基于電容傳感器的薄膜厚度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

宋美杰

摘要：本文分析了測(cè)厚系統(tǒng)的測(cè)量原理，并對(duì)整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的硬件組成進(jìn)行了介紹，最后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體測(cè)試。結(jié)果表明，該系統(tǒng)測(cè)量薄膜厚度可以達(dá)到很好的測(cè)量效果，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：薄膜厚度；測(cè)量系統(tǒng)；電路設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）19-0173-02

一、引言

隨著包裝、印刷等行業(yè)的快速發(fā)展，各行業(yè)對(duì)高質(zhì)量薄膜的需求與日俱增，厚度均勻性是塑料薄膜產(chǎn)品的重要指標(biāo)。因此，設(shè)計(jì)一種實(shí)現(xiàn)薄膜厚度在線監(jiān)測(cè)的高精度檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)薄膜的高質(zhì)量生產(chǎn)具有重要意義。在多種無損檢測(cè)中，鑒于電容測(cè)厚法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、靈敏度高、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用德國(guó)AMG公司的CAV414電容給傳感器，設(shè)計(jì)了一套薄膜厚度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

二、測(cè)厚系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）測(cè)厚系統(tǒng)原理框圖

薄膜測(cè)厚系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。電容傳感器測(cè)量電路可以得到與厚度相關(guān)的電壓值。再經(jīng)信號(hào)檢測(cè)處理電路送入A/D轉(zhuǎn)換器，MCU控制著信號(hào)的采集及數(shù)據(jù)處理算法的實(shí)現(xiàn)，送入微處理器進(jìn)行處理后就可以得到當(dāng)前的薄膜厚度，并送到顯示部分進(jìn)行顯示，控制部分可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)的交互，要想實(shí)現(xiàn)對(duì)不同薄膜材料的厚度測(cè)量，只需設(shè)置不同的介電常數(shù)即可。

三、系統(tǒng)各個(gè)硬件模塊設(shè)計(jì)

（一）精密信號(hào)源電路設(shè)計(jì)

1.精密信號(hào)源電路。對(duì)于一個(gè)容性網(wǎng)絡(luò)，如需在電容上產(chǎn)生特定的電抗，需先設(shè)計(jì)一個(gè)精密信號(hào)源電路，產(chǎn)生交流激勵(lì)信號(hào)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了基于AD9850的信號(hào)發(fā)生電路。其電路原理圖如圖2所示。

2.正弦信號(hào)放大電路。AD9850電流輸出端僅支持最大幅度為1.5V左右的輸出信號(hào)。因此，為保證激勵(lì)信號(hào)的輸出電壓幅度足夠大，足夠強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，需要設(shè)計(jì)電壓信號(hào)放大和阻抗匹配電路。為減少噪聲干擾本設(shè)計(jì)采用兩級(jí)放大，如圖3所示。