[发明专利]一种薄片介质厚度检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明实施例涉及厚度检测领域，具体涉及一种薄片介质厚度检测装置及方法。

背景技术

厚度测量装置是一种用来测量介质，例如纸张、钞票或其它类似的薄片介质的仪器，要求具备较高的测量精确度。

请参阅图1，现有的厚度测量装置主要包括厚度传感器、位置电压转换单元、A/D转换器及控制处理器，其中厚度传感器用于检测被测介质的厚度情况，控制处理器用于处理被测介质的厚度数据，可以与外部主机相连。工作时，厚度传感器将被测介质的厚度转换为位移输出，无被测介质经过厚度传感器时，厚度传感器的输出位置为X₀，当具有一定厚H的介质经过厚度传感器时，厚度传感器的输出位置为X₁，那么位移ΔX＝X₁-X₀与厚度H成正比（或其它确定的转换关系）。设厚度测量范围是0～H_max，那么对应的位置输出是X₀，X_max。

位置电压转换单元将厚度传感器输出的位置信号转换为电压信号输出，当输入的位置是X₀时，对应的输出电压U₀称为零点电压；当输入的位置是X_max时，对应的输出电压U_max称为最大输出电压。设A/D转换器的最小输入电压V_min，最大输入电压为V_max，为了使整个测量装置正常工作，必须满足如下关系：V_min≤U₀<U_max≤V_max。当V_min=U₀，V_max=U_max时，整个测量装置工作在最佳状态。

上述的厚度测量装置具有如下的不足：

（1）对于厚度传感器，受机械加工精度、装配精度的限制，不同的厚度传感器在无介质经过时的位置输出X₀会在一定的范围内波动；

（2）将厚度传感器和位置电压转换单元组装在一起时，必然会通过某种传动机构将厚度传感器的输出位置耦合到位置电压转换单元的输入端，这个过程同样受到机械加工精度、装配精度的影响，从而使得实际耦合到位置-电压转换单元输入端的位置发生变化。进而导致输出电压U0发生变化。

（3）当一台机器中同时安装了多个厚度测量装置时，上述因素1和因素2还会造成各个测量装置之间的不一致性。

（4）随着厚度测量装置累积工作时间逐渐变长，其位置输出X₀，零点电压U₀都会发生缓慢的变化。

由于检测速度较快，受限于机械系统的动态特性等因素，厚度传感器对被测介质厚度的敏感度一般都不高，多在1：1左右。当被测介质是钞票，支票等有价证券时，其厚度一般都在100um左右。那么厚度传感器的输出位置变化量也在100um左右。如果要求测量误差小于10%，则要求机械加工和装配的总误差不大于10um。这显然对机械零件的加工和装配提出了难以达到的要求。

目前解决零点电压漂移的办法是：如果预期出厂后的零点电压U₀会逐渐降低，出厂时就将零点电压调节在比A/D转换器最小输入电压更高的点上；并将最大输出电压U_max设置为与A/D转换器最大输入电压相等。如果预期出厂后的零点电压会逐渐增大，出厂时就将零点电压设置为与A/D转换器的最小输入电压相等；并将最大输出电压调节为比A/D转换器的最大输入电压更低。如果不确定零点电压的变化方向或零点电压可能变高也可能变低，则需要使零点电压比A/D转换器的最低输入电压高，使最大输出电压比A/D转换器的最大输入电压低。在实际产品中，绝大多数属于这种情况：零点电压可能变高也可能变低。出厂后，当零点电压逐渐变低时，由于预先留下了下行的空间，因此不会低于A/D转换器的最低输入电压；当零点电压逐渐变高且有介质经过厚度传感器时位置电压转换单元输出电压的幅度就会更接近A/D转换器的最大输入电压。但由于预留了上行空间，因此不会超过A/D转换器的最大输入电压。

上面的办法虽然解决了位置电压转换单元输出电压超出A/D转换器输入电压范围的问题，但预留的电压漂移空间压缩了厚度电压的变化范围，使得整个测量装置的灵敏度和分辨率降低，对控制器分析厚度信号产生不利的影响。