CN116858145A - 一种can总线接口数字x射线测厚传感器及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种CAN总线接口数字X射线测厚传感器及方法，它包括连接为一体的小屏蔽铝筒和大屏蔽铝筒，小屏蔽铝筒的下端面具有防护网罩，小屏蔽铝筒的型腔内设置有电离室，电离室与防护网罩之间设置有绝缘垫圈，电离室的上端部连接有绝缘压环，大屏蔽铝筒内设置有环形PCB电路板，环形PCB电路板位于绝缘压环的上方，大屏蔽铝筒的上端连接有上盖。本发明基于单片机的预处理能力，可以实现4.2kHz的初级采样速率，解决了原系统采集频率低的缺点；基于Can总线的通讯距离最大可传输10km，抗干扰性远优于模拟信号，解决了原有系统容易受伺服电机、环境磁场等因素干扰的缺点；可以一对多的测量系统结构，是一种低成本的实现集中控制、分布测量的检测系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种传感器，尤其涉及一种CAN总线接口数字X射线测厚传感器及方法。
背景技术
随着工业生产的发展，各种设备均从自动化向着数字化、网络化、智能化发展。生产的产品需要在线连续的检测，检测数据需要集中采集并存储在信息系统中。传统的X射线测厚传感器，需要经过DCS、PLC或AD模块等器件，才能传输数据，不易于实现数字化和网络化。
X射线测厚传感器应用在薄膜生产过程中，需要对薄膜厚度进行监控。在X射线薄膜测厚系统中，均采用电离室作为射线信号采集设备，再经由前置板将信号放大转换后，传输给后端采集设备。在此过程中，传输的信号均为电压或电流，其信号随着线路的长度增加，受到外部干扰也会增加，影响测量系统的精度和稳定。为保证采集精度，需要将采集端，如采集板卡、PLC、或计算机，安装在测厚仪传感器很近的位置，一般安装在设备上，或15米以内的距离内。这样就会限制了设备的部分应用场合，比如现场空间有限，无法放置机柜的场合，又或者是现场不适宜放置机柜的环境等。
发明内容
为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种CAN总线接口数字X射线测厚传感器及方法。
为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种CAN总线接口数字X射线测厚传感器，它包括连接为一体的小屏蔽铝筒和大屏蔽铝筒，小屏蔽铝筒的下端面具有防护网罩，小屏蔽铝筒的型腔内设置有电离室，电离室与防护网罩之间设置有绝缘垫圈，电离室的上端部连接有绝缘压环，大屏蔽铝筒内设置有环形PCB电路板，环形PCB电路板位于绝缘压环的上方，大屏蔽铝筒的上端连接有上盖。
进一步地，环形PCB电路板上具有多级电源模块、高压模块、采集模块、AD转换模块、数据处理模块以及Can总线收发模块，多级电源模块分别连接高压模块、采集模块、AD转换模块、数据处理模块以及Can总线收发模块为各模块供电。
进一步地，多级电源模块包括24V/12V电源模块、12V/5V电源模块以及5V/3.3V电源模块，24V/12V电源模块连接12V/5V电源模块，12V/5V电源模块连接5V/3.3V电源模块，24V/12V电源模块连接高压模块，12V/5V电源模块连接AD转换模块、采集模块以及数据处理模块，5V/3.3V电源模块连接Can总线收发模块。
进一步地，高压模块连接电离室为其提供极化高压。
进一步地，采集模块连接电离室和AD转换模块，电离室接收X射线并输出电流信号，采集模块接收电离室输出的电流信号并放大输出给AD转换模块，AD转换模块连接数据处理模块将电压信号转换成数字信号发送给数据处理模块。
进一步地，数据处理模块连接Can总线收发模块，数据处理模块接收AD转换模块的数字信号并进行数据计算、滤波处理，处理Can总线收发模块接收到的上位指令，发送计算结果至Can总线收发模块。
进一步地，数据处理模块为单片机。
进一步地，小屏蔽铝筒的直径小于大屏蔽铝筒的直径。
一种CAN总线接口数字X射线测厚传感器的工作方法，工作方法的步骤为：
1）当电离室接收到X射线照射时，X射线与气体的分子作用，产生电子和正离子，在电离室的极化高压电场中，电子和正离子分别被拉向两极，并被收集接收X射线后，行成飞安级的电流信号，输出给采集模块的测量单元；
2）采集模块的测量单元内具有静电计芯片，静电计芯片芯片将飞安级的电流信号放大并处理为毫伏级别的电压信号；
3）电压信号经过RC滤波电路，降低信号噪声，再输出给AD转换模块；
4）AD转换模块内具有A/D芯片，A/D芯片将信号转换为采样值V并从串行接口输出至数据处理模块；
5）数据处理模块将每次采样值V存储在缓存队列中，从最新一次采样值向前依次标记为V0、V1、V2、V3… Vn，默认n值为1ms内的采样次数；每间隔采样周期时间k，计算一个测量值M，k值默认1ms，测量值M通过串行接口发送给CAN总线通讯模块；
6）CAN总线通讯模块接收到的数据转换为电平信号传输至总线，完成数据发送。
进一步地，测量值M的计算公式为：
；
其中，M为单次测量值；Vi为采样值；n为采样数量；i为采样序号。
本发明公开了一种CAN总线接口数字X射线测厚传感器及方法，基于单片机的预处理能力，可以实现4.2kHz的初级采样速率，解决了原系统采集频率低的缺点；基于Can总线的通讯距离最大可传输10km，抗干扰性远优于模拟信号，解决了原有系统容易受伺服电机、环境磁场等因素干扰的缺点；一条总线最多可126个传感器，可以一对多的测量系统结构，是一种低成本的实现集中控制、分布测量的检测系统。
附图说明
图1为本发明的传感器剖面图。
图2为本发明的电路原理框图。
图中：1、小屏蔽铝筒；2、大屏蔽铝筒；3、防护网罩；4、电离室；5、绝缘垫圈；6、绝缘压环；7、环形PCB电路板；8、上盖；71、多级电源模块；72、高压模块；73、采集模块；74、AD转换模块；75、数据处理模块；76、Can总线收发模块；711、24V/12V电源模块；712、12V/5V电源模块；713、5V/3.3V电源模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示的CAN总线接口数字X射线测厚传感器，它包括连接为一体的小屏蔽铝筒1和大屏蔽铝筒2，小屏蔽铝筒1的直径小于大屏蔽铝筒2的直径，小屏蔽铝筒1的下端面具有防护网罩3，小屏蔽铝筒1的型腔内设置有电离室4，电离室4与防护网罩3之间设置有绝缘垫圈5，电离室4的上端部连接有绝缘压环6，大屏蔽铝筒2内设置有环形PCB电路板7，环形PCB电路板7位于绝缘压环6的上方，大屏蔽铝筒2的上端连接有上盖8。
如图2所示的环形PCB电路板7上具有多级电源模块71、高压模块72、采集模块73、AD转换模块74、数据处理模块75以及Can总线收发模块76，多级电源模块71分别连接高压模块72、采集模块73、AD转换模块74、数据处理模块75以及Can总线收发模块76为各模块供电。
多级电源模块71包括24V/12V电源模块711、12V/5V电源模块712以及5V/3.3V电源模块713，24V/12V电源模块711连接12V/5V电源模块712，12V/5V电源模块712连接5V/3.3V电源模块713，24V/12V电源模块711连接高压模块72，12V/5V电源模块712连接AD转换模块74、采集模块73以及数据处理模块75，5V/3.3V电源模块713连接Can总线收发模块76。
高压模块72连接电离室4为其提供极化高压。采集模块73连接电离室4和AD转换模块74，电离室4接收X射线并输出电流信号，采集模块73接收电离室4输出的电流信号并放大输出给AD转换模块74，AD转换模块74连接数据处理模块75将电压信号转换成数字信号发送给数据处理模块75。
数据处理模块75连接Can总线收发模块76，数据处理模块75接收AD转换模块的数字信号并进行数据计算、滤波处理，处理Can总线收发模块76接收到的上位指令，发送计算结果至Can总线收发模块76。
数据处理模块75为单片机，基于单片机的预处理能力，可以实现4.2kHz的初级采样速率，解决了原系统采集频率低的缺点，基于Can总线的通讯距离最大可传输10km，抗干扰性远优于模拟信号，解决了原有系统容易受伺服电机、环境磁场等因素干扰的缺点，一条总线最多可126个传感器，能够一对多的测量系统结构，是一种低成本的实现集中控制、分布测量的检测系统；
本发明提供了一种CAN总线接口数字X射线测厚传感器的工作方法，工作方法的步骤为：
1）当电离室接收到X射线照射时，X射线与气体的分子作用，产生电子和正离子，在电离室的极化高压电场中，电子和正离子分别被拉向两极，并被收集接收X射线后，行成飞安级的电流信号，输出给采集模块的测量单元；
2）采集模块的测量单元内具有静电计芯片，静电计芯片芯片将飞安级的电流信号放大并处理为毫伏级别的电压信号；
3）电压信号经过RC滤波电路，降低信号噪声，再输出给AD转换模块；
4）AD转换模块内具有A/D芯片，A/D芯片将信号转换为采样值V并从串行接口输出至数据处理模块；
5）数据处理模块将每次采样值V存储在缓存队列中，从最新一次采样值向前依次标记为V0、V1、V2、V3… Vn，默认n值为1ms内的采样次数，该值可由上位机通过命令设置；每间隔采样周期时间k，k值默认1ms，该值可由上位机通过命令设置，计算一个测量值M，k值默认1ms，测量值M通过串行接口发送给CAN总线通讯模块；
6）CAN总线通讯模块接收到的数据转换为电平信号传输至总线，完成数据发送。
上述测量值M的计算公式为：
；
其中，M为单次测量值；Vi为采样值；n为采样数量；i为采样序号。
（1）采用单片机采集并就地处理，对信号进行滤波、分组；
（2）采用CAN总线输出数据；
（3）支持滤波积分时间设置，支持采样周期设置。
本发明采用单片机采集并就地处理，对信号进行滤波、分组，采用CAN总线输出数据，支持滤波积分时间设置，支持采样周期设置，实现了薄膜测厚传感器的数字化和网络化。
上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种CAN总线接口数字X射线测厚传感器，其特征在于：它包括连接为一体的小屏蔽铝筒（1）和大屏蔽铝筒（2），所述小屏蔽铝筒（1）的下端面具有防护网罩（3），小屏蔽铝筒（1）的型腔内设置有电离室（4），电离室（4）与防护网罩（3）之间设置有绝缘垫圈（5），电离室（4）的上端部连接有绝缘压环（6），所述大屏蔽铝筒（2）内设置有环形PCB电路板（7），环形PCB电路板（7）位于绝缘压环（6）的上方，大屏蔽铝筒（2）的上端连接有上盖（8）。
2.根据权利要求1所述的CAN总线接口数字X射线测厚传感器，其特征在于：所述环形PCB电路板（7）上具有多级电源模块（71）、高压模块（72）、采集模块（73）、AD转换模块（74）、数据处理模块（75）以及Can总线收发模块（76），所述多级电源模块（71）分别连接高压模块（72）、采集模块（73）、AD转换模块（74）、数据处理模块（75）以及Can总线收发模块（76）为各模块供电。
3.根据权利要求2所述的CAN总线接口数字X射线测厚传感器，其特征在于：所述多级电源模块（71）包括24V/12V电源模块（711）、12V/5V电源模块（712）以及5V/3.3V电源模块（713），24V/12V电源模块（711）连接12V/5V电源模块（712），12V/5V电源模块（712）连接5V/3.3V电源模块（713），所述24V/12V电源模块（711）连接高压模块（72），所述12V/5V电源模块（712）连接AD转换模块（74）、采集模块（73）以及数据处理模块（75），所述5V/3.3V电源模块（713）连接Can总线收发模块（76）。
4.根据权利要求3所述的CAN总线接口数字X射线测厚传感器，其特征在于：所述高压模块（72）连接所述电离室（4）为其提供极化高压。
5.根据权利要求4所述的CAN总线接口数字X射线测厚传感器，其特征在于：所述采集模块（73）连接电离室（4）和AD转换模块（74），电离室（4）接收X射线并输出电流信号，采集模块（73）接收电离室（4）输出的电流信号并放大输出给AD转换模块（74），AD转换模块（74）连接数据处理模块（75）将电压信号转换成数字信号发送给数据处理模块（75）。
6.根据权利要求5所述的CAN总线接口数字X射线测厚传感器，其特征在于：所述数据处理模块（75）连接Can总线收发模块（76），所述数据处理模块（75）接收AD转换模块的数字信号并进行数据计算、滤波处理，处理Can总线收发模块（76）接收到的上位指令，发送计算结果至Can总线收发模块（76）。
7.根据权利要求6所述的CAN总线接口数字X射线测厚传感器，其特征在于：所述数据处理模块（75）为单片机。
8.根据权利要求1所述的CAN总线接口数字X射线测厚传感器，其特征在于：所述小屏蔽铝筒（1）的直径小于大屏蔽铝筒（2）的直径。
9.一种CAN总线接口数字X射线测厚传感器的工作方法，其特征在于：所述工作方法的步骤为：
1）当电离室接收到X射线照射时，X射线与气体的分子作用，产生电子和正离子，在电离室的极化高压电场中，电子和正离子分别被拉向两极，并被收集接收X射线后，行成飞安级的电流信号，输出给采集模块的测量单元；
2）采集模块的测量单元内具有静电计芯片，静电计芯片芯片将飞安级的电流信号放大并处理为毫伏级别的电压信号；
3）电压信号经过RC滤波电路，降低信号噪声，再输出给AD转换模块；
4）AD转换模块内具有A/D芯片，A/D芯片将信号转换为采样值V并从串行接口输出至数据处理模块；
5）数据处理模块将每次采样值V存储在缓存队列中，从最新一次采样值向前依次标记为V0、V1、V2、V3… Vn，默认n值为1ms内的采样次数；每间隔采样周期时间k，计算一个测量值M，k值默认1ms，测量值M通过串行接口发送给CAN总线通讯模块；
6）CAN总线通讯模块接收到的数据转换为电平信号传输至总线，完成数据发送。
10.根据权利要求9所述的CAN总线接口数字X射线测厚传感器，其特征在于：所述测量值M的计算公式为：
；
其中，M为单次测量值；Vi为采样值；n为采样数量；i为采样序号。
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