膜厚的检测装置的制作方法

本申请涉及厚度检测领域，具体而言，涉及一种膜厚的检测装置。

背景技术：

薄片状物品，如纸张、票据、塑料待测膜、纺织物品等的在线连续厚度测量，在其产品的生产、检测、处理、回收等过程中处于越来越重要的地位。当前，待测膜厚度的检测技术要包括使用霍尔器件、反射型超声波检测、透射型超声波检测、电磁感应式检测、涡流式检测等技术。但这些技术对应的检测装置体积较大，成本较高，不利于这些技术的应用。

近年来，通过电极间的静电感应进行待测膜厚度的检测技术在不断研究探索之中，例如公开号为CN210302446Y的文件公开了一种电容式纸厚传感器，其主要是将电容器的容量变化转化成振荡频率的变化，再通过频压转换模块将频率的变化转换成电压的变化。公开号为CN103363887A的文件也公开了一种材料厚度的检测方法，利用平板电容的极板作为厚度检测的敏感器件，实测对象的厚度变化引起的电容活动极板产生位移，导致平板电容器的容量发生变化。

上述这些通过电极间的静电感应的检测待测膜厚度的技术在一定程度上减小了检测装置的体积，但仍需要机械装置的引导才能使得电容板产生位移，与检测设备的小型化发展不相符；并且机械装置的精度在很大程度上决定了测量的精度，尤其是在物品高速传输状态、需要多点多路精确测量以及实测对象极薄的情况下，上述厚度传感器的测量精度较低；另外，这些机械装置在高速运转时会产生很大的噪音，不符合现代产业环保低碳的发展需求。

技术实现要素：

本申请的主要目的在于提供一种膜厚的检测装置，以解决现有技术中不能精确地检测薄膜厚度的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种膜厚的检测装置，该检测装置包括公共单元与检测单元，上述公共单元包括至少一个公共电极，上述检测单元包括至少两行沿待测膜移动方向间隔设置的传感器芯片与信号处理单元，其中，各上述传感器芯片与上述公共单元在第一方向上相对且间隔设置，各行的多个上述传感器芯片沿第二方向间隔排列，上述公共单元与各上述传感器芯片之间的间隔构成上述待测膜的传输通道，各上述传感器芯片包括一行沿上述第二方向排列的多个检测电极，上述第二方向与上述待测膜的移动方向垂直，上述第一方向与第一平面垂直，上述第一平面与上述第二方向平行，各上述传感器芯片用于感应上述公共电极上的电信号并输出；上述信号处理单元与各上述传感器芯片电连接，对各上述传感器芯片输出的电信号进行处理并输出。

进一步地，上述检测单元包括两行相同的传感器芯片。

进一步地，各上述传感器芯片还包括控制电极，上述控制电极用于输入控制各行上述传感器芯片工作的时钟信号与行启动信号并输出上述传感器芯片检测到的电信号，不同行的上述传感器芯片的行启动信号具有延时。

进一步地，上述信号处理单元包括信号处理电路与信号接口，其中，上述信号处理电路与各上述传感器芯片电连接；上述信号接口与上述信号处理电路电连接，用于输入控制信号与输出上述信号处理电路处理后的电信号。

进一步地，上述信号处理电路包括差分放大电路、模数转换电路与控制电路，其中，上述差分放大电路包括第一输入端与第二输入端，上述第一输入端与一行上述传感器芯片中的各传感器芯片电连接，上述第二输入端与另一行上述传感器芯片中的各传感器芯片电连接，上述差分放大电路用于差分放大不同行的上述传感器芯片输出的电信号；上述模数转换电路一端与上述差分放大电路的输出端电连接，上述模数转换电路用于将上述差分放大电路放大后的电信号转换为数字信号；上述控制电路的一端与上述差分放大电路的信号控制端、上述模数转换电路的信号控制端以及各上述控制电极电连接，另一端与上述信号接口电连接。

进一步地，上述信号处理电路还包括补正电路，上述补正电路包括输入端，上述输入端与上述模数转换电路的输出端电连接，上述补正电路的信号控制端与上述控制电路电连接，上述补正电路用于对上述数字信号进行校正并输出。

进一步地，上述公共单元还包括信号输入部，上述信号输入部用于将电源的电信号输入至上述公共电极。

进一步地，上述公共单元还包括第一基板，上述第一基板上述公共电极设置在上述第一基板的第一表面上；上述检测单元包括第二基板，上述第二基板与上述公共单元在上述第一方向上间隔设置，上述第一基板的第一表面朝向上述第二基板的第一表面，各上述传感器芯片设置在上述第二基板的第一表面上，上述信号处理单元设置在上述第二基板的第二表面上，且上述第一基板的第一表面与上述第二基板的第一表面均平行于上述第一平面。

进一步地，上述膜厚的检测装置还包括第一框体、第一保护基板、第二框体与第二保护基板，其中，上述第一框体具有第一容纳空间，上述第一框体罩设在上述第一基板上且上述公共单元位于上述第一容纳空间内；上述第一保护基板与上述第一框体连接，且用于保护各上述公共电极；上述第二框体具有第二容纳空间，上述第二框体罩设在上述第二基板上且上述检测单元位于上述第二容纳空间内；上述第二保护基板与上述第二框体连接，且用于保护各上述检测电极。

进一步地，上述公共单元包括一个上述公共电极。

应用本申请的技术方案，检测装置中包括至少两行沿待测膜移动方向间隔排列的传感器芯片，并且各芯片包括多个沿第二方向间隔设置的检测电极，检测电极的密度决定了检测信号的分辨率，进而决定了检测精度，在实际检测过程中，可以根据需求，调整传感器芯片上的检测电极的数量，或调整传感器芯片的数量，这样能够灵活调整膜厚的检测装置的精确度，使得该检测装置能够获得更高的检测精度。该检测装置不仅可以精确地检测不同位置处的膜厚，而且，该检测装置可以获得不同行不同列的检测点的检测结果，通过对不同行的不同列的检测点的电信号做差分运算，进而可以精确地判断出薄膜在各个方向是否出现厚度异常。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本申请的一种实施例提供的检测装置的结构示意图；

图2示出了一种实施例提供的检测单元的局部结构示意图；

图3示出了一种实施例提供的一个传感器芯片的结构示意图；

图4示出了另一种实施例中的待测膜的俯视图；

图5示出了再一种实施例中的待测膜的俯视图；

图6示出了一种实施例提供的一行中的一个传感器芯片的电气原理图；

图7示出了图6的检测装置对应的另一行中的一个传感器芯片的电气原理图；

图8示出了图6及图7对应的两行传感器芯片的工作时序图；

图9示出了一种实施例提供的信号处理电路的结构示意图；以及

图10示出了又一种实施例提供的检测装置的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、公共单元；2、检测单元；11、公共电极；10、第一基板；12、第一保护基板；13、信号输入部；14、第一框体；20、第二基板；21、传感器芯片；22、第二保护基板；23、信号处理单元；24、第二框体；100、待测膜；101、第一异物；102、第二异物；211、检测电极；212、控制电极；231、信号处理电路；232、信号接口；01、差分放大电路；02、模数转换电路；03、补正电路；04、控制电路。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中膜厚的检测装置的检测精度较低，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种膜厚的检测装置。

本申请一种典型的实施方式中，提供了一种膜厚的检测装置，如图1所示，该检测装置包括公共单元1与检测单元2，上述公共单元1包括至少一个公共电极11，其中，上述检测单元2包括：至少两行沿待测膜移动方向间隔设置的传感器芯片21与信号处理单元23，如图2所示，各上述传感器芯片21均与上述公共单元1在第一方向上相对且间隔设置，各行包括多个沿第二方向间隔排列的传感器芯片21，上述公共单元1与各上述传感器芯片21之间的间隔构成待测膜的传输通道，如图3所示，各上述传感器芯片21包括一行沿第二方向排列的多个检测电极211，上述第二方向与待测膜的移动方向垂直，上述第一方向与第一平面垂直，上述第一平面与上述第二方向以及待测膜的移动方向均平行，各上述传感器芯片21用于感应上述公共电极11上的电信号并输出；信号处理单元23与各上述传感器芯片21电连接，对各上述传感器芯片21输出的电信号进行处理并输出。

需要说明的是，没有特别说明的情况下，本申请中的“沿第二方向排列”均表示“沿第二方向直线排列”。

该检测装置中，公共电极与每个检测电极形成类似平板电容结构，并且二者之间没有固定的介质填充而是形成一个传输通道。当公共电极上带电荷后，各检测电极上就能感应出电荷。检测电极上感应出电荷的多少取决于于相对设置的两个电极的面积、两个电极相隔的距离、公共电极上所携带的电荷量以及两个电极之间的介电常数。在结构一定的情况下，检测电极上感应出的电荷只与两个电极之间介电常数有关。当待测膜经过传输通道时，改变了两个电极间的介质的介电常数，使检测电极上感应的电荷的数量也随之发生变化，待测膜的厚度不同，两个电极间的介电常数也不相同，进而检测电极上感应的电荷也不相同，因此通过检测极板上感应电信号的多少可以计算出待测膜的厚度。

该装置中包括至少两行沿待测膜移动方向间隔排列的传感器芯片，并且各传感器芯片包括一行多个沿第二方向间隔设置的检测电极，检测电极的密度决定了检测信号的分辨率，进而决定了检测精度，在实际检测过程中，可以根据需求，调整传感器芯片上的检测电极的数量，或调整传感器芯片的数量，这样能够灵活调整膜厚的检测装置的精确度，使得该检测装置能够获得更高的检测精度。该检测装置不仅可以精确地检测不同位置处的膜厚，而且，通过调整两行传感器芯片的启动时间，或者设置两行传感器芯片中的多个传感器芯片的在第二方向上的位置，使得不同行的检测电极在位置上不一一对应(即一行的第N个检测电极在另一行上的投影不与该行(即另一行)的第N个检测电极重合)，进而使得该检测装置可以在同一时刻获得待测薄膜上的不同行且不同列的检测点的检测电信号，进而通过差分运算可以判断出薄膜在多个方向是否出现厚度异常，能够多方向多角度地检测出薄膜的厚度异常，进而能够提高薄膜厚度检测的精度，尤其是能检测出现有技术中难以检测出的图4与图5的异常情况，图4中第一异物101与待测膜100的宽度方向平行，图5中第二异物102与待测膜100的长度方向平行。

为了以更加简单的方式提高检测装置的检测精度，例如可以检测出在长度方向或者宽度方向的厚度异常，一种实施例中，如图1与图2所示，上述检测单元包括两行传感器芯片21，且这两行的传感器芯片21的数量、相邻两个传感器芯片21之间的间隔以及传感器芯片21内部的结构完全相同，且两行传感器芯片中的传感器芯片21一一对应，每个传感器芯片中的检测电极一一对应，这里的“一一对应”值位置与个数的对应，以传感器芯片一一对应为例来说，位置的对应是指一行传感器芯片中的第N个传感器芯片在另一行传感器芯片上的投影与另一行传感器芯片的第N个传感器芯片重合。

本申请一种实施例中，检测电极对应的分辨率为100DPI，即检测电极的在横向排列周期为0.254mm(即第二方向排列的相邻的两个检测电极的中心的距离)。每个传感器芯片为采用CMOS工艺制作的集成电路，其长度(即第二方向上的尺寸)为18.3mm，一个芯片上可以排列72个检测电极，芯片的宽度(即与第二方向垂直方向的尺寸)为0.3mm，芯片排列的个数决定了整个传感器的检测范围，如通常对纸币进行检测时，一行传感器芯片使用10个或11个传感器芯片可以构成183mm或201mm的检测范围。

本申请的一种实施例中，如图3所示，上述传感器芯片还包括控制电极212，上述控制电极212用于输入控制各行上述传感器芯片21工作的时钟信号与行启动信号，并且输出上述传感器芯片检测到的电信号。不同行的传感器芯片对应的行启动信号具有延时，即每行传感器芯片对应一个行启动信号，一行的传感器芯片的行启动信号与另一行的传感器芯片的行启动信号具有延时。这样使得同一时刻获得的检测信号是不同行的不同列(即对应不同行不同列的检测点)的检测电极输出的，对不同行不同列的两个检测信号做差分运算，这样就可以更精确地检测薄膜的厚度，更全面地检测其厚度是否存在异常情况，例如可以检测出薄膜的长度方向的厚度异常情况、宽度方向的厚度异常情况或者其他方向的异常情况，例如可以检测出如图4所示薄膜的宽度方向存在异物(例如胶带)的情况，也可以检测出如图5所示的薄膜的长度方向存在异物(例如胶带)的情况。

本申请一种具体的实施例中，检测装置中的两行传感器芯片的电气原理图分别为图6与图7，该检测单元中每行传感器芯片包括沿第二方向间隔排列的传感器芯片21，各传感器芯片21上设置有控制电极212，各传感器芯片21上的检测电极211也沿第二方向间隔排列成一条直线，控制传感器芯片21的信号包括时钟信号CLK与行启动信号SI等，这些信号由控制电极212输入，SIG为传感器芯片的输出信号。其中，两行传感器芯片的行启动信号分别为SI1与SI2，正是由于两行传感器芯片的行启动信号不同，使得在同一时刻可以获得两行传感器芯片的不同列的检测点的检测信号，即分别为SIG1与SIG2，进而可以对薄膜的厚度进行精确地检测，可以检测如图5或图6所示的薄膜上存在的异物。

上述检测装置中的传感器芯片还包括：多个移位寄存器和多个开关电路，其中，开关、移位寄存器均与检测电极一一对应电连接，开关控制检测电极的开启与关断。移位寄存器接收到对应的启动信号时，控制开关的开启或关断，进而控制检测电极的开启或关断。

上述的检测装置中的各传感器芯片的工作时序图为图8。传感器芯片在时钟信号CLK的作用下，当一行传感器芯片的行启动信号SI1到来时，该行传感器芯片内部的移位寄存电路和开关电路依次接通每一个检测电极，使检测电极上的感应电信号依次通过控制电极向外输出SIG1；当另一行传感器芯片的行启动信号SI2到来时，该行传感器芯片内部的移位寄存电路和开关电路依次接通每一个检测电极，使检测电极上的感应电信号依次通过控制电极向外输出SIG2，两行传感器芯片的行启动信号SI1与SI2具有延时。

本申请的另一种实施例中，如图1所示，上述信号处理单元23包括：信号处理电路231与信号接口232，其中，信号处理电路231与各上述传感器芯片21电连接；信号接口232与上述信号处理电路231电连接，用于输入上述控制信号与输出上述信号处理电路231处理后的电信号。

为了进一步提高检测装置的检测精度，能够更精确地判断出薄膜厚度的异常情况，比如在长度方向、宽度方向上或者其他方向上的厚度异常情况，如图9所示，本申请优选上述信号处理电路231包括：差分放大电路01、模数转换电路02与控制电路04，其中，该差分放大电路01包括第一输入端与第二输入端，上述第一输入端与一行上述传感器芯片中的各传感器芯片电连接，上述第二输入端与另一行上述传感器芯片中的各传感器芯片电连接，上述差分放大电路用于差分放大不同行不同列的检测电极输出的电信号，进而根据差分放大的结果可以进一步精确地判断出薄膜在不同方向上的异常情况，比如在长度方向上的异常、宽度方向上的厚度异常或者其他方向上的异常；模数转换电路02一端与上述差分放大电路01的输出端电连接，上述模数转换电路02用于将上述差分放大电路01放大后的电信号转换为数字信号；控制电路04的一端与上述差分放大电路01的信号控制端、上述模数转换电路02的信号控制端以及上述控制电极电连接，控制电路的另一端与上述信号接口电连接(图9中未示出)，该控制电路将接收到的控制信号转换为对应的控制信号处理电路中各电路工作的信号与控制传感器芯片的工作的信号(时钟信号与行启动信号)，并且输入到对应的信号端，对检测单元中的各个传感器芯片以及信号处理电路中的各个电路的工作进行控制。

本申请的另一种优选的实施例中如图9所示，上述信号处理电路还包括补正电路03，该补正电路03包括输入端，上述输入端与上述模数转换电路02的输出端电连接，上述补正电路03的信号控制端与上述控制电路04电连接，上述补正电路03用于对上述数字信号进行校正并输出。

通过检测电极检测到的信号通常比较低，需要对其进行放大处理，但信号放大后其所携带的噪音信号也随之被放大，因此该补正电路主要是消除由传感器芯片本身带来的误差的，得到放大处理后的有效信号。补正电路中通常包含一个寄存器(图中未画)，该寄存器中保存了在静态状态下采集到的噪音信号作为补正系数，可以采用现有技术中的实时信号减去噪音信号的补正方法，此处就不再赘述了。

本申请中的信号处理电路231中并不需要设置单独的寄存器对补正电路的输出信号进行存储与延时，也不需要设置与寄存器电连接的延时差分放大电路的对寄存器中的不同时刻的检测信号(即不同检测点对应的检测信号)进行差分放大，只需要控制不同行的传感器芯片的行扫描信号，使得其具有延时，就可以检测出薄膜的厚度是否在某个方向上存在异常，该种检测装置结构简单，并且可以简单高效精确地对薄膜的厚度及其异常情况进行检测。

为了更加方便向公共电极上施加电压，如图1所示，本申请优选上述公共单元还包括：信号输入部，该信号输入部用于将电源的电信号输入至上述公共电极。

本申请的另一种实施例中，如图1所示，上述公共单元1还包括：第一基板10，上述公共电极11设置在上述第一基板10的第一表面上，检测单元2包括第二基板20，第二基板与上述公共单元1在上述第一方向上间隔设置，上述第一基板10的第一表面朝向上述第二基板20的第一表面，且如图2所示，各上述传感器芯片21设置在上述第二基板20的第一表面上，上述信号处理单元23设置在上述第二基板20的第二表面上，且上述第一基板10的第一表面、上述第二基板20的第一表面与上述第二基板20的第二表面均平行于上述第一平面。如图1所示，信号输入部13设置在第一基板10的与第一表面相对的第二表面上。

第一基板是公共单元其他结构的载体，第二基板是检测单元其它结构的载体，并且第一基板与第二基板相对放置以方便构成传输通道。为了便于待测膜在两个极板间顺利传输，根据待测膜品的尺寸的不同，两个极板间的距离在1mm到10mm之间。但是二者的距离并不限于该范围，本领域技术人员可以根据具体的情况，将二者的距离设置在合适的范围内。

第一基板与第二基板分别独立地选自可以是玻璃基板、PCB基板、金属板基板或陶瓷板基板。两个基板的材料可以相同也可以不相同。

本申请的一种实施例中第一基板为PCB基板，在PCB基板上设计好所需要的图形，设置公共电极，并且通过电源向公共电极输入电信号，使其携带电荷。并且该实施例中，第二基板也为PCB基板。

为了保护公共单元与检测单元，如图10所示，本申请优选上述膜厚的检测装置还包括：第一框体14、第一保护基板12、第二框体24与第二保护基板22，其中，第一框体14具有第一容纳空间，上述第一框体14罩设在上述第一基板10上且上述公共单元1位于上述第一容纳空间内；第一保护基板12与上述第一框体14连接，且用于保护各公共电极；第二框体24具有第二容纳空间，上述第二框体24罩设在上述第二基板20上，且上述检测单元2位于上述第二容纳空间内；第二保护基板22与上述第二框体24连接，且用于保护各检测电极。

形成上述第一框体与第二框体的材料可以是塑料框架，通过注塑工艺制成，形成第一保护基板与第二保护基板的材料可以是玻璃板，也可以是陶瓷基极，二者的材料可以是相同的，也可以是不同的。

本申请中的公共单元可以包括一个公共电极，也可以包括多个公共电极，本领域技术人员可以根据实际情况设置公共电极的数量，当公共单元只有一个公共电极时，公共电极是一个面积较大的平面电极，其作用是与对向设置检测电极能够形成静电感应电极对儿，其面积至少要覆盖住对向检测单元设置的全部检测电极。

本申请的一种实施例中，如图1与图10所示，本申请中的公共单元中只包括一个公共电极11。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

本申请中的检测装置中包括至少两行沿待测膜移动方向间隔排列的传感器芯片，并且各芯片包括多个沿第二方向间隔设置的检测电极，检测电极的密度决定了检测信号的分辨率，进而决定了检测精度，在实际检测过程中，可以根据需求，调整传感器芯片上的检测电极的数量，或调整传感器芯片的数量，这样能够灵活调整膜厚的检测装置的精确度，使得该检测装置能够获得更高的检测精度。该检测装置不仅可以精确地检测不同位置处的膜厚，而且，该检测装置可以获得不同行不同列的检测点的检测结果，通过对不同行的不同列的检测点的电信号做差分运算，进而可以精确地判断出薄膜在各个方向是否出现厚度异常。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。