膜厚检测装置及方法与流程

本发明涉及电学领域，具体而言，涉及一种膜厚检测装置及方法。

背景技术：

薄片状物品，如纸张、票据、塑料薄膜、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。近年来，通过电极间的静电感应进行薄膜厚度的检测技术在不断研究探索之中，例如，公开号cn210302446y的专利公开的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，从而实现厚度的测量。再例如，公开号为cn103363887a的专利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，从而实现厚度的测量。

但这些静电检测方式，在温度、湿度等外界环境变化时，或者受到噪音干扰时，各检测电极检出信号易发生变化，影响检测精度，因此，在相关技术的膜厚检测方法受环境因素影响大的问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种膜厚检测装置及方法，以至少解决相关技术的膜厚检测方法受环境因素影响大的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种膜厚检测方法，公共电极和检测电极，所述检测电极包括n个检测电极芯片，所述n个检测电极芯片在产品主扫描方向上依次排列，每个检测电极芯片上有m个检测电极素子，所述m个检测电极素子依次排列，各检测电极素子与所述公共电极在第一方向上相对且间隔设置，公共电极表面与各检测电极素子表面之间形成待测膜的检测通道，m，n为自然数，其中，所述装置还包括：差分放大电路，包括两个输入端和一个输出端，其中一个输入端与参考素子输出端相连，另一个输入端与有效检测电极素子的输出端相连，输出端为膜厚检测装置的有效信号输出，其中，所述参考素子为所述n个检测电极芯片所包括的一个或多个素子，所述n个检测电极芯片所包括的素子中除所述参考素子外的其它素子为有效检测电极素子。

可选地，所述装置还包括：平均采样回路，其中，所述平均采样回路在所述参考素子为多个的情况下，将多个素子的输出平均值作为参考素子的补正值。

可选地，所述平均采样回路包括：元件可编程逻辑门阵列pfga和存储器，或者，所述平均采样回路为积分电路。

可选地，所述参考素子包括以下之一：所述产品主扫描方向上第1个检测电极芯片的第一个检测电极素子；所述产品主扫描方向上第1个检测电极芯片上的第1～a个检测电极素子；所述产品主扫描方向上第n个检测电极芯片的第m个检测电极素子；所述产品主扫描方向上第n个检测电极芯片上的第b～n个检测电极素子全部m个检测电极素子；其中，a,b均为自然数。

可选地，所述m个检测电极素子按照预定的分辨率密度依次排列。

可选地，所述装置还包括：第一基板和第二基板，其中，所述公共电极设置在所述第一基板的第一表面上，所述第一基板的第一表面与所述第一方向垂直；所述第二基板与所述第一基板在所述第一方向上间隔设置，所述第二基板的第一表面朝向所述第一基板的第一表面，并且与所述第一基板的第一表面平行，各检测电极芯片设置在所述第二基板的第一表面上。

可选地，所述装置还包括：第一框体和第二框体，其中，所述第一基板设置在所述第一框体的第一表面上；所述第二框体与所述第一框体在所述第一方向上间隔设置，所述第二基板设置在所述第二框体的第一表面上。

可选地，所述装置还包括：第一保护层和第二保护层，其中，所述第一保护层设置在所述第一公共电极表面上；所述第二保护层设置在各检测电极芯片的各检测电极素子的表面上。

可选地，所述装置还包括：第一导电薄膜和第二导电薄膜，其中，所述第一导电薄膜设置在所述公共电极与所述第一保护层之间；所述第二导电薄膜设置在所有上述检测电极素子与所述第二保护层之间。

可选地，所述参考素子位于有效扫描长度之外的区域。

根据本发发明的另一方面，提供了一种膜厚检测方法，包括：检测检测电极中参考素子的输出端输出的电压，以及所述检测电极中有效检测电极素子的输出端输出的电压，其中，所述检测电极包括n个检测电极芯片，所述n个检测电极芯片在产品主扫描方向上依次排列，每个检测电极芯片上有m个检测电极素子，所述m个检测电极素子依次排列，各检测电极素子与所述公共电极在第一方向上相对且间隔设置，公共电极表面与各检测电极素子表面之间形成待测膜的检测通道，m，n为自然数，所述参考素子为所述n个检测电极芯片所包括的一个或多个素子，所述n个检测电极芯片所包括的素子中除所述参考素子外的其它素子为有效检测电极素子；差分放大电路输入所述参考素子的输出端输出的电压，以及所述检测电极中有效检测电极素子的输出端输出的电压，输出膜厚检测装置的有效信号。

可选地，在所述参考素子为多个的情况下，所述平均采样回路将多个素子的输出平均值作为参考素子的补正值。

在本发明实施例中，采用差分放大电路将参考素子与有效检测电极素子进行差分放大后输出用于膜后检测的有效信号，达到了有效避免环境因素的影响的目的，从而实现了保证膜厚检测准确性的技术效果，进而解决了相关技术的膜厚检测方法受环境因素影响大的技术问题。

附图说明

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

图1为本发明实施中的膜厚检测装置的断面示意图；

图2为本发明实施中膜厚检测装置上各检测电极芯片中各有效检测电极素子和参考检测电极素子位于线路基板上的位置示意图；

图3为本发明实施中膜厚检测装置的回路示意图；

图4是本发明实施例的以第1个检测电极芯片上的第1～a个检测电极素子为参考素子的示意图；

图5是本发明实施例的以第n个检测电极芯片的第b～m个检测电极素子为参考素子的示意图；

图6是本发明实施例的以第n+1个检测电极芯片上的全部m个检测电极素子为参考素子的示意图；

图7为本发明实施中采用多个检测电极素子为参考素子时的回路示意图；

图8为本发明实施例的膜厚检测装置的优选结构示意图一；

图9为本发明实施例的膜厚检测装置的优选结构示意图二；

图10是本发明实施例的膜厚检测方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

针对相关技术的上述问题，在本实施例中，提供了采用相对的公共电极和检出电极形成检测通道，当待测对象经过检测通道时，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数量也随之发生变化，检测对象的厚度不同，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数量也不相同，因此通过检测电极电信号的大小，计算出检测对象的厚度。下面具体说明。

根据本发明实施例，提供了一种膜厚检测装置的实施例，该膜厚检测装置包括：公共电极和检测电极，检测电极包括n个检测电极芯片，n个检测电极芯片在产品主扫描方向上依次(紧密)排列，每个检测电极芯片上有m个检测电极素子，m个检测电极素子依次排列(其中，m个检测电极素子可以按照预定的分辨率密度依次紧密排列)，各检测电极素子与公共电极在第一方向上相对且间隔设置，公共电极表面与各检测电极素子表面之间形成待测膜的检测通道，m，n为自然数，其中，该装置还包括：差分放大电路，包括两个输入端和一个输出端，其中一个输入端与参考素子输出端相连，另一个输入端与有效检测电极素子的输出端相连，输出端为膜厚检测装置的有效信号输出，其中，参考素子为n个检测电极芯片所包括的一个或多个素子，n个检测电极芯片所包括的素子中除参考素子外的其它素子为有效检测电极素子。

通过上述带有参考素子的膜厚检测装置包括：差分放大电路，该差分放大电路包括两个输入端和一个输出端，其中一个输入端与参考素子输出的补正值相连，另一个输入端与有效检测电极素子的输出端相连，以消除掉膜厚检测装置受到的温度、湿度及噪音影响。差分放大电路的输出端为膜厚检测装置的有效信号输出。通过该膜厚检测装置，解决了相关技术中的膜厚检测装置在温度、湿度变化及受到噪音干扰时，不能准确地检测出薄膜厚度的问题。

结合附图来说，图1为本发明实施中的膜厚检测装置的断面示意图，图2为本发明实施中膜厚检测装置上各检测电极芯片中各有效检测电极素子和参考检测电极素子位于线路基板上的位置示意图，图3为本发明实施中膜厚检测装置的回路示意图，下面结合图1，图2，图3对本发明实施例的一种典型实施方式进行说明。

如图1和图2所示，提供了一种膜厚检测装置，该装置包括公共电极10、检测电极20，检测电极20由n个检测电极芯片组成，n个检测电极芯片在产品主扫描方向上依次紧密排列，每个检测电极芯片上有m个检测电极素子，每个检测电极素子按照一定的分辨率密度依次紧密排列。第1个检测电极芯片的第1个检测电极素子为参考检测电极素子。参考检测电极素子与各有效检测电极素子与上述公共电极10在第一方向上相对且间隔设置，公共电极表面与各检测电极素子表面之间形成待测膜通道。

如图3所示，膜厚检测装置还包括差分放大电路部分，差分放大器23包括两个输入端和一个输出端，其中一个输入端与参考素子输出的补正值相连，另一个输入端与有效检测电极素子的输出端相连，以消除掉膜厚检测装置受到的温度、湿度及噪音影响。差分放大电路的输出端为膜厚检测装置的有效信号输出。

在该检测装置中，公共电极10与检测电极芯片20上的各检测电极素子都是平面电极，公共电极10与各检测电极素子在第一方向上相对且间隔设置，公共电极10与各检测电极素子形成类似平板电容结构，并且公共电极10与各检测电极素子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10上带电荷后，检测电极20上的各检测电极素子就能感应出电荷，假设有效检测电极素子上的感应电荷为q201,参考电极素子上的感应电荷为q202，此时有效检测电极素子上的电压输出信号为v201，v201＝q201/c201，参考检测电极素子上的电压输出信号为v202，v202＝q202/c202，其中c201和c202为有效检测电极素子和参考检测电极素子的电容容量，有效检测电极素子和参考检测电极素子的电容容量c201＝c202＝c。这样差分放大电路的输出v＝g×(v1-v2)＝g×(q201/c201-q202/c202)＝g×(q201-q202)/c，g为差分放大的放大倍数。

有效检测电极素子和参考检测电极素子上感应出电荷的多少取决于有效检测电极素子和参考检测电极素子的面积及两种素子与公共电极10相隔的距离、公共电极10上所携带的电荷量以及两种电极素子与公共电极之间的介电常数。在结构一定的情况下，有效检测电极素子和参考检测电极素子上感应出的电荷量只与有效检测电极素子、参考检测电极素子与公共电极10之间介电常数有关。当待测膜经过传输通道时，改变了有效检测电极素子与公共电极10间的介质的介电常数，使检测电极201上感应的电荷数量发生变化，假设电荷变化量为a，此时检测电极的电压v201`＝(q201+a)/c201。当待测膜经过传输通道时，因为参考检测电极素子位于有效检测范围之外的区域，参考检测电极素子与公共电极10间的介质的介电常数没有发生变化，参考检测电极素子上感应的电荷的数量也不变,参考检测电极素子上的电压也不发生变化，参考检测电极素子的电压v202`＝q202/c202，c201＝c202＝c。差分放大电路的输出v`＝g×(v201`-v202`)＝g×﹛(q201+a)/c201-q202/c202)﹜＝g×(q201+a-q202)/c，可以计算出待测膜通过时，有效检测电极素子的电荷变化为v‵－v＝g×(q201+a-q202)/c-g×(q201-q202)/c＝g×a/c，因此通过有效检测电极素子上电荷量的变化多少可以计算出待测膜的厚度。

在温度、湿度变化及噪音影响时，有效检测电极素子和参考检测电极素子感受到相同的影响，电荷变化量也相同，假设电荷变化量都为b，此时有效检测电极素子的电压v201``＝(q201+a+b)/c201，参考检测电极素子的电压v202``＝(q202+b)/c202，c201＝c202＝c。差分放大电路的输出v``＝g×(v201``-v202``)＝g×﹛(q201+a+b)/c201-(q202+b)/c202)﹜＝g×(q201+a-q202)/c，可以计算出在温度、湿度变化及噪音影响时，待测膜通过时有效检测电极素子的电荷变化为v``－v＝g×(q201+a-q202)/c-g×(q201-q202)/c＝g×a/c，此数值与没有温度、湿度及噪音影响时的计算值相同，所以通过是使用参考检测电极素子和差分放大电路可以将膜厚传感器受到的温度、湿度及噪音影响消除掉，保证膜厚检测的准确性。

其中，在选取参考素子时可以采用多种方式，例如，可以以主扫描方向上边缘检测电极芯片上的最边缘检测电极素子为参考素子，参考素子与各检测电极素子大小、感度可以相同，以保证参考电极素子与各检测电极素子受到相同温度、湿度及噪音影响时，信号变化量相同，参考电极素子应该位于有效扫描长度之外的区域。

例如，可以采用以下方式来选择参考素子：可以以第1个检测电极芯片的第一个检测电极素子为参考素子，或者以第1个检测电极芯片上的第1～a个检测电极素子为参考素子，其中，a为自然数；下面以附图举例来说。

图4是本发明实施例的以第1个检测电极芯片上的第1～a个检测电极素子为参考素子的示意图，如图4所示，检测电极20由n个检测电极芯片组成，n个检测电极芯片在产品主扫描方向上依次紧密排列，每个检测电极芯片上有m个检测电极素子，每个检测电极素子按照一定的分辨率密度依次紧密排列。以第1个检测电极芯片上的第1～a个检测电极素子为参考素子。

也可以以第n个检测电极芯片的第m个检测电极素子为参考素子，或者以第n个检测电极芯片上的第b～m个检测电极素子为参考素子，其中，b为自然数。

图5是本发明实施例的以第n个检测电极芯片的第b～m个检测电极素子为参考素子的示意图，如图5所示，检测电极20由n个检测电极芯片组成，n个检测电极芯片在产品主扫描方向上依次紧密排列，每个检测电极芯片上有m个检测电极素子，每个检测电极素子按照一定的分辨率密度依次紧密排列。以第n个检测电极芯片的第b～m个检测电极素子为参考素子。

可选地，检测电极还可以包括n+1个检测电极芯片，以第n+1个检测电极芯片上一个或者多个或者第n+1个检测电极芯片上的全部m个检测电极素子为参考素子。

图6是本发明实施例的以第n+1个检测电极芯片上的全部m个检测电极素子为参考素子的示意图，如图6所示，检测电极20由n+1个检测电极芯片组成，n个检测电极芯片在产品主扫描方向上依次紧密排列，每个检测电极芯片上有m个检测电极素子，每个检测电极素子按照一定的分辨率密度依次紧密排列。以第n+1个检测电极芯片上的全部m个检测电极素子为参考素子。

需要说明的是，在以多个检测电极素子为参考素子时，膜厚检测装置回路配有多个素子的平均采样回路，将多个素子的输出平均值作为参考素子的补正值进行使用。需要指出的是，此平均采样回路可以包括多种，例如，可以由元件可编程逻辑门阵列(fieldprogrammablegatearray，简称为pfga)+存储器实现，也可以由硬件电路如积分电路实现。

图7为本发明实施中采用多个检测电极素子为参考素子时的回路示意图，如图7所示，在以多个检测电极素子为参考素子时，膜厚检测装置回路配有多个参考素子的平均采样回路，将多个素子的输出平均值作为补正值进行使用，此平均采样回路可以由pfga+存储器组成，也可以由硬件电路如积分电路组成。差分放大器23包括两个输入端和一个输出端，其中一个输入端与多个参考素子的平均采样回路相连，另一个输入端与有效检测电极素子的输出端相连，以消除掉膜厚检测装置受到的温度、湿度及噪音影响。差分放大电路的输出端为膜厚检测装置的有效信号输出。

可选地，为保证膜厚检测装置的牢固性，该膜厚检测装置还包括：第一基板与第二基板，其中，上述公共电极设置在上述第一基板的第一表面上，上述第一基板的第一表面与上述第一方向垂直；第二基板与上述第一基板在上述第一方向上间隔设置，上述第二基板的第一表面朝向上述第一基板的第一表面，并且与上述第一基板的第一表面平行，各上述各检测电极芯片设置在上述第二基板的第一表面上。

可选地，该膜厚检测装置还包括：第一框体与第二框体，其中，上述第一基板设置在上述第一框体的第一表面上；第二框体与上述第一框体在上述第一方向上间隔设置，上述第二基板设置在上述第二框体的第一表面上。结合附图说明如下。

图8为本发明实施例的膜厚检测装置的优选结构示意图一，如图8所示，该膜厚检测装置还包括：第一框体11与第二框体21，其中，第一框体11上述第一基板12设置在上述第一框体11的第一表面上；第二框体21与上述第一框体11在上述第一方向上间隔设置，上述第二基板22设置在上述第二框体21的第一表面上。

可选地，上述检测装置中还包括：第一保护层与第二保护层，其中，第一保护层设置在上述第一公共电极表面上；第二保护层设置在上述各检测电极芯片的各检测电极素子的表面上。

可选地，上述检测装置中还包括：第一导电薄膜与第二导电薄膜，其中，第一导电薄膜设置在上述公共电极与上述第一保护层之间；第二导电薄膜设置在所有上述检测电极素子与上述第二保护层之间。

结合附图说明如下：

图9为本发明实施例的膜厚检测装置的优选结构示意图二，如图9所示，该膜厚检测装置中还包括：第一保护层14与第二保护层24，且第一保护层14设置在公共电极表面上；第二保护层24设置在所有检测电极素子表面上。第一保护层14与第二保护层24的设置可以防止公共电极10和检测电极芯片20在检测过程中被磨损，为了防止磨损，第一保护层14和第二保护层24的材料最好具有显著的防磨性能，且涂覆层较薄，保证涂覆保护层后，公共电极10与检测电极201的感度依然很高且防磨。本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的保护层材料。

为了提高该检测装置的电极感度，使得在公共电极10和检测电极芯片20的各检测电极素子表面间有原稿通过时，各检测电极素子表面上的感应电荷可以迅速累积使输出电压会相应迅速增大，提高整个厚度传感器的感度。如图9所示，本申请优选述检测装置中还包括：第一导电薄膜15与第二导电薄膜25，其中，第一导电薄膜15设置在上述公共电极10与上述第一保护层14之间；第二导电薄膜25设置在所有上述检测电极芯片20的各检测电极素子表面与上述第二保护层24之间。第一导电薄膜15与第二导电薄膜25为高导电性材料形成的薄膜，可以为金或银等导电薄膜。本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的导电薄膜。

应用本申请的技术方案，温度、湿度及噪音等影响膜厚检测装置时，膜厚检测装置利用参考素子上的信号变化，通过与有效检测电极素子的正常检测信号进行差分放大，可以将有效检测电极素子上受到的温度、湿度及噪音影响消除掉，使得该检测装置的检测结果更加准确。

方法实施例

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图10是本发明实施例的膜厚检测方法的流程图，如图10所示，该流程包括如下步骤：

步骤s102，检测检测电极中参考素子的输出端输出的电压，以及检测电极中有效检测电极素子的输出端输出的电压，其中，检测电极包括n个检测电极芯片，n个检测电极芯片在产品主扫描方向上依次排列，每个检测电极芯片上有m个检测电极素子，m个检测电极素子依次排列，各检测电极素子与公共电极在第一方向上相对且间隔设置，公共电极表面与各检测电极素子表面之间形成待测膜的检测通道，m，n为自然数，参考素子为n个检测电极芯片所包括的一个或多个素子，n个检测电极芯片所包括的素子中除参考素子外的其它素子为有效检测电极素子；

步骤s104，差分放大电路输入参考素子的输出端输出的电压，以及检测电极中有效检测电极素子的输出端输出的电压，输出膜厚检测装置的有效信号。

通过差分放大电路的一个输入端与参考素子输出的补正值相连，另一个输入端与有效检测电极素子的输出端相连，以消除掉膜厚检测装置受到的温度、湿度及噪音影响。差分放大电路的输出端为膜厚检测装置的有效信号输出。通过该膜厚检测装置，解决了相关技术中的膜厚检测装置在温度、湿度变化及受到噪音干扰时，不能准确地检测出薄膜厚度的问题。

可选地，在参考素子为多个的情况下，平均采样回路将多个素子的输出平均值作为参考素子的补正值。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。