CN105318819B - 膜厚的检测装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种膜厚的检测装置。该检测装置包括：公共电极、至少一个检测电极与检测电路，其中，各检测电极与公共电极在第一方向上相对且间隔设置，且公共电极的第一公共表面与各检测电极的第一检测表面相对，第一公共表面与各第一检测表面之间形成待测膜的检测通道；检测电路与各检测电极电连接，检测电路包括误差消除单元，误差消除单元用于消除噪音信号，噪音信号为公共电极未加载电压时，检测电极上的电信号。该检测装置利用误差消除单元消除检测电极上的噪音信号，进而消除了由于这一部分信号带来的检测误差，使得该检测装置的检测结果更加准确。

Description

膜厚的检测装置

技术领域

本申请涉及薄膜厚度检测的技术领域，具体而言，涉及一种膜厚的检测装置。

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。当前，薄膜厚度的检测技术要包括霍尔、反射型超声波、透射型超声、电磁感应式、涡流式等技术。但这些技术对应的检测装置体积较大，成本较高，不利于这些技术的应用。

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。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。

上述这些通过电极间的静电感应的检测薄膜厚度的技术在一定程度上减小了检测装置的体积，但仍需要传动机构，因此与检测设备的小型化发展还不相符。

另外，现有技术中的检测装置不能精确测量薄膜的厚度，不利于薄膜产品厚度的精确监控，进而不利于薄膜产品质量的监控。

发明内容

本申请旨在提供一种膜厚的检测装置，以解决现有技术中的检测装置不能准确地检测出薄膜的厚度的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种膜厚的检测装置，该装置包括：公共电极、至少一个检测电极与检测电路，其中，各检测电极与上述公共电极在第一方向上相对且间隔设置，且上述公共电极的第一公共表面与各上述检测电极的第一检测表面相对，上述第一公共表面与各上述第一检测表面之间形成待测膜的检测通道；检测电路与各上述检测电极电连接，上述检测电路包括误差消除单元，上述误差消除单元用于消除噪音信号，上述噪音信号为上述公共电极未加载电压时，上述检测电极上的电信号。

进一步地，上述检测电路还包括复位单元，上述复位单元与上述误差消除单元电连接，其中，上述复位单元用于存储上述噪音信号。

进一步地，上述检测电路还包括：移位控制单元与放大单元，其中，移位控制单元包括输入端，上述输入端与各上述检测电极电连接，上述移位控制单元用于控制多个上述检测电极的电信号的输出顺序；放大单元一端与上述移位控制单元的输出端电连接，另一端分别与上述复位单元和上述误差消除单元电连接，上述放大单元用于放大接收到的上述电信号。

进一步地，上述检测装置中包括多个上述检测电极，且多个上述检测电极被分为沿第二方向间隔设置的多个检测电极组，上述第二方向与上述待测膜的移动方向垂直，且与上述第一方向垂直，各上述检测电极组包括两个检测电极，上述移位控制单元包括两个移位控制模块，各上述检测电极组中的两个上述检测电极与两个上述移位控制模块的输入端一一对应电连接。

进一步地，上述放大单元为差分放大单元。

进一步地，上述检测电路还包括信号传输时序控制单元，上述信号传输时序控制单元设置在上述放大单元与上述复位单元之间，上述信号传输时序控制单元用于控制上述放大单元是否向上述复位单元输入上述电信号。

进一步地，上述检测装置还包括：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，各上述检测电极设置在上述第二基板的第一表面上。

进一步地，上述第一基板与上述第二基板均为陶瓷基板。

进一步地，上述检测装置还包括：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。

进一步地，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表面上；第二保护层设置在所有上述第一检测表面上。

进一步地，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与上述第二保护层之间。

应用本申请的技术方案，当公共电极上未加载电压时，检测电极由于外界的因素已经感应出一定量的电荷，这样的电信号实际为噪音信号，如果不消除这样的噪音信号直接进行检测，检测出的结果并不准确。本申请中利用误差消除单元消除检测电极上的噪音信号，进而消除了由于这一部分信号带来的检测误差，使得该检测装置的检测结果更加准确。

附图说明

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

图1示出了本申请一种典型实施方式提出的膜厚的检测装置的结构示意图；

图2示出了一种优选实施例提供的部分膜厚的检测装置的剖面结构示意图；

图3示出了一种优选实施例提供的部分膜厚的检测装置的剖面结构示意图；以及

图4示出了一种优选实施例提供的部分膜厚的检测装置的剖面结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

2、检测电极组；3、检测电路；10、公共电极；20、检测电极；30、第一基板；40、第二基板；50、第一框体；60、第二框体；11、第一导电薄膜；12、第一保护层；21、第二导电薄膜；22、第二保护层；31、移位控制单元；32、放大单元；33、信号传输时序控制单元；34、复位单元；35、误差消除单元；201、第一检测电极；202、第二检测电极；311、第一移位控制模块；312、第二移位控制模块。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中的检测装置不能精确测量薄膜的厚度，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种膜厚的检测装置。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，提供了一种膜厚的检测装置，该装置包括公共电极10、至少一个检测电极20与检测电路3。其中，各检测电极20与上述公共电极10在第一方向上相对且间隔设置，且上述公共电极10的第一公共表面与每个上述检测电极20的第一检测表面相对，上述第一公共表面与各上述第一检测表面之间形成待测膜的检测通道，检测电路3与各上述检测电极20电连接，上述检测电路3包括误差消除单元35，上述误差消除单元35用于消除噪音信号，上述噪音信号为上述公共电极未加载电压时，上述检测电极20上的电信号。

该检测装置中，公共电极10与各检测电极20都是平面电极，公共电极10与检测电极20在第一方向上相对且间隔设置，公共电极10与每个检测电极20形成类似平板电容结构，并且二者之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，各检测电极20上就能感应出电荷。

检测电极20上感应出电荷的多少取决于相对设置的两个电极的面积、两个电极相隔的距离、公共电极10上所携带的电荷量以及两个电极之间的介电常数。在结构一定的情况下，检测电极20上感应出的电荷只与两个电极之间介电常数有关。当待测膜经过传输通道时，改变了两个电极间的介质的介电常数，使检测电极20上感应的电荷的数量也随之发生变化，待测膜的厚度不同，两个电极间的介电常数也不相同，进而检测电极20上感应的电荷也不相同，因此通过检测极板上电信号的多少可以计算出待测膜的厚度。

并且，当公共电极10上未加载电压时，检测电极20由于外界的因素已经感应出一定量的电荷，这样的电信号实际为噪音信号，如果不消除这样的噪音信号直接进行检测，检测出的结果并不准确。本申请中利用误差消除单元35消除检测电极20上的噪音信号，进而消除了由于这一部分信号带来的检测误差，使得该检测装置的检测结果更加准确。

为了采用简单的方式消除噪音信号，本申请优选上述检测电路3还包括复位单元34，上述复位单元34与上述误差消除单元35电连接，其中，当公共电极10未加载电压时，检测电极20上的误差信号输入到复位单元34中进行存储。

本申请的一种实施例中，上述检测电路3还包括：移位控制单元31与放大单元32，其中，移位控制单元31包括输入端，该输入端与各上述检测电极20电连接，上述移位控制单元31将输入的电信号按照一定的顺序输出到放大单元32中，放大单元32接收到移位控制单元31的电信号并将其放大，将电信号输送至复位单元34或误差消除单元35中。当公共电极10上未加载电压时，放大单元32中的电信号(即噪音信号)输送至复位单元34中，当公共电极10上加载电压时，放大单元32中的电信号输送至误差消除单元35中。

上述的移位控制单元31可以采用任一种可以实现的形式实现，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的实现方式，例如本申请一种实施例中，移位控制单元31由开关模块和开关控制模块两部分构成，开关控制模块将接收到开关控制信号后，将其逐渐传输到开关模块所对应的每个检测电极组2(像素)的开关上，使每个像素所对应的开关依次开启，每个像素所对应的开关开启后，相应像素上的电信号就会传输到信号总线上，在信号总路线上依时序形成一行像素所对应的信号。开关模块中包含多个开关，每一个检测电极组2对应一个上述开关。开关控制模块包括移位寄存器，上述移位寄存器将接收到的控制信号传输至上述开关模块中，逐个开启每一个上述开关。控制信号在时钟信号CLK信号驱动下，通过内部的移位寄存器逐渐传输到开关模块所对应的每一像素的开关上，并依次开启相应像素。

本申请的又一种实施例中，上述检测装置中包括多个上述检测电极20。由于各检测电极20不是完全相同的，所以在检测过程中，当其他的条件相同时，各个检测电极20的电信号也不相同，具有差别，这部分差别信号称为偏差信号。本申请中的检测装置中的误差消除单元35可以消除由于各检测电极的不同导致的偏差信号，进而进一步提高了该检测装置的检测准确性。

本申请的又一种实施例中，上述检测装置中包括多个上述检测电极20，且多个上述检测电极20被分为沿第二方向间隔设置的多个检测电极组2，上述第二方向与上述待测膜的移动方向垂直，且与上述第一方向垂直，如图1所示，各上述检测电极组2包括两个检测电极20，分别为第一检测电极201与第二检测电极202，上述移位控制单元31包括两个移位控制模块，分别为第一移位控制模块311与第二移位控制模块312，每个检测电极组2中的第一检测电极201与第一移位控制模块311电连接，每个检测电极组2中的第二检测电极202与第二移位控制模块312电连接，多个检测电极组可以检测待测膜各个位置的厚度，进而使得检测结果更加准确。

如图1所示，每个检测电极组2中的两个检测电极20分别为第一检测电极201与第二检测电极202，上述移位控制单元31包括两个移位控制模块，分别为第一移位控制模块311与第二移位控制模块312，第一检测电极201与第一移位控制模块311的输入端电连接，第二检测电极202与第二移位控制模块312的输入端电连接。当待测膜从进入检测通道时，待测膜经过第一检测电极201且还没有通过第二检测电极202时，第一检测电极201上感应出电荷的输出电压发生变化，第二检测电极202的感应电荷的输出电压不变，第一检测电极201与第二检测电极202上的输出电压分别通过第一移位控制模块311与第二移位控制模块传输至放大单元32，放大单元32将第一检测电极201与第二检测电极202上输出电压的相同部分过滤掉后，将信号输入至误差消除单元35中。

为了更好地消除噪音，本申请优选述放大单元32为差分放大单元32。

本申请的一种实施例中，上述检测电路3还包括信号传输时序控制单元33，上述信号传输时序控制单元33设置在上述放大单元32与上述复位单元34之间，上述信号传输时序控制单元33用于控制上述放大单元32是否向上述复位单元34输入上述电信号，信号传输时序控制单元33的电压信号与检测电路的外部控制信号相对应，当外部控制信号向公共电极加载电压时，信号传输时序控制单元33的电压信号控制放大单元32的信号输入至误差消除单元35中，当外部控制信号未向公共电极加载电压时，信号传输时序控制单元33的电压信号控制放大单元32的信号输入至复位单元34中。

本申请的另一种实施例中，如图2所示，上述检测装置还包括第一基板30与第二基板40，其中，第一基板30上述第一基板30的第一表面垂直于上述第一方向，上述公共电极10设置在上述第一基板30的第一表面上；第二基板40与上述第一基板30在上述第一方向上间隔设置，上述第二基板40的第一表面朝向上述第一基板30的第一表面，并且与上述第一基板30的第一表面平行，各上述检测电极20设置在上述第二基板40的第一表面上。

第一基板30是公共电极10的载体，第二基板40是检测电极的载体，并且第一基板30与第二基板40相对放置以方便构成传输通道。为了便于待测膜在两个基板间顺利传输，根据待测膜品的尺寸的不同，两个基板间的距离在1mm到10mm之间。但是二者的距离并不限于该范围，本领域技术人员可以根据具体的情况，将二者的距离设置在合适的范围内。

为了提高第一基板30与第二基板40的机械强度，同时方便加工，提高加工尺寸精度，并且避免后期出现曲翘现象而导致公共电极10与检测电极发生变形，本申请优选上述第一基板30与上述第二基板40均为陶瓷基板。

本申请的另一种实施例中，上述公共电极10为在陶瓷基板上的铜焊盘，检测电极也为在陶瓷基板上的铜焊盘，铜焊盘表面光滑，制作简单，能保证在扫描长度方向上整个公共电极10的电压均匀且稳定。

为了保证检测装置的坚固性，并且防止其他因素，比如噪音或静电影响该装置的检测结果，如图2所示，本申请优选上述检测装置还包括：第一框体50与第二框体60，其中，第一框体50上述第一基板30设置在上述第一框体50的第一表面上；第二框体60与上述第一框体50在上述第一方向上间隔设置，上述第二基板40设置在上述第二框体60的第一表面上。

本申请的再一种实施例中，如图3所示，上述检测装置中还包括：第一保护层12与第二保护层22，且第一保护层12设置在上述第一公共表面上；第二保护层22设置在所有上述第一检测表面上。第一保护层12与第二保护层22的设置可以防止公共电极10和检测电极在检测过程中被磨损，第一保护层12的第二保护层22的材料最好具有显著的导电性能，保证涂覆保护层后，公共电极10与检测电极的感度依然很高。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和检测电极间有原稿通过时，检测电极上的感应电荷可以迅速累积使得的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4所示，本申请优选述检测装置中还包括：第一导电薄膜11与第二导电薄膜21，其中，第一导电薄膜11设置在上述公共电极10与上述第一保护层12之间；第二导电薄膜21设置在所有上述检测电极20与上述第二保护层22之间。第一导电薄膜11与第二导电薄膜21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。

为了使得本领域技术人员更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合图2的检测装置详细说明本申请的技术方案。

该检测装置中包括第一框体50、第二框体60、第一基板30、第二基板40、公共电极10、多个检测电极组，并且每个检测电极组包括两个检测电极，分别是第一检测电极与第二检测电极，公共电极10设置在第一基板30的第一表面上，第一基板30设置在第一框体50的第一表面上，多个检测电极组设置在第二基板40的第二表面上，第二基板40设置在第二框体60的第二表面上，并且，上述第一基板30与上述第二基板40均为陶瓷基板。

该检测装置中还包括检测电路，该检测电路中包括时序控制单元、移位控制单元31、差分放大单元32、信号传输时序控制单元33、复位单元34与误差消除单元35，具体的连接关系如图2所示。其中，移位控制单元31包括第一移位控制单元31与第二移位控制单元31。时序控制单元与公共电极10相连接，向检测电路3提供外部控制信号，外部控制信号控制电源是否向公共电极10加载电压。

当外部控制信号控制电源不向公共电极10加载电压时，检测电极上由于外界的因素已经感应出电荷，输出一定的电压，复位单元34将该电压存储起来。

该检测装置的具体工作过程为：当待测膜通过从进入检测通道时，待测膜经过第一检测电极201且还没有通过第二检测电极202时，第一检测电极201上的电信号发生变化，第二检测电极202上的电信号不变，第一检测电极201与第二检测电极202上的电信号分别通过第一移位控制模块311与第二移位控制模块按照一定的顺序传输至放大单元32，放大单元32将第一检测电极201与第二检测电极202上输出电压的相同的部分过滤掉后，将信号输送至复位单元34或误差消除单元35中。

当外部控制信号控制电源不向公共电极10加载电压时，信号传输时序控制单元33控制放大单元32的输出电信号输送至复位单元34中，复位单元34将这部分电信号储存并输入误差消除单元35的一个输入端，当外部控制信号控制电源向公共电极10加载电压时，信号传输时序控制单元33控制放大单元32的输出电信号输送至输入误差消除单元35的另一个输入端。误差消除单元35将两个输入端的电信号进行处理，可以将噪音信号消除掉，得到更加准确的厚度检测信号，实验精准测量原稿厚度的目的。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

本申请中该检测装置无需机械装置引导电极产生位移就能够测量得到待测膜的厚度，更加轻便，方便使用，能够应用到很多领域中。并且该装置中的误差消除单元可以消除检测上的噪音信号，使得该检测装置的检测结果更加准确。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种膜厚的检测装置，其特征在于，所述检测装置包括：

公共电极(10)；

多个检测电极(20)，各所述检测电极(20)与所述公共电极(10)在第一方向上相对且间隔设置，且所述公共电极(10)的第一公共表面与各所述检测电极(20)的第一检测表面相对，所述第一公共表面与各所述第一检测表面之间形成待测膜的检测通道；以及

检测电路(3)，与各所述检测电极(20)电连接，所述检测电路(3)包括误差消除单元(35)，所述误差消除单元(35)用于消除噪音信号，所述噪音信号为所述公共电极未加载电压时，所述检测电极(20)上的电信号，

所述检测电路(3)还包括复位单元(34)，所述复位单元(34)与所述误差消除单元(35)电连接，其中，所述复位单元(34)用于存储所述噪音信号，

所述检测电路(3)还包括：

移位控制单元(31)，包括输入端，所述输入端与各所述检测电极(20)电连接，所述移位控制单元(31)用于控制多个所述检测电极(20)的电信号的输出顺序；以及

放大单元(32)，一端与所述移位控制单元(31)的输出端电连接，另一端分别与所述复位单元(34)和所述误差消除单元(35)电连接，所述放大单元(32)用于放大接收到的所述电信号，

多个所述检测电极(20)被分为沿第二方向间隔设置的多个检测电极组(2)，所述第二方向与所述待测膜的移动方向垂直，且与所述第一方向垂直，各所述检测电极组(2)包括两个检测电极(20)，所述移位控制单元(31)包括两个移位控制模块，各所述检测电极组(2)中的两个所述检测电极(20)与两个所述移位控制模块的输入端一一对应电连接。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述放大单元(32)为差分放大单元。

3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述检测电路(3)还包括信号传输时序控制单元(33)，所述信号传输时序控制单元(33)设置在所述放大单元(32)与所述复位单元(34)之间，所述信号传输时序控制单元(33)用于控制所述放大单元(32)是否向所述复位单元(34)输入所述电信号。

4.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括：

第一基板(30)，所述公共电极(10)设置在所述第一基板(30)的第一表面上，所述第一基板(30)的第一表面与所述第一方向垂直；以及

第二基板(40)，与所述第一基板(30)在所述第一方向上间隔设置，所述第二基板(40)的第一表面朝向所述第一基板(30)的第一表面，并且与所述第一基板(30)的第一表面平行，各所述检测电极(20)设置在所述第二基板(40)的第一表面上。

5.根据权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述第一基板(30)与所述第二基板(40)均为陶瓷基板。

6.根据权利要求4或5所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括：

第一框体(50)，所述第一基板(30)设置在所述第一框体(50)的第一表面上；以及

第二框体(60)，与所述第一框体(50)在所述第一方向上间隔设置，所述第二基板(40)设置在所述第二框体(60)的第一表面上。

7.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置中还包括：

第一保护层(12)，设置在所述第一公共表面上；以及

第二保护层(22)，设置在所有所述第一检测表面上。

8.根据权利要求7所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置中还包括：

第一导电薄膜(11)，设置在所述公共电极(10)与所述第一保护层(12)之间；以及

第二导电薄膜(21)，设置在所有所述检测电极(20)与所述第二保护层(22)之间。