本實(shí)用新型涉及一種基于紅外的塑料薄膜厚度在線檢測(cè)裝置，可用于實(shí)時(shí)在線對(duì)塑料薄膜厚度進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而得到相關(guān)數(shù)據(jù)。

背景技術(shù)：

非在線薄膜厚度測(cè)量的方法對(duì)測(cè)量對(duì)象的種類要求比較嚴(yán)格，設(shè)備成本和維護(hù)費(fèi)用也很高，無法適應(yīng)現(xiàn)代薄膜生產(chǎn)過程中對(duì)塑料薄膜厚度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量的需求。使用在線厚度測(cè)量方法，能夠保證在薄膜生產(chǎn)過程中快速穩(wěn)定的獲取厚度信息，生產(chǎn)設(shè)備不用停機(jī)，就可以根據(jù)檢測(cè)的厚度調(diào)整生產(chǎn)設(shè)備。但是在線厚度檢測(cè)方法中的射線法由于成本過高，輻射大等缺點(diǎn)，不再適合民用測(cè)厚場(chǎng)所廣泛推廣，經(jīng)過多方面的考慮，科研人員提出了基于紅外的多種厚度測(cè)量方法，紅外測(cè)試方法具有使用安全、測(cè)量精度高、數(shù)據(jù)穩(wěn)定、通用性好、成本低等特點(diǎn)。

針對(duì)測(cè)量塑料薄膜厚度的技術(shù)層出不窮，例如申請(qǐng)?zhí)朇N201110442193.2公開了一種塑料薄膜厚度測(cè)量裝置，但該裝置存在如下缺陷：①使用一組紅外光源，不能保證測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性。②對(duì)采集的數(shù)據(jù)沒有進(jìn)行精確化處理。為了克服這些問題，本實(shí)用新型專利采用多組光源搭配和擬合處理數(shù)據(jù)，測(cè)量結(jié)果提高精確度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型針對(duì)當(dāng)前技術(shù)中存在的不足，提供了一種基于紅外的塑料薄膜測(cè)厚在線檢測(cè)裝置。該裝置改進(jìn)了現(xiàn)代近紅外側(cè)后方發(fā)中常采用的雙單色紅外光對(duì)比法，使用單光源，簡(jiǎn)化了單光源雙光束調(diào)制的難度，優(yōu)化了由于雙光束調(diào)制導(dǎo)致的照射薄膜不同位置帶來的準(zhǔn)確性問題。通過使用NDIR傳感器克服了由于調(diào)制后兩束光交替照射在塑料薄膜上的速度很快導(dǎo)致的測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的缺點(diǎn)，NDIR傳感器使得分光法更加簡(jiǎn)潔，硬件制作更加簡(jiǎn)單，同時(shí)測(cè)量的效果可以得到有效的保障，增加了測(cè)量的準(zhǔn)確性。鹵素?zé)魹楣庠纯梢员ＷC恒定的光輸出，根據(jù)對(duì)入射紅外線吸收的程度來測(cè)定吸收體的厚度。本裝置采用的低通濾波電路能夠有效地濾除環(huán)境中的高頻影響。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：

一種基于紅外的塑料薄膜厚度在線檢測(cè)裝置，該裝置由方波發(fā)生模塊、光源驅(qū)動(dòng)模塊、光源模塊、信號(hào)低通濾波模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和上位機(jī)模塊組成；

其中，光源模塊包括紅外光源和傳感器，紅外光源和傳感器相向設(shè)置，紅外光源的發(fā)光點(diǎn)水平對(duì)著傳感器的感光部分；待測(cè)塑料薄膜位于二者之間；

所述的方波發(fā)生模塊、光源驅(qū)動(dòng)模塊和光源模塊中的紅外光源依次按順序相連；光源模塊中的傳感器、信號(hào)低通濾波模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和上位機(jī)模塊依次按順序相連；

所述的光源模塊中的紅外光源為鹵素?zé)?，傳感器為紅外傳感器，二者數(shù)量相同，均為3～6個(gè)；

所述的信號(hào)低通濾波模塊包括鉭電容；

所述的數(shù)據(jù)采集模塊包括數(shù)據(jù)采集卡；

所述的上位機(jī)模塊為工業(yè)用計(jì)算機(jī)。

所述的方波發(fā)生模塊包括頻率發(fā)生部分和分頻部分；頻率發(fā)生部分主要包括晶振；分頻部分包括14位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)芯片和雙4位十進(jìn)制計(jì)數(shù)芯片，二者相連；晶振與分頻部分中的14位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器芯片相連，分頻部分中的雙4位十進(jìn)制計(jì)數(shù)芯片與光源驅(qū)動(dòng)模塊連接。

所述的光源驅(qū)動(dòng)模塊包括電源、穩(wěn)壓二極管、NPN型三極管和繼電器；其中電源分別和NPN型三極管、穩(wěn)壓二極管相連，繼電器分別與穩(wěn)壓二極管、三極管相連；其中，三極管與方波發(fā)生模塊的輸出端相連，繼電器的常開接點(diǎn)與光源模塊的紅外光源相連。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：

1、本實(shí)用新型使用單光源，簡(jiǎn)化了單光源雙光束調(diào)制的難度，優(yōu)化了由于雙光束調(diào)制導(dǎo)致的照射薄膜不同位置帶來的精確性問題。

2、本實(shí)用新型采用NDIR傳感器，克服了由于調(diào)制后兩束光交替照射在塑料薄膜上的速度過快導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的缺點(diǎn)，同時(shí)也有效的減小了由于掃描設(shè)備震動(dòng)帶來的誤差問題。該傳感器使得分光法更加簡(jiǎn)潔，能夠有效的保障測(cè)量的效果，增加測(cè)量的準(zhǔn)確性。

3、本實(shí)用新型選用多組光源、傳感器對(duì)測(cè)試薄膜的多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，由多個(gè)點(diǎn)的厚度狀況估計(jì)整個(gè)薄膜的厚度狀況，多個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)相互支撐相互校正，有效的提高了測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性。

4、本實(shí)用新型巧妙地使用信號(hào)低通濾波模塊，該模塊主要應(yīng)用于濾波，有效地濾除環(huán)境中的高頻影響，使得信號(hào)更加精確。

4、本實(shí)用新型的特點(diǎn)是測(cè)量過程可行性強(qiáng)，通用性廣，靈敏度高，同時(shí)受環(huán)境影響小，精度高，成本低，應(yīng)用簡(jiǎn)化，功耗低，工作效率高，符合現(xiàn)代科技的設(shè)計(jì)理念。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型基于紅外的塑料薄膜厚度在線檢測(cè)裝置方案示意圖；

圖2是本實(shí)用新型基于紅外的塑料薄膜厚度在線檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實(shí)用新型基于紅外的塑料薄膜厚度在線檢測(cè)裝置方波發(fā)生模塊示意圖；

圖4是本實(shí)用新型基于紅外的塑料薄膜厚度在線檢測(cè)裝置光源驅(qū)動(dòng)模塊示意圖；

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳述：

本實(shí)用新型基于紅外的塑料薄膜厚度在線檢測(cè)裝置示意圖如圖1所示，結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。主要由方波發(fā)生模塊、光源驅(qū)動(dòng)模塊、光源模塊、信號(hào)低通濾波模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、上位機(jī)模塊組成；

其中，光源模塊包括紅外光源和傳感器，紅外光源和傳感器相向設(shè)置，紅外光源的發(fā)光點(diǎn)水平對(duì)著傳感器的感光部分；待測(cè)塑料薄膜位于二者之間。

所述的方波發(fā)生模塊、光源驅(qū)動(dòng)模塊和光源模塊中的紅外光源依次按順序相連；光源模塊中的傳感器、信號(hào)低通濾波模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和上位機(jī)模塊依次按順序相連。

所述的方波發(fā)生模塊結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，包括頻率發(fā)生部分和分頻部分；頻率發(fā)生部分主要包括晶振；分頻部分包括14位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)芯片和雙4位十進(jìn)制計(jì)數(shù)芯片，二者相連；晶振與分頻部分中的14位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器芯片相連，分頻部分中的雙4位十進(jìn)制計(jì)數(shù)芯片與光源驅(qū)動(dòng)模塊連接；晶振的頻率是32.768kHz，所選用的所述的14位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)芯片CD4060，該芯片性能穩(wěn)定，所需電壓剛好驅(qū)動(dòng)電路提供，并且可以做到14級(jí)二進(jìn)制串行技術(shù)，晶振14分頻；雙4位十進(jìn)制計(jì)數(shù)芯片型號(hào)為74LS390，該芯片有獨(dú)立觸發(fā)時(shí)鐘，有效的提高系統(tǒng)密度，并且可以進(jìn)行2分頻，滿足最終得到1Hz的需求。

所述的光源驅(qū)動(dòng)模塊結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示，包括電源、穩(wěn)壓二極管、NPN型三極管和繼電器；其中電源為正負(fù)5V的穩(wěn)壓直流供電電源，它分別和NPN型三極管、穩(wěn)壓二極管相連，繼電器分別與穩(wěn)壓二極管、三極管相連；其中，三極管與方波發(fā)生模塊的輸出端相連，繼電器的常開接點(diǎn)與光源模塊的紅外光源相連；HUIKE HK3FF DC5F型號(hào)繼電器主要具有控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)，用于自動(dòng)控制電路中，體型小，適合在驅(qū)動(dòng)電路中使用；穩(wěn)壓二極管1N4181主要為了保證電路的電流和電壓穩(wěn)定，增強(qiáng)電路穩(wěn)定性。NPN型三極管2N3904主要起到放大信號(hào)的作用，由于信號(hào)電流微弱，無法直接驅(qū)動(dòng)繼電器，在繼電器前加入三極管驅(qū)動(dòng)，保證信號(hào)強(qiáng)度。

所述的光源模塊使用的是鹵素?zé)鬗R11反光燈杯和NDIR紅外傳感器，二者數(shù)量相同，均為3～6個(gè)(本實(shí)施方式為5個(gè))；該鹵素?zé)艨梢员３譄襞萸鍧?，一生中保持幾乎恒定的光輸出，能夠保持光源的穩(wěn)定性，該鹵素?zé)糨斎腚妷簽?2V，功率為20W；NDIR紅外傳感器技術(shù)設(shè)備穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，準(zhǔn)確性良好。

所述的信號(hào)低通濾波模塊包括型號(hào)為4.7UF-25V-B的鉭電容，該電容具有儲(chǔ)藏電量、進(jìn)行充放電等性能，主要應(yīng)用于濾波，電路中鉭電容并聯(lián)在采集卡的輸入端，有效地濾除環(huán)境中的高頻影響。

所述的數(shù)據(jù)采集模塊包括型號(hào)為USB5935數(shù)據(jù)采集卡，該采集卡是一款采集和處理能力良好的采集卡，基于USB總線，使用簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定；使用的功能為：模擬輸入通道10路單端，模擬輸入量程為±5V，應(yīng)用該采集卡AD轉(zhuǎn)換功能，轉(zhuǎn)換精度為12位，AD芯片最高轉(zhuǎn)化速率為500kHz，最高采樣速率為2微秒/點(diǎn)，16路單端輸入。

所述的上位機(jī)模塊為工業(yè)用計(jì)算機(jī)，工業(yè)用計(jì)算機(jī)內(nèi)安裝有控制軟件，測(cè)量之前通過在顯示窗口設(shè)置相關(guān)參數(shù)，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在計(jì)算機(jī)上；所述的控制軟件為現(xiàn)有的比較成熟的公知技術(shù)，在裝置組成清楚，功能明確的條件下，普通技術(shù)人員也能很容易編寫出來。

所述基于紅外的塑料薄膜測(cè)厚在線檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理和過程是：

本實(shí)用新型在接入電源后，通過使用方波發(fā)生模塊產(chǎn)生頻率1Hz的調(diào)制方波，該方波作為光源驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端，當(dāng)方波為高電平時(shí)，NPN型三極管導(dǎo)通，繼電器得到供電，進(jìn)而光源驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)紅外光源工作。鹵素?zé)糇鳛榧t外光源，實(shí)現(xiàn)對(duì)光源的調(diào)制和驅(qū)動(dòng)，鹵素?zé)舭l(fā)出寬譜光源，這樣可以覆蓋整個(gè)近紅外譜。5組鹵素?zé)舢a(chǎn)生紅外光后，光束照射在往復(fù)運(yùn)動(dòng)的塑料薄膜上，透過薄膜即可照射在對(duì)應(yīng)的5個(gè)NDIR紅外傳感器上，5個(gè)傳感器接收到相應(yīng)的信號(hào)，信號(hào)通過信號(hào)低通濾波模塊濾除信號(hào)中的高頻噪聲之后，輸入到數(shù)據(jù)采集模塊，該模塊具有模擬信號(hào)采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，將轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)經(jīng)過USB端口輸入到工業(yè)用計(jì)算機(jī)。利用工業(yè)用計(jì)算機(jī)安裝的控制軟件，對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行更精確的處理。

本實(shí)用新型未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。

本實(shí)用新型所述的基于紅外的塑料薄膜厚度在線檢測(cè)系統(tǒng)，應(yīng)用于塑料薄膜厚度測(cè)量當(dāng)中。此技術(shù)改進(jìn)了現(xiàn)代近紅外測(cè)厚方法中常采用的雙單色紅外光對(duì)比法，使用單光源，簡(jiǎn)化了單光源雙光束調(diào)制的難度，優(yōu)化了由于雙光束調(diào)制導(dǎo)致的照射薄膜不同位置帶來的準(zhǔn)確性問題。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)薄膜厚度的實(shí)時(shí)檢測(cè)，可行性強(qiáng)，通用性廣，靈敏度高，同時(shí)受環(huán)境影響小，精度高，達(dá)到了工業(yè)應(yīng)用水平。