基于电容传感器的塑膜厚度检测系统的研究——通信工程类中英文翻译、外文翻译.docVIP

基于电容传感器的塑膜厚度检测系统的研究 马玉真1 ,2 , 王新华2 , 段发阶1 ,郑义忠1 , 叶声华1 1. 天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津　300072 ; 2. 济南大学机械工程学院, 济南 250022 摘要:采用非接触式电容传感器、电涡流传感器组合系统获取检测信号,利用基于LabVIEW软件平台的计算机实现对塑料薄膜进行在线检测的工作原理,整个系统由测试单元、电机驱动单元、数据采集与处理单元组成。由于测试单元采用了电容、电涡流组合传感系统,信号的后续处理由基于LabVIEW软件平台的计算机自动完成,速了测量过程。采用本系统取代传统的千分尺测量方法,可以使塑料薄膜厚度测量以完全智能的、实时的、非接触的方式进行精确测量。最后,通过比较组合测量系统与千分尺测量的测试结果,证明了该系统具有较高的精度,良好的可靠性与可行性。 关键词:塑料薄膜;厚度测量;组合传感系统;在线测量 中图分类号:TP212. 1 ; TP216 　文献标识码:A 　　 文章编号:1004 - 1699 (2005) 01 - 0116 - 04 目前，塑膜在塑料产品中占有一定的比例。它们广泛应用于许多领域，比如农业、运输、医学治疗、环境保护和建筑业。在制造过程中，膜厚是评估产品性质的重要规范。一般而言，如果一卷中膜厚度的差异大于膜厚度的10%，它将被认为是不合格品。膜的厚度和一致性直接影响产品的物理属性和机械性能。在使用中，它们也直接影响使用功能、寿命和抵制外部力量的能力。另外，塑膜经常以卷分布。不同卷之间的厚度差异影响使用范围。这联系到公司和顾客间的利益。因此，对塑膜的厚度作出精确的测量是很有必要的。 全球有几种可行的方法来测量膜厚，例如机械测定法和重量分析测量法[1]。传统的测量方法是用千分尺来精确测量，并对成品进行抽样检查，因此测量误差和阅读误差是不可避免的。对于一片厚度远小于100mm的膜来说，测量精确度很低。随着工农制造业对塑膜的增长需求，传统的测量方法几乎不能满足发展的需要。在这种情况下，塑膜厚度在线检测发展了。主要用于测量和监控低密度浇铸膜和聚丙烯浇铸膜。就如我们所知，膜由同样的材料和同样的工艺制造而成，因此通过上述方法制造的膜的密度是一致的，我们能等距离不间断地测出日常用膜的宽度为1.4 m。同时测试结果能显示在电脑屏幕上。 用电容传感器测量的基本原理 现有几种类型的非接触电容传感器比如极距、极板的面积和两极板间介质的变化引起电容量的变化，一些传感器采用微分模式来制造，为了提高灵敏度、改进线性特征、扩大测量范围和作出误差补偿。最基本的电容传感器的电容量的变化是由两极板间的极距的变化引起的。它由一对平行板构成，其中一块是静止的或固定的，另一块是可运动的。电容量的由如下公式可得： （1） 公式中：ε0为真空中的介电常数； ε为两极板间介质的相对介电常数[ F/ m]，当介质是空气时，其值为1； h为两极板间的距离[m]； CT为传感器的电容量[F] 一般而言，电容传感器的测量头是一个圆柱体，因此电场密度是一致的，电容传感器能获得最好的精度。圆柱的直径为d，底部面积为s=πd2/4从以上公式，我们可以看出当极距h、极板相对面积或电容传感器介质的变化时，电容量CT将随着变化。如果被测塑膜置于两极板间，通过观察由介质厚度变化引起的电容量的变化，我们可进行厚度测量。 从膜厚度获得的信息 电容测量系统由电容传感器、微测量设备、屏闭导线缆等组成。图1、是测膜厚度的示意图。被测膜被置于两极板间，固定极板的面积为s，极距为h，真空中的介电常数为ε0，膜厚为t，介质的相对介电常数为εa，可活动极板和膜间的距离为x，d为传感器的有效直径，Cs为固定极板的零温度系数，CT为传感器的电容量，这会被考虑成由三种不同电介质串联而成的电容构成。 （2） 公式中：是上层空间电容量， 是膜层空间的电容量， 下层空间电容量。 在这个测量电路中，有高输入阻抗和极好线性的一个放大器被用来形成类似工作放大电路的反馈。Vs是20kHz的方波信号，它的振幅是高且有阻尼的，Vo是主放大电路对地的输出电压。根据反馈放大器的原理，当开环增益Av和输入阻抗达到足够大时，输入和输出关系表达式为： （3） 通过用C1、C2、C3来取代表达式（2）和（3），我们可得： （4） 从以上表达式看出，膜厚t和输出电压Vo的关系很明显，就是： （5） 在表达式（5）中，k0和m是常量，它们的值是： （6） 表达式（5）告诉我们输出