專利名稱：紅外寬波段透射式塑料薄膜厚度測(cè)量裝置及測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種紅外寬波段透射式塑料薄膜厚度測(cè)量裝置及測(cè)量方法，屬于塑料薄膜厚度的紅外透射測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前較為先進(jìn)的塑料薄膜厚度在線測(cè)量方法是采用紅外透射法測(cè)量薄膜厚度。這種測(cè)量方法克服了以往射線衰減測(cè)量方法中存在的輻射污染及造價(jià)昂貴等缺點(diǎn)，同時(shí)克服了其他傳統(tǒng)方法的測(cè)量精度低、響應(yīng)速度慢及易受環(huán)境影響等缺點(diǎn)。
紅外透射法測(cè)量薄膜厚度的原理為朗伯定律，其輸出光強(qiáng)I、輸入光強(qiáng)、和薄膜厚度L的關(guān)系為
I = I0exp (_ α L)，
式中，α為薄膜的消光系數(shù)。
現(xiàn)有紅外透射測(cè)厚法采用的是雙單色紅外光比較的測(cè)量方案，參見(jiàn)圖2所示，圖中光源通過(guò)光源調(diào)制發(fā)出測(cè)量波長(zhǎng)為λ Μ的單色光脈沖和測(cè)參比波長(zhǎng)為λ ￡的單色光脈沖， 兩種單色光脈沖交替地照射在塑料薄膜上。單色光具體是通過(guò)濾光片或LED光源獲得。單色光經(jīng)塑料薄膜吸收后，其透射光由光子探測(cè)器接收，并轉(zhuǎn)變成電信號(hào)后送到信號(hào)運(yùn)算和處理單元，最終由厚度顯示儀顯示出被測(cè)塑料薄膜的厚度值。
所述的兩個(gè)波長(zhǎng)的單色光脈沖是通過(guò)裝有測(cè)量波長(zhǎng)和測(cè)量參比波長(zhǎng)濾光片的調(diào)制盤旋轉(zhuǎn)獲得或由LED在光源調(diào)制電路的控制下獲得，因此兩束單色光交替照射在塑料薄膜上，會(huì)存在一定的時(shí)差，而工業(yè)生產(chǎn)線中的塑料薄膜通常高速運(yùn)行生產(chǎn)，因此兩束單色紅外光并非真的照射在同一區(qū)域，從而降低了厚度測(cè)量的準(zhǔn)確性。
如果塑料薄膜生產(chǎn)線不止生產(chǎn)一種薄膜，則當(dāng)更換薄膜的生產(chǎn)類型時(shí)，不同薄膜由于其組成有機(jī)化合物基團(tuán)結(jié)構(gòu)不同，透過(guò)薄膜后衰減的紅外光的波長(zhǎng)不同。這將造成測(cè)量不同型號(hào)薄膜時(shí)需要更換濾光片或LED光源，使操作繁瑣、成本高，且有可能出現(xiàn)無(wú)對(duì)應(yīng)濾光片或LED光源，進(jìn)而無(wú)法檢測(cè)某些類型的塑料薄膜厚度的情況。因此現(xiàn)有紅外透射測(cè)厚法還存在通用性差的問(wèn)題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有紅外透射測(cè)厚法存在的準(zhǔn)確性差及通用性差的問(wèn)題，提供一種紅外寬波段透射式塑料薄膜厚度測(cè)量裝置及測(cè)量方法。
本發(fā)明所述紅外寬波段透射式塑料薄膜厚度測(cè)量裝置，它包括寬波段紅外光源， 它還包括熱電堆探測(cè)器、信號(hào)處理單元和工控機(jī)，
寬波段紅外光源的出射光入射至被測(cè)塑料薄膜，經(jīng)被測(cè)塑料薄膜透射后由熱電堆探測(cè)器接收，熱電堆探測(cè)器的電信號(hào)輸出端連接信號(hào)處理單元的電信號(hào)輸入端，信號(hào)處理單元的數(shù)字信號(hào)通過(guò)串行通信接口傳送至工控機(jī)。
一種基于上述紅外寬波段透射式塑料薄膜厚度測(cè)量裝置的塑料薄膜厚度的測(cè)量方法，寬波段紅外光源的出射光經(jīng)過(guò)被測(cè)塑料薄膜吸收和散射衰減后，被熱電堆探測(cè)器接收，熱電堆探測(cè)器將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后輸出給信號(hào)處理單元，信號(hào)處理單元根據(jù)接收到的電信號(hào)計(jì)算獲得光功率信息并通過(guò)串行通信接口傳送至工控機(jī)，工控機(jī)通過(guò)計(jì)算，獲得被測(cè)塑料薄膜的厚度值。
所述工控機(jī)通過(guò)計(jì)算，獲得被測(cè)塑料薄膜的厚度值的具體方法為
根據(jù)公式=P= KP。exp (_ α L)，
式中P為信號(hào)處理單元輸出的透過(guò)光的光功率，K為標(biāo)定系數(shù)，Ptl為寬波段紅外光源的出射光功率，α為被測(cè)塑料薄膜的消光系數(shù)，L為被測(cè)塑料薄膜的厚度，
求解獲得被測(cè)塑料薄膜的厚度L。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明的寬波段紅外光源的出射光源照射在被測(cè)塑料薄膜上后，由電堆探測(cè)器和信號(hào)處理單元將經(jīng)過(guò)被測(cè)塑料薄膜吸收和散射衰減后的透射光信息傳遞給工控機(jī)，然后工控機(jī)通過(guò)內(nèi)部預(yù)置的程序通過(guò)運(yùn)算即可獲得被測(cè)塑料薄膜的厚度，該厚度信息可以多種方式顯示在工控機(jī)屏幕上。
本發(fā)明依據(jù)紅外能量吸收原理，克服了傳統(tǒng)紅外透射測(cè)厚法應(yīng)用于塑料薄膜高速生產(chǎn)線中，存在的雙單色光的時(shí)差問(wèn)題，提高了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度。同時(shí)，該發(fā)明可應(yīng)用于不同類型被測(cè)塑料薄膜的生產(chǎn)線上，用于實(shí)現(xiàn)被測(cè)塑料薄膜厚度的在線測(cè)量，因此，其通用性得到顯著提高。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2為現(xiàn)有紅外寬波段透射式塑料薄膜厚度測(cè)量方法的原理圖。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述紅外寬波段透射式塑料薄膜厚度測(cè)量裝置，它包括寬波段紅外光源1，它還包括熱電堆探測(cè)器2、信號(hào)處理單元3和工控機(jī)4，
寬波段紅外光源1的出射光入射至被測(cè)塑料薄膜，經(jīng)被測(cè)塑料薄膜透射后由熱電堆探測(cè)器2接收，熱電堆探測(cè)器2的電信號(hào)輸出端連接信號(hào)處理單元3的電信號(hào)輸入端，信號(hào)處理單元3的數(shù)字信號(hào)通過(guò)串行通信接口傳送至工控機(jī)4。
本實(shí)施方式中還可以設(shè)置反光杯，所述反光杯置于寬波段紅外光源1的后部，用于減少光能損耗，并將光源發(fā)出的光匯聚后變?yōu)槠叫泄馊肷渲帘粶y(cè)塑料薄膜。
具體實(shí)施方式
二 下面結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為基于實(shí)施方式一所述紅外寬波段透射式塑料薄膜厚度測(cè)量裝置的塑料薄膜厚度的測(cè)量方法，寬波段紅外光源1的出射光經(jīng)過(guò)被測(cè)塑料薄膜吸收和散射衰減后，被熱電堆探測(cè)器2接收，熱電堆探測(cè)器 2將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后輸出給信號(hào)處理單元3，信號(hào)處理單元3根據(jù)接收到的電信號(hào)計(jì)算獲得光功率信息并通過(guò)串行通信接口傳送至工控機(jī)4，工控機(jī)4通過(guò)計(jì)算，獲得被測(cè)塑料薄膜的厚度值。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式為對(duì)實(shí)施方式二的進(jìn)一步說(shuō)明，本實(shí)施方式所述工控機(jī)4通過(guò)計(jì)算，獲得被測(cè)塑料薄膜的厚度值的具體方法為
根據(jù)公式=P= KP。exp (_ α L)，
式中P為信號(hào)處理單元3輸出的透過(guò)光的光功率，K為標(biāo)定系數(shù)，Ptl為寬波段紅外光源1的出射光功率，α為被測(cè)塑料薄膜的消光系數(shù)，L為被測(cè)塑料薄膜的厚度，
求解獲得被測(cè)塑料薄膜的厚度L。
本實(shí)施方式中，標(biāo)定系數(shù)K和被測(cè)塑料薄膜的消光系數(shù)α可通過(guò)測(cè)量?jī)蓚€(gè)已知厚度為L(zhǎng)1和L2的標(biāo)準(zhǔn)薄膜獲得，具體可由下面兩元方程組解出
式中，P1為第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)薄膜的透過(guò)光功率，Ptll為第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)薄膜的入射光功率；Ρ2 為第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)薄膜的透過(guò)光功率，P02為第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)薄膜的入射光功率；對(duì)上式求解，獲得被測(cè)塑料薄膜的標(biāo)定系數(shù)K和消光系數(shù)α，進(jìn)而可獲得被測(cè)塑料薄膜的厚度L。
本發(fā)明方法采用寬波段紅外光源，與傳統(tǒng)紅外透射法相比，取消了光源調(diào)制結(jié)構(gòu)， 從而提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和可靠性。
本發(fā)明方法采用熱電堆探測(cè)器2，與傳統(tǒng)紅外透射法采用的光子探測(cè)器相比，光譜響應(yīng)范圍寬，可覆蓋市面上絕大多數(shù)塑料薄膜的吸收帶。因此提高了測(cè)量裝置的通用性，降低了工廠生產(chǎn)的成本。
本發(fā)明所述測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確性高、通用性強(qiáng)，可以在線檢測(cè)市面上絕大多數(shù)塑料薄膜的厚度分布。P1 =KP01 exp(-aLj)P2 =kp^M-OcL2)'
權(quán)利要求
1.一種紅外寬波段透射式塑料薄膜厚度測(cè)量裝置，它包括寬波段紅外光源(1)，其特征在于它還包括熱電堆探測(cè)器O)、信號(hào)處理單元C3)和工控機(jī)G)，寬波段紅外光源(1)的出射光入射至被測(cè)塑料薄膜，經(jīng)被測(cè)塑料薄膜透射后由熱電堆探測(cè)器( 接收，熱電堆探測(cè)器O)的電信號(hào)輸出端連接信號(hào)處理單元(3)的電信號(hào)輸入端，信號(hào)處理單元(3)的數(shù)字信號(hào)通過(guò)串行通信接口傳送至工控機(jī)G)。
2.一種基于權(quán)利要求1所述紅外寬波段透射式塑料薄膜厚度測(cè)量裝置的塑料薄膜厚度的測(cè)量方法，其特征在于寬波段紅外光源(1)的出射光經(jīng)過(guò)被測(cè)塑料薄膜吸收和散射衰減后，被熱電堆探測(cè)器( 接收，熱電堆探測(cè)器( 將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后輸出給信號(hào)處理單元(3)，信號(hào)處理單元(3)根據(jù)接收到的電信號(hào)計(jì)算獲得光功率信息并通過(guò)串行通信接口傳送至工控機(jī)G)，工控機(jī)(4)通過(guò)計(jì)算，獲得被測(cè)塑料薄膜的厚度值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的紅外寬波段透射式塑料薄膜厚度測(cè)量方法，其特征在于所述工控機(jī)(4)通過(guò)計(jì)算，獲得被測(cè)塑料薄膜的厚度值的具體方法為根據(jù)公式:P = KP0exp (- α L),式中P為信號(hào)處理單元(3)輸出的透過(guò)光的光功率，K為標(biāo)定系數(shù)，Ptl為寬波段紅外光源(1)的出射光功率，α為被測(cè)塑料薄膜的消光系數(shù)，L為被測(cè)塑料薄膜的厚度，求解獲得被測(cè)塑料薄膜的厚度L。
全文摘要
紅外寬波段透射式塑料薄膜厚度測(cè)量裝置及測(cè)量方法，屬于塑料薄膜厚度的紅外透射測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。它解決了現(xiàn)有紅外透射測(cè)厚法存在的準(zhǔn)確性差及通用性差的問(wèn)題。所述裝置包括寬波段紅外光源、熱電堆探測(cè)器、信號(hào)處理單元和工控機(jī)；所述測(cè)量方法為，寬波段紅外光源的出射光經(jīng)過(guò)被測(cè)塑料薄膜吸收和散射衰減后，被熱電堆探測(cè)器接收，熱電堆探測(cè)器將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后輸出給信號(hào)處理單元，信號(hào)處理單元根據(jù)接收到的電信號(hào)計(jì)算獲得光功率信息并通過(guò)串行通信接口傳送至工控機(jī)，工控機(jī)通過(guò)計(jì)算，獲得被測(cè)塑料薄膜的厚度值。本發(fā)明適用于塑料薄膜厚度的測(cè)量。
文檔編號(hào)G01B11/06GK102538688SQ20111044219
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者孫曉剛, 邱超 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)