一种基于MXT9030的薄膜厚度测量系统的制作方法

本发明涉及一种薄膜厚度测量系统，具体涉及一种基于MXT9030的薄膜厚度测量系统。

背景技术：

近些年来，随着科学技术的发展，薄膜产品的应用越来越广泛，农业、印刷、包装、绝缘材料等行业对薄膜的需求也不断增加，具有代表性的有机薄膜聚酞亚胺(PI)薄膜和聚丙烯(BOPP)薄膜的产量较高,应用也很广泛。PI薄膜己经问世四十多年了,由于它的优异性能,今天,这种材料已经成为电力、电子、信息、军工、核、航空航天等产业不可缺少的关键材料之一。随着PI应用开发的不断推进,它在世界上的需求量也在快速的增长。聚丙烯(BOPP)薄膜是包装领域的重要产品,它以质轻、透明、无毒、防潮、挺括、透气性低、力学强度高等优点广泛应用于食品、医药、轻工、化工、烟草等领域。

越来越多的领域应用薄膜产品，所以我国对薄膜产品的需求也日益增高。全球对于塑料薄膜的需求呈现出逐步增长的趋势，在我国，随着经济的快速发展和农村产业结构的调整，各行业对塑料薄膜的市场需求也在不断的上升。2011年1到12月，我国塑料薄膜的总产量达843.6万吨，同比增长了11.17％。其中，农用薄膜的产量占总产量的17.4％，达到146.78万吨。

在国内，1984年，浙江工学院的张鸣华等人第一次成功的将红外测厚法应用于薄膜生产线，其测量范围是10μm～1mm；测量精度：±2μm(厚度<200μm)、±5μm(厚度>200μm)；1990年，中国计量科学研究院的廖复中^[3]等人成功研制出了涤纶薄膜在线厚度测量的HW-1型红外侧厚仪，其测厚范围是20～100μm，测量精度为±(名义尺寸×2％+1.5μm)。随着科学技术的发展，薄膜测厚的方法越来越多，精度也越来越高，2010年，广西师范大学的李杨帆等人基于MCGS组态软件，利用PID控制法设计和仿真了一个双向拉伸薄膜厚度测控系统。陕西的星悦激光红外技术有限公司生产的测厚仪——KSHW-A型红外薄膜测厚仪，其测量范围0～1200μm，测量精度为3％+1μm，测量最大幅宽为1m薄膜的测厚仪。有很多高校从事电容测厚设备的研究设计，如天津大学、河北工业大学等。其中河北工业大学研究的G-5电容测厚系统量程为10～250um，分辨率可达1um。天津大学研制的JDC电容测厚仪测量范围0-10μm，分辨率0.075nm。

在国外，德国米铱测量技术有限公司(MICRO-EPSILON Messtechnik GmbH)在精密位移测量领域始终保持着技术领先优势，其设计开发的capaNCDT6019系列电容传感器，测量范围为0.2-10mm，测量满幅输出分辨率可达0.01％，线性度在1％以内。capaNCDT6500是米铱公司生产的更高精度测厚仪器，其测量范围0.05-10mm，测量满幅输出分辨率到达0.000075％，其线性度保证在0.05％以内。

国内对电容测厚设备的设计和开发与国外相比还有很大的差距。故开发出高精度、高稳定性、低成本的电容测微仪有着重要的现实意义。本发明主要针对电容传感器在薄膜厚度测量中所存在的缺陷和不足进行研究，并根据工业现场的要求，研制出一种可以检测薄膜厚度的测量仪器，使其可以应用在薄膜在线生产中，并具有较高的分辨率和检测精度。

技术实现要素：

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

鉴于此，根据本发明的一个方面，本发明旨在提出一种基于MXT9030的薄膜厚度测量系统，本发明针对电容传感器在薄膜厚度测量中所存在的缺陷和不足进行研究，并根据工业现场的要求，研制出一种可以检测薄膜厚度的测量仪器，使其可以应用在薄膜在线生产中，并具有较高的分辨率和检测精度。

本发明提出的一种基于MXT9030的薄膜厚度测量系统，包括电容传感器、MXT9030电容-电压转换器电路、PIC单片机、LED显示单元和工作指示灯；所述电容传感器与MXT9030电容-电压转换器电路、PIC单片机依次连接，PIC单片机的输出端连接有LED显示单元和工作指示灯。

本发明所达到的效果为：

本发明利用电容传感器精度高、能量损耗小、无接触磨损的特点，制作了符合薄膜厚度测量要求的传感器探头，MXT9030实现对电容传感器的信号检测，通过PIC单片机的控制，调节MXT9030电路的内部参数，使薄膜测量系统具有良好的线性度及灵敏度。将从MXT9030出来的信号送入PIC单片机中进行A/D转换，从而计算出薄膜厚度，该发明可满足较大范围内的电容差分信号输入，并具有良好的检测灵敏度和线性度。

附图说明

图1是一种基于MXT9030的薄膜厚度测量系统框图；

图2是MXT9030电路原理图；

图3是PIC16F883单片机核心系统图；

图4是指示灯电路图。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本发明公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

本实施方式的一种基于MXT9030的薄膜厚度测量系统，参见图1可知，其包括包括电容传感器、MXT9030电容-电压转换器电路、PIC单片机、LED显示单元和工作指示灯；所述电容传感器与MXT9030电容-电压转换器电路、PIC单片机依次连接，PIC单片机的输出端连接有LED显示单元和工作指示灯。

更具体地：MXT9030是一款高精度电容-电压转换器电路。采用模拟信号输入输出形式，内部调和非线性的数字可编程功能，及上电复位功能。电路原理图如图2所示。

MXT9030电路由两级结构组成。电路第一级是一个基于浮动电荷放大器的电容/电压转换器，该结构保证了电路能对浮动电极式的电容传感器进行测量。电路第二级为可编程增益放大器。

本电路的C/V转换器只能读取浮动电位的电容C_S1和C_S2。电路向C1和C2端口发送方波，并读取端口CM上的输入电荷。所以在端口C1，CM或者C2连接任何电位都会影响电路工作。

端口REF默认连接内部参考电压V_REF，如果提供外部参考电压，该电压值必须接近(V_VDD+V_VSS)/2。

MXT9030是基于模拟信号通道并通过数字控制来实现电容信号到电压信号的转换，通过电路中的配置参数实现对非线性和偏置等误差的调整补偿。电容到电压的转换由两个阶段完成，第一个阶段是电容-电压的转换阶段，系统通过对寄存器C_OFF、C_COMP的设置来实现偏置的补偿，通过寄存器C_NOM、C_DEN实现非线性的补偿；第二阶段是增益放大阶段，其中增益的设置通过寄存器GAINH，GAINL来控制，并通过对寄存器R_OFF进行失调补偿。当C_S1＝C_S2时，输出电压V_OUT等于内部参考电压V_REF。

此外，MXT9030提供一个两线数字接口用于对其内部寄存器的读与写。该接口为双向的，MXT9030总是从属设备。SCK引脚用于时钟，SDA引脚是双向引脚用于传输数据。在开始传输数据之前有一个开始条件(读和写命令)，即当SCK总是高电平时，SDA有一个从高电平到低电平的下降沿。

更具体地：PIC单片机有可靠内部复位电路，无需附加复位芯片。同时PIC单片机的片内10位AD也能很好的满足本文的精度需求。这样一来在增加系统可靠性的同时，进一步的降低了设计成本，为产品将来的生产和市场推广打下了坚实的基础。此外PIC单片机的下载和程序仿真十分简洁只需要六根引线，而不需要在仪器电路板上进行多余的电路设计，所以对程序的下载和调试都是十分的便利。本发明采用PIC16F883型号单片机作为处理芯片。PIC外围核心电路相对简单只要将下载端口引线和外部电源和晶振电路设计好就可以。这部分单片机设计电路是最基本也是保障单片机运行的最基本电路。其中单片机供电电路、单片机起振电路、上电复位的电路、程序调试下载电路。核心系统电路图3所示。

更具体地：工作指示灯电路，设计了两个LED指示灯作为指示功能。D3作为系统工作指示灯，当系统正常工作时指示灯工作灯一秒为周期闪烁一次。当系统出现故障时指示灯快速闪烁示警。LED指示灯D4是用作薄膜厚度不是期望值的报警灯，当薄膜厚度低于生产环境设置限定时指示灯处于常灭状态。当薄膜厚度超出限定时指示灯处于常亮报警状态。工作指示灯的加入可以提高故障辨识。指示灯电路如图4所示。

虽然本发明所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本发明的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本发明所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。