六根引線，而不需要在儀器電路板上進(jìn)行多余的電路設(shè)計(jì)，所以對程序的下載和調(diào)試都是十分的便利。本發(fā)明采用PIC16F883型號單片機(jī)作為處理芯片。PIC外圍核心電路相對簡單只要將下載端口引線和外部電源和晶振電路設(shè)計(jì)好就可以。這部分單片機(jī)設(shè)計(jì)電路是最基本也是保障單片機(jī)運(yùn)行的最基本電路。其中單片機(jī)供電電路、單片機(jī)起振電路、上電復(fù)位的電路、程序調(diào)試下載電路。核心系統(tǒng)電路圖3所示。

更具體地：工作指示燈電路，設(shè)計(jì)了兩個(gè)LED指示燈作為指示功能。D3作為系統(tǒng)工作指示燈，當(dāng)系統(tǒng)正常工作時(shí)指示燈工作燈一秒為周期閃爍一次。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)指示燈快速閃爍示警。LED指示燈D4是用作薄膜厚度不是期望值的報(bào)警燈，當(dāng)薄膜厚度低于生產(chǎn)環(huán)境設(shè)置限定時(shí)指示燈處于常滅狀態(tài)。當(dāng)薄膜厚度超出限定時(shí)指示燈處于常亮報(bào)警狀態(tài)。工作指示燈的加入可以提高故障辨識。指示燈電路如圖4所示。

雖然本發(fā)明所揭示的實(shí)施方式如上，但其內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案而采用的實(shí)施方式，并非用于限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所揭示的核心技術(shù)方案的前提下，可以在實(shí)施的形式和細(xì)節(jié)上做任何修改與變化，但本發(fā)明所限定的保護(hù)范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書限定的范圍為準(zhǔn)。