紅外寬波段透射式塑料薄膜厚度測量裝置及測量方法
2023-05-12 10:10:26 3
專利名稱：紅外寬波段透射式塑料薄膜厚度測量裝置及測量方法
技術領域：
本發明涉及一種紅外寬波段透射式塑料薄膜厚度測量裝置及測量方法，屬於塑料薄膜厚度的紅外透射測量技術領域。
背景技術：
目前較為先進的塑料薄膜厚度在線測量方法是採用紅外透射法測量薄膜厚度。這種測量方法克服了以往射線衰減測量方法中存在的輻射汙染及造價昂貴等缺點，同時克服了其他傳統方法的測量精度低、響應速度慢及易受環境影響等缺點。
紅外透射法測量薄膜厚度的原理為朗伯定律，其輸出光強I、輸入光強、和薄膜厚度L的關係為
I = I0exp (_ α L)，
式中，α為薄膜的消光係數。
現有紅外透射測厚法採用的是雙單色紅外光比較的測量方案，參見圖2所示，圖中光源通過光源調製發出測量波長為λ Μ的單色光脈衝和測參比波長為λ ￡的單色光脈衝， 兩種單色光脈衝交替地照射在塑料薄膜上。單色光具體是通過濾光片或LED光源獲得。單色光經塑料薄膜吸收後，其透射光由光子探測器接收，並轉變成電信號後送到信號運算和處理單元，最終由厚度顯示儀顯示出被測塑料薄膜的厚度值。
所述的兩個波長的單色光脈衝是通過裝有測量波長和測量參比波長濾光片的調製盤旋轉獲得或由LED在光源調製電路的控制下獲得，因此兩束單色光交替照射在塑料薄膜上，會存在一定的時差，而工業生產線中的塑料薄膜通常高速運行生產，因此兩束單色紅外光並非真的照射在同一區域，從而降低了厚度測量的準確性。
如果塑料薄膜生產線不止生產一種薄膜，則當更換薄膜的生產類型時，不同薄膜由於其組成有機化合物基團結構不同，透過薄膜後衰減的紅外光的波長不同。這將造成測量不同型號薄膜時需要更換濾光片或LED光源，使操作繁瑣、成本高，且有可能出現無對應濾光片或LED光源，進而無法檢測某些類型的塑料薄膜厚度的情況。因此現有紅外透射測厚法還存在通用性差的問題。發明內容
本發明為了解決現有紅外透射測厚法存在的準確性差及通用性差的問題，提供一種紅外寬波段透射式塑料薄膜厚度測量裝置及測量方法。
本發明所述紅外寬波段透射式塑料薄膜厚度測量裝置，它包括寬波段紅外光源， 它還包括熱電堆探測器、信號處理單元和工控機，
寬波段紅外光源的出射光入射至被測塑料薄膜，經被測塑料薄膜透射後由熱電堆探測器接收，熱電堆探測器的電信號輸出端連接信號處理單元的電信號輸入端，信號處理單元的數位訊號通過串行通信接口傳送至工控機。
一種基於上述紅外寬波段透射式塑料薄膜厚度測量裝置的塑料薄膜厚度的測量方法，寬波段紅外光源的出射光經過被測塑料薄膜吸收和散射衰減後，被熱電堆探測器接收，熱電堆探測器將接收到的光信號轉換為電信號後輸出給信號處理單元，信號處理單元根據接收到的電信號計算獲得光功率信息並通過串行通信接口傳送至工控機，工控機通過計算，獲得被測塑料薄膜的厚度值。
所述工控機通過計算，獲得被測塑料薄膜的厚度值的具體方法為
根據公式=P= KP。exp (_ α L)，
式中P為信號處理單元輸出的透過光的光功率，K為標定係數，Ptl為寬波段紅外光源的出射光功率，α為被測塑料薄膜的消光係數，L為被測塑料薄膜的厚度，
求解獲得被測塑料薄膜的厚度L。
本發明的優點是本發明的寬波段紅外光源的出射光源照射在被測塑料薄膜上後，由電堆探測器和信號處理單元將經過被測塑料薄膜吸收和散射衰減後的透射光信息傳遞給工控機，然後工控機通過內部預置的程序通過運算即可獲得被測塑料薄膜的厚度，該厚度信息可以多種方式顯示在工控機屏幕上。
本發明依據紅外能量吸收原理，克服了傳統紅外透射測厚法應用於塑料薄膜高速生產線中，存在的雙單色光的時差問題，提高了測量結果的準確度。同時，該發明可應用於不同類型被測塑料薄膜的生產線上，用於實現被測塑料薄膜厚度的在線測量，因此，其通用性得到顯著提高。
圖1為本發明的結構示意圖2為現有紅外寬波段透射式塑料薄膜厚度測量方法的原理圖。
具體實施方式
具體實施方式
一下面結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述紅外寬波段透射式塑料薄膜厚度測量裝置，它包括寬波段紅外光源1，它還包括熱電堆探測器2、信號處理單元3和工控機4，
寬波段紅外光源1的出射光入射至被測塑料薄膜，經被測塑料薄膜透射後由熱電堆探測器2接收，熱電堆探測器2的電信號輸出端連接信號處理單元3的電信號輸入端，信號處理單元3的數位訊號通過串行通信接口傳送至工控機4。
本實施方式中還可以設置反光杯，所述反光杯置於寬波段紅外光源1的後部，用於減少光能損耗，並將光源發出的光匯聚後變為平行光入射至被測塑料薄膜。
具體實施方式
二 下面結合圖1說明本實施方式，本實施方式為基於實施方式一所述紅外寬波段透射式塑料薄膜厚度測量裝置的塑料薄膜厚度的測量方法，寬波段紅外光源1的出射光經過被測塑料薄膜吸收和散射衰減後，被熱電堆探測器2接收，熱電堆探測器 2將接收到的光信號轉換為電信號後輸出給信號處理單元3，信號處理單元3根據接收到的電信號計算獲得光功率信息並通過串行通信接口傳送至工控機4，工控機4通過計算，獲得被測塑料薄膜的厚度值。
具體實施方式
三本實施方式為對實施方式二的進一步說明，本實施方式所述工控機4通過計算，獲得被測塑料薄膜的厚度值的具體方法為
根據公式=P= KP。exp (_ α L)，
式中P為信號處理單元3輸出的透過光的光功率，K為標定係數，Ptl為寬波段紅外光源1的出射光功率，α為被測塑料薄膜的消光係數，L為被測塑料薄膜的厚度，
求解獲得被測塑料薄膜的厚度L。
本實施方式中，標定係數K和被測塑料薄膜的消光係數α可通過測量兩個已知厚度為L1和L2的標準薄膜獲得，具體可由下面兩元方程組解出
式中，P1為第一個標準薄膜的透過光功率，Ptll為第一個標準薄膜的入射光功率；Ρ2 為第二個標準薄膜的透過光功率，P02為第二個標準薄膜的入射光功率；對上式求解，獲得被測塑料薄膜的標定係數K和消光係數α，進而可獲得被測塑料薄膜的厚度L。
本發明方法採用寬波段紅外光源，與傳統紅外透射法相比，取消了光源調製結構， 從而提高了測量的準確性、穩定性和可靠性。
本發明方法採用熱電堆探測器2，與傳統紅外透射法採用的光子探測器相比，光譜響應範圍寬，可覆蓋市面上絕大多數塑料薄膜的吸收帶。因此提高了測量裝置的通用性，降低了工廠生產的成本。
本發明所述測量裝置結構簡單、準確性高、通用性強，可以在線檢測市面上絕大多數塑料薄膜的厚度分布。P1 =KP01 exp(-aLj)P2 =kp^M-OcL2)'
權利要求
1.一種紅外寬波段透射式塑料薄膜厚度測量裝置，它包括寬波段紅外光源(1)，其特徵在於它還包括熱電堆探測器O)、信號處理單元C3)和工控機G)，寬波段紅外光源(1)的出射光入射至被測塑料薄膜，經被測塑料薄膜透射後由熱電堆探測器( 接收，熱電堆探測器O)的電信號輸出端連接信號處理單元(3)的電信號輸入端，信號處理單元(3)的數位訊號通過串行通信接口傳送至工控機G)。
2.一種基於權利要求1所述紅外寬波段透射式塑料薄膜厚度測量裝置的塑料薄膜厚度的測量方法，其特徵在於寬波段紅外光源(1)的出射光經過被測塑料薄膜吸收和散射衰減後，被熱電堆探測器( 接收，熱電堆探測器( 將接收到的光信號轉換為電信號後輸出給信號處理單元(3)，信號處理單元(3)根據接收到的電信號計算獲得光功率信息並通過串行通信接口傳送至工控機G)，工控機(4)通過計算，獲得被測塑料薄膜的厚度值。
3.根據權利要求2所述的紅外寬波段透射式塑料薄膜厚度測量方法，其特徵在於所述工控機(4)通過計算，獲得被測塑料薄膜的厚度值的具體方法為根據公式:P = KP0exp (- α L),式中P為信號處理單元(3)輸出的透過光的光功率，K為標定係數，Ptl為寬波段紅外光源(1)的出射光功率，α為被測塑料薄膜的消光係數，L為被測塑料薄膜的厚度，求解獲得被測塑料薄膜的厚度L。
全文摘要
紅外寬波段透射式塑料薄膜厚度測量裝置及測量方法，屬於塑料薄膜厚度的紅外透射測量技術領域。它解決了現有紅外透射測厚法存在的準確性差及通用性差的問題。所述裝置包括寬波段紅外光源、熱電堆探測器、信號處理單元和工控機；所述測量方法為，寬波段紅外光源的出射光經過被測塑料薄膜吸收和散射衰減後，被熱電堆探測器接收，熱電堆探測器將接收到的光信號轉換為電信號後輸出給信號處理單元，信號處理單元根據接收到的電信號計算獲得光功率信息並通過串行通信接口傳送至工控機，工控機通過計算，獲得被測塑料薄膜的厚度值。本發明適用於塑料薄膜厚度的測量。
文檔編號G01B11/06GK102538688SQ20111044219
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月26日 優先權日2011年12月26日
發明者孫曉剛, 邱超 申請人:哈爾濱工業大學