专利名称：红外宽波段透射式塑料薄膜厚度测量装置及测量方法
技术领域：
本发明涉及一种红外宽波段透射式塑料薄膜厚度测量装置及测量方法，属于塑料薄膜厚度的红外透射测量技术领域。
背景技术：
目前较为先进的塑料薄膜厚度在线测量方法是采用红外透射法测量薄膜厚度。这种测量方法克服了以往射线衰减测量方法中存在的辐射污染及造价昂贵等缺点，同时克服了其他传统方法的测量精度低、响应速度慢及易受环境影响等缺点。
红外透射法测量薄膜厚度的原理为朗伯定律，其输出光强I、输入光强、和薄膜厚度L的关系为
I = I0exp (_ α L)，
式中，α为薄膜的消光系数。
现有红外透射测厚法采用的是双单色红外光比较的测量方案，参见图2所示，图中光源通过光源调制发出测量波长为λ Μ的单色光脉冲和测参比波长为λ ￡的单色光脉冲， 两种单色光脉冲交替地照射在塑料薄膜上。单色光具体是通过滤光片或LED光源获得。单色光经塑料薄膜吸收后，其透射光由光子探测器接收，并转变成电信号后送到信号运算和处理单元，最终由厚度显示仪显示出被测塑料薄膜的厚度值。
所述的两个波长的单色光脉冲是通过装有测量波长和测量参比波长滤光片的调制盘旋转获得或由LED在光源调制电路的控制下获得，因此两束单色光交替照射在塑料薄膜上，会存在一定的时差，而工业生产线中的塑料薄膜通常高速运行生产，因此两束单色红外光并非真的照射在同一区域，从而降低了厚度测量的准确性。
如果塑料薄膜生产线不止生产一种薄膜，则当更换薄膜的生产类型时，不同薄膜由于其组成有机化合物基团结构不同，透过薄膜后衰减的红外光的波长不同。这将造成测量不同型号薄膜时需要更换滤光片或LED光源，使操作繁琐、成本高，且有可能出现无对应滤光片或LED光源，进而无法检测某些类型的塑料薄膜厚度的情况。因此现有红外透射测厚法还存在通用性差的问题。发明内容
本发明为了解决现有红外透射测厚法存在的准确性差及通用性差的问题，提供一种红外宽波段透射式塑料薄膜厚度测量装置及测量方法。
本发明所述红外宽波段透射式塑料薄膜厚度测量装置，它包括宽波段红外光源， 它还包括热电堆探测器、信号处理单元和工控机，
宽波段红外光源的出射光入射至被测塑料薄膜，经被测塑料薄膜透射后由热电堆探测器接收，热电堆探测器的电信号输出端连接信号处理单元的电信号输入端，信号处理单元的数字信号通过串行通信接口传送至工控机。
一种基于上述红外宽波段透射式塑料薄膜厚度测量装置的塑料薄膜厚度的测量方法，宽波段红外光源的出射光经过被测塑料薄膜吸收和散射衰减后，被热电堆探测器接收，热电堆探测器将接收到的光信号转换为电信号后输出给信号处理单元，信号处理单元根据接收到的电信号计算获得光功率信息并通过串行通信接口传送至工控机，工控机通过计算，获得被测塑料薄膜的厚度值。
所述工控机通过计算，获得被测塑料薄膜的厚度值的具体方法为
根据公式=P= KP。exp (_ α L)，
式中P为信号处理单元输出的透过光的光功率，K为标定系数，Ptl为宽波段红外光源的出射光功率，α为被测塑料薄膜的消光系数，L为被测塑料薄膜的厚度，
求解获得被测塑料薄膜的厚度L。
本发明的优点是本发明的宽波段红外光源的出射光源照射在被测塑料薄膜上后，由电堆探测器和信号处理单元将经过被测塑料薄膜吸收和散射衰减后的透射光信息传递给工控机，然后工控机通过内部预置的程序通过运算即可获得被测塑料薄膜的厚度，该厚度信息可以多种方式显示在工控机屏幕上。
本发明依据红外能量吸收原理，克服了传统红外透射测厚法应用于塑料薄膜高速生产线中，存在的双单色光的时差问题，提高了测量结果的准确度。同时，该发明可应用于不同类型被测塑料薄膜的生产线上，用于实现被测塑料薄膜厚度的在线测量，因此，其通用性得到显著提高。
图1为本发明的结构示意图2为现有红外宽波段透射式塑料薄膜厚度测量方法的原理图。
具体实施方式
具体实施方式
一下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述红外宽波段透射式塑料薄膜厚度测量装置，它包括宽波段红外光源1，它还包括热电堆探测器2、信号处理单元3和工控机4，
宽波段红外光源1的出射光入射至被测塑料薄膜，经被测塑料薄膜透射后由热电堆探测器2接收，热电堆探测器2的电信号输出端连接信号处理单元3的电信号输入端，信号处理单元3的数字信号通过串行通信接口传送至工控机4。
本实施方式中还可以设置反光杯，所述反光杯置于宽波段红外光源1的后部，用于减少光能损耗，并将光源发出的光汇聚后变为平行光入射至被测塑料薄膜。
具体实施方式
二 下面结合图1说明本实施方式，本实施方式为基于实施方式一所述红外宽波段透射式塑料薄膜厚度测量装置的塑料薄膜厚度的测量方法，宽波段红外光源1的出射光经过被测塑料薄膜吸收和散射衰减后，被热电堆探测器2接收，热电堆探测器 2将接收到的光信号转换为电信号后输出给信号处理单元3，信号处理单元3根据接收到的电信号计算获得光功率信息并通过串行通信接口传送至工控机4，工控机4通过计算，获得被测塑料薄膜的厚度值。
具体实施方式
三本实施方式为对实施方式二的进一步说明，本实施方式所述工控机4通过计算，获得被测塑料薄膜的厚度值的具体方法为
根据公式=P= KP。exp (_ α L)，
式中P为信号处理单元3输出的透过光的光功率，K为标定系数，Ptl为宽波段红外光源1的出射光功率，α为被测塑料薄膜的消光系数，L为被测塑料薄膜的厚度，
求解获得被测塑料薄膜的厚度L。
本实施方式中，标定系数K和被测塑料薄膜的消光系数α可通过测量两个已知厚度为L1和L2的标准薄膜获得，具体可由下面两元方程组解出
式中，P1为第一个标准薄膜的透过光功率，Ptll为第一个标准薄膜的入射光功率；Ρ2 为第二个标准薄膜的透过光功率，P02为第二个标准薄膜的入射光功率；对上式求解，获得被测塑料薄膜的标定系数K和消光系数α，进而可获得被测塑料薄膜的厚度L。
本发明方法采用宽波段红外光源，与传统红外透射法相比，取消了光源调制结构， 从而提高了测量的准确性、稳定性和可靠性。
本发明方法采用热电堆探测器2，与传统红外透射法采用的光子探测器相比，光谱响应范围宽，可覆盖市面上绝大多数塑料薄膜的吸收带。因此提高了测量装置的通用性，降低了工厂生产的成本。
本发明所述测量装置结构简单、准确性高、通用性强，可以在线检测市面上绝大多数塑料薄膜的厚度分布。P1 =KP01 exp(-aLj)P2 =kp^M-OcL2)'
权利要求
1.一种红外宽波段透射式塑料薄膜厚度测量装置，它包括宽波段红外光源(1)，其特征在于它还包括热电堆探测器O)、信号处理单元C3)和工控机G)，宽波段红外光源(1)的出射光入射至被测塑料薄膜，经被测塑料薄膜透射后由热电堆探测器( 接收，热电堆探测器O)的电信号输出端连接信号处理单元(3)的电信号输入端，信号处理单元(3)的数字信号通过串行通信接口传送至工控机G)。
2.一种基于权利要求1所述红外宽波段透射式塑料薄膜厚度测量装置的塑料薄膜厚度的测量方法，其特征在于宽波段红外光源(1)的出射光经过被测塑料薄膜吸收和散射衰减后，被热电堆探测器( 接收，热电堆探测器( 将接收到的光信号转换为电信号后输出给信号处理单元(3)，信号处理单元(3)根据接收到的电信号计算获得光功率信息并通过串行通信接口传送至工控机G)，工控机(4)通过计算，获得被测塑料薄膜的厚度值。
3.根据权利要求2所述的红外宽波段透射式塑料薄膜厚度测量方法，其特征在于所述工控机(4)通过计算，获得被测塑料薄膜的厚度值的具体方法为根据公式:P = KP0exp (- α L),式中P为信号处理单元(3)输出的透过光的光功率，K为标定系数，Ptl为宽波段红外光源(1)的出射光功率，α为被测塑料薄膜的消光系数，L为被测塑料薄膜的厚度，求解获得被测塑料薄膜的厚度L。
全文摘要
红外宽波段透射式塑料薄膜厚度测量装置及测量方法，属于塑料薄膜厚度的红外透射测量技术领域。它解决了现有红外透射测厚法存在的准确性差及通用性差的问题。所述装置包括宽波段红外光源、热电堆探测器、信号处理单元和工控机；所述测量方法为，宽波段红外光源的出射光经过被测塑料薄膜吸收和散射衰减后，被热电堆探测器接收，热电堆探测器将接收到的光信号转换为电信号后输出给信号处理单元，信号处理单元根据接收到的电信号计算获得光功率信息并通过串行通信接口传送至工控机，工控机通过计算，获得被测塑料薄膜的厚度值。本发明适用于塑料薄膜厚度的测量。
文档编号G01B11/06GK102538688SQ20111044219
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月26日 优先权日2011年12月26日
发明者孙晓刚, 邱超 申请人:哈尔滨工业大学