一种基于红外的塑料薄膜厚度在线检测装置的制作方法

本实用新型涉及一种基于红外的塑料薄膜厚度在线检测装置，可用于实时在线对塑料薄膜厚度进行检测，进而得到相关数据。

背景技术：

非在线薄膜厚度测量的方法对测量对象的种类要求比较严格，设备成本和维护费用也很高，无法适应现代薄膜生产过程中对塑料薄膜厚度进行实时测量的需求。使用在线厚度测量方法，能够保证在薄膜生产过程中快速稳定的获取厚度信息，生产设备不用停机，就可以根据检测的厚度调整生产设备。但是在线厚度检测方法中的射线法由于成本过高，辐射大等缺点，不再适合民用测厚场所广泛推广，经过多方面的考虑，科研人员提出了基于红外的多种厚度测量方法，红外测试方法具有使用安全、测量精度高、数据稳定、通用性好、成本低等特点。

针对测量塑料薄膜厚度的技术层出不穷，例如申请号CN201110442193.2公开了一种塑料薄膜厚度测量装置，但该装置存在如下缺陷：①使用一组红外光源，不能保证测量数据的可靠性。②对采集的数据没有进行精确化处理。为了克服这些问题，本实用新型专利采用多组光源搭配和拟合处理数据，测量结果提高精确度。

技术实现要素：

本实用新型针对当前技术中存在的不足，提供了一种基于红外的塑料薄膜测厚在线检测装置。该装置改进了现代近红外侧后方发中常采用的双单色红外光对比法，使用单光源，简化了单光源双光束调制的难度，优化了由于双光束调制导致的照射薄膜不同位置带来的准确性问题。通过使用NDIR传感器克服了由于调制后两束光交替照射在塑料薄膜上的速度很快导致的测量数据不准确的缺点，NDIR传感器使得分光法更加简洁，硬件制作更加简单，同时测量的效果可以得到有效的保障，增加了测量的准确性。卤素灯为光源可以保证恒定的光输出，根据对入射红外线吸收的程度来测定吸收体的厚度。本装置采用的低通滤波电路能够有效地滤除环境中的高频影响。

本实用新型的技术方案为：

一种基于红外的塑料薄膜厚度在线检测装置，该装置由方波发生模块、光源驱动模块、光源模块、信号低通滤波模块、数据采集模块和上位机模块组成；

其中，光源模块包括红外光源和传感器，红外光源和传感器相向设置，红外光源的发光点水平对着传感器的感光部分；待测塑料薄膜位于二者之间；

所述的方波发生模块、光源驱动模块和光源模块中的红外光源依次按顺序相连；光源模块中的传感器、信号低通滤波模块、数据采集模块和上位机模块依次按顺序相连；

所述的光源模块中的红外光源为卤素灯，传感器为红外传感器，二者数量相同，均为3～6个；

所述的信号低通滤波模块包括钽电容；

所述的数据采集模块包括数据采集卡；

所述的上位机模块为工业用计算机。

所述的方波发生模块包括频率发生部分和分频部分；频率发生部分主要包括晶振；分频部分包括14位二进制串行计数芯片和双4位十进制计数芯片，二者相连；晶振与分频部分中的14位二进制串行计数器芯片相连，分频部分中的双4位十进制计数芯片与光源驱动模块连接。

所述的光源驱动模块包括电源、稳压二极管、NPN型三极管和继电器；其中电源分别和NPN型三极管、稳压二极管相连，继电器分别与稳压二极管、三极管相连；其中，三极管与方波发生模块的输出端相连，继电器的常开接点与光源模块的红外光源相连。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型使用单光源，简化了单光源双光束调制的难度，优化了由于双光束调制导致的照射薄膜不同位置带来的精确性问题。

2、本实用新型采用NDIR传感器，克服了由于调制后两束光交替照射在塑料薄膜上的速度过快导致测量数据不准确的缺点，同时也有效的减小了由于扫描设备震动带来的误差问题。该传感器使得分光法更加简洁，能够有效的保障测量的效果，增加测量的准确性。

3、本实用新型选用多组光源、传感器对测试薄膜的多个点进行测量，由多个点的厚度状况估计整个薄膜的厚度状况，多个点的数据相互支撑相互校正，有效的提高了测量数据的可靠性。

4、本实用新型巧妙地使用信号低通滤波模块，该模块主要应用于滤波，有效地滤除环境中的高频影响，使得信号更加精确。

4、本实用新型的特点是测量过程可行性强，通用性广，灵敏度高，同时受环境影响小，精度高，成本低，应用简化，功耗低，工作效率高，符合现代科技的设计理念。

附图说明

图1是本实用新型基于红外的塑料薄膜厚度在线检测装置方案示意图；

图2是本实用新型基于红外的塑料薄膜厚度在线检测装置结构示意图；

图3是本实用新型基于红外的塑料薄膜厚度在线检测装置方波发生模块示意图；

图4是本实用新型基于红外的塑料薄膜厚度在线检测装置光源驱动模块示意图；

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型做进一步详述：

本实用新型基于红外的塑料薄膜厚度在线检测装置示意图如图1所示，结构示意图如图2所示。主要由方波发生模块、光源驱动模块、光源模块、信号低通滤波模块、数据采集模块、上位机模块组成；

其中，光源模块包括红外光源和传感器，红外光源和传感器相向设置，红外光源的发光点水平对着传感器的感光部分；待测塑料薄膜位于二者之间。

所述的方波发生模块、光源驱动模块和光源模块中的红外光源依次按顺序相连；光源模块中的传感器、信号低通滤波模块、数据采集模块和上位机模块依次按顺序相连。

所述的方波发生模块结构示意图如图3所示，包括频率发生部分和分频部分；频率发生部分主要包括晶振；分频部分包括14位二进制串行计数芯片和双4位十进制计数芯片，二者相连；晶振与分频部分中的14位二进制串行计数器芯片相连，分频部分中的双4位十进制计数芯片与光源驱动模块连接；晶振的频率是32.768kHz，所选用的所述的14位二进制串行计数芯片CD4060，该芯片性能稳定，所需电压刚好驱动电路提供，并且可以做到14级二进制串行技术，晶振14分频；双4位十进制计数芯片型号为74LS390，该芯片有独立触发时钟，有效的提高系统密度，并且可以进行2分频，满足最终得到1Hz的需求。

所述的光源驱动模块结构示意图如图4所示，包括电源、稳压二极管、NPN型三极管和继电器；其中电源为正负5V的稳压直流供电电源，它分别和NPN型三极管、稳压二极管相连，继电器分别与稳压二极管、三极管相连；其中，三极管与方波发生模块的输出端相连，继电器的常开接点与光源模块的红外光源相连；HUIKE HK3FF DC5F型号继电器主要具有控制系统和被控制系统，用于自动控制电路中，体型小，适合在驱动电路中使用；稳压二极管1N4181主要为了保证电路的电流和电压稳定，增强电路稳定性。NPN型三极管2N3904主要起到放大信号的作用，由于信号电流微弱，无法直接驱动继电器，在继电器前加入三极管驱动，保证信号强度。

所述的光源模块使用的是卤素灯MR11反光灯杯和NDIR红外传感器，二者数量相同，均为3～6个(本实施方式为5个)；该卤素灯可以保持灯泡清洁，一生中保持几乎恒定的光输出，能够保持光源的稳定性，该卤素灯输入电压为12V，功率为20W；NDIR红外传感器技术设备稳定性好，结构简单，成本低，准确性良好。

所述的信号低通滤波模块包括型号为4.7UF-25V-B的钽电容，该电容具有储藏电量、进行充放电等性能，主要应用于滤波，电路中钽电容并联在采集卡的输入端，有效地滤除环境中的高频影响。

所述的数据采集模块包括型号为USB5935数据采集卡，该采集卡是一款采集和处理能力良好的采集卡，基于USB总线，使用简单，性能稳定；使用的功能为：模拟输入通道10路单端，模拟输入量程为±5V，应用该采集卡AD转换功能，转换精度为12位，AD芯片最高转化速率为500kHz，最高采样速率为2微秒/点，16路单端输入。

所述的上位机模块为工业用计算机，工业用计算机内安装有控制软件，测量之前通过在显示窗口设置相关参数，并将数据实时显示在计算机上；所述的控制软件为现有的比较成熟的公知技术，在装置组成清楚，功能明确的条件下，普通技术人员也能很容易编写出来。

所述基于红外的塑料薄膜测厚在线检测系统的工作原理和过程是：

本实用新型在接入电源后，通过使用方波发生模块产生频率1Hz的调制方波，该方波作为光源驱动模块的输入端，当方波为高电平时，NPN型三极管导通，继电器得到供电，进而光源驱动模块驱动红外光源工作。卤素灯作为红外光源，实现对光源的调制和驱动，卤素灯发出宽谱光源，这样可以覆盖整个近红外谱。5组卤素灯产生红外光后，光束照射在往复运动的塑料薄膜上，透过薄膜即可照射在对应的5个NDIR红外传感器上，5个传感器接收到相应的信号，信号通过信号低通滤波模块滤除信号中的高频噪声之后，输入到数据采集模块，该模块具有模拟信号采集和模数转换功能，将转换的数据经过USB端口输入到工业用计算机。利用工业用计算机安装的控制软件，对所得数据进行更精确的处理。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。

本实用新型所述的基于红外的塑料薄膜厚度在线检测系统，应用于塑料薄膜厚度测量当中。此技术改进了现代近红外测厚方法中常采用的双单色红外光对比法，使用单光源，简化了单光源双光束调制的难度，优化了由于双光束调制导致的照射薄膜不同位置带来的准确性问题。该系统实现了对薄膜厚度的实时检测，可行性强，通用性广，灵敏度高，同时受环境影响小，精度高，达到了工业应用水平。