CN203811121U - 厚度传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种厚度传感器。该厚度传感器包括：驻极体电极；检测电极，与驻极体电极相对且间隔设置，其中，驻极体电极与检测电极之间的间隔为待检测物品的传输通道；以及检测电路，与检测电极相连接，用于检测待检测物品经过传输通道过程中检测电极的感应电信号。通过本实用新型，解决了现有技术中厚度传感器的测量精度较低的问题，进而达到了提高厚度传感器测量精度的效果。

Description

厚度传感器

技术领域

本实用新型涉及测量领域，具体而言，涉及一种厚度传感器。

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，各行业使用的厚度检测技术主要包括使用霍尔器件、反射型超声波、透射型超声、电磁感应式、涡流式等技术来测试薄片式物品的厚度。但这些技术作为在线检测技术使用时，其检测装置体积大，成本高是其主要缺点，限制了这些技术的应用。

近年来，通过电极间的静电感应进行厚度测量的技术也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。这些通过电极间的静电感应的厚度测量技术在一定程度上减小了装置的体积，但仍需要传动机构，因此与设备的小型化的发展还不相称，另外对于电极间的静电感应的检测方式，首先要对电极施加一定的电压。这种由外部施加的电压容易受到周围环境的影响引入干扰及噪音，不能作到精密准确的测量。尤其是在物品高速传输状态、需要多点多路精确测量以及实测对象极薄的条件下，上述厚度传感器的测量精度存在很大的局限性。

针对相关技术中厚度传感器的测量精度较低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种厚度传感器，以解决现有技术中厚度传感器的测量精度较低的问题。

根据本实用新型，提供了一种厚度传感器。

根据本实用新型的厚度传感器包括：驻极体电极；检测电极，与所述驻极体电极相对且间隔设置，其中，所述驻极体电极与所述检测电极之间的间隔为待检测物品的传输通道；以及检测电路，与所述检测电极相连接，用于检测所述待检测物品经过所述传输通道过程中所述检测电极的感应电信号。

进一步地，所述驻极体电极包括：第一基板和驻极体，其中，所述驻极体设置在所述第一基板上，所述检测电极包括：第二基板和感应电极，其中，所述感应电极设置在所述第二基板上。

进一步地，所述驻极体设置在所述第一基板的设置面上，所述感应电极设置在所述第二基板的设置面上，其中，所述第一基板的设置面为所述第一基板朝向或背向所述传输通道的面，所述第二基板的设置面为所述第二基板朝向或背向所述传输通道的面。

进一步地，所述检测电路包括：阻抗匹配电路，与所述检测电极相连接；以及放大电路，与所述阻抗匹配电路，相连接。

进一步地，所述感应电极包括：第一感应电极；以及第二感应电极，与所述第一感应电极相邻并间隔设置在所述第二基板的设置面上。

进一步地，所述感应电信号包括所述第一感应电极产生的第一感应电信号和所述第二感应电极产生的第二感应电信号，所述检测电路包括：阻抗匹配电路，具有第一信号接收端子和第二信号接收端子，其中，所述第一信号接收端子与所述第一感应电极相连接，所述第二信号接收端子与所述第二感应电极相连接；以及放大电路，具有第一差分输入端和第二差分输入端，其中，所述第一差分输入端通过所述阻抗匹配电路接收所述第一感应电信号，所述第二差分输入端通过所述阻抗匹配电路接收所述第二感应电信号。

进一步地，所述厚度传感器还包括：调节件，设置在所述驻极体电极和所述检测电极之间，用于调节所述传输通道的大小。

在本实用新型中，采用具有以下结构的厚度传感器：驻极体电极；检测电极，与所述驻极体电极相对且间隔设置，其中，所述驻极体电极与所述检测电极之间的间隔为待检测物品的传输通道；以及检测电路，与所述检测电极相连接，用于检测所述待检测物品经过所述传输通道过程中所述检测电极的感应电信号。通过设置驻极体电极，使用驻极体电极提供了非常稳定的带电电压，取消了通过外加电源而形成的带电电压，从而使电极不需要外部提供电压，减少了外部的电源及外部环境的影响，能够提供高精度的准确测量，解决了现有技术中厚度传感器的测量精度较低的问题，进而达到了提高厚度传感器测量精度的效果。并且，通过采用驻极体电极与检测电极相对设置的平板电极的结构，在两个电极之间构成了待检测物品的传输通道，达到了大大减小了传感器的体积，实现了在线高速连续检测的功能。

附图说明

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

图1是根据本实用新型第一实施例的厚度传感器的断面示意图；

图2是根据本实用新型第一实施例的厚度传感器的侧面示意图；

图3是根据本实用新型第二实施例的厚度传感器的断面示意图；

图4是根据本实用新型第三实施例的厚度传感器的断面示意图；

图5是根据本实用新型第四实施例的厚度传感器的断面示意图；

图6是根据本实用新型实施例的厚度传感器中检测电路的示意图；

图7是根据本实用新型第五实施例的厚度传感器的断面示意图；

图8是根据本实用新型第六实施例的厚度传感器的断面示意图；

图9是根据本实用新型第七实施例的厚度传感器的断面示意图；

图10是根据本实用新型第八实施例的厚度传感器的断面示意图；以及

图11是根据本实用新型实施例的厚度传感器中检测电路的又一示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型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，以便这里描述的本实用新型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。

在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

根据本实用新型实施例，提供了一种厚度传感器，以下对本实用新型实施例所提供的厚度传感器做具体介绍：

图1是根据本实用新型第一实施例的厚度传感器的断面示意图，如图1所示，该厚度传感器主要：驻极体电极1、检测电极2和检测电路3，其中：

驻极体电极1和检测电极2相对设置并相隔一定的距离，使两个电极形成一种平板电容的结构，但两个电极之间没有固定介质填充而是形成一个传输通道，在进行膜厚的在线检测过程中，待检测物品4通过此通道在两个电极之间传输，检测电路3与检测电极2相连接，用于检测检测电极2的感应电信号，其中，感应电信号可以是感应电荷，也可以是感应电压。

以下具体说明本实用新型实施例所提供的厚度传感器检测厚度的原理：

驻极体电极1与检测电极2相对放置，构成了类似于平板电容的结构，由于驻极体电极1上带有电荷，也会在检测电极2上感应出电荷，而检测电极2上感应出的电荷的多少，取决于两个电极的面积、两个电极相隔的距离、驻极体电极1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，只与两个电极之间介电常数有关，因此当待检测物品4经过传输通道时，就改变了两个电极间的介质的介电常数，使检测电极2上感应的电荷的数量也随之发生变化，待检测物品4的厚度不同，对两个电极间的介电常数的改变也不相同，检测电极2上感应的电荷也不相同，因此通过检测极板2上感应电信号的多少可以计算出待检测物品4的厚度。

本实用新型实施例所提供的厚度传感器，通过使用驻极体电极提供了非常稳定的带电电压，取消了通过外加电源而形成的带电电压，从而使电极不需要外部提供电压，减少了外部的电源及外部环境的影响，能够提供高精度的准确测量，解决了现有技术中厚度传感器的测量精度较低的问题，进而达到了提高厚度传感器测量精度的效果。并且，通过采用驻极体电极与检测电极相对设置的平板电极的结构，在两个电极之间构成了待检测物品的传输通道，达到了大大减小了传感器的体积，实现了在线高速连续检测的功能。

具体地，驻极体电极1主要包括第一基板101和驻极体102，其中，第一基板101为驻极体电极1的基板，驻极体102是由驻极体材料在驻极体基板的设置面上制作而成的，检测电极2主要包括第二基板201和感应电极202，其中，第二基板201为检测电极2的基板，感应电极202为在检测电极基板的设置面上形成的可形成静电感应电荷的电极，在图1中示出的第一实施例的厚度传感器中，驻极体基板的设置面和检测电极基本的设置面均为朝向传输通道的设置面。待检测物品4通过此通道在两个电极之间传输过程中，检测电路3主要是检测感应电极202上的感应电荷或感应电压电路。

驻极体102是一种带有电荷的介质，根据对不同检测物品的感度的要求，驻极体102携带电荷所形成的电压在几伏到几十伏或几百伏左右，本实用新型实施例的厚度传感器主要用于检测纸币以及纸币上所贴付的胶带，要求有比较高的感度，以便区别纸币上是否贴有胶带，因此可以使用携带电荷的电压达到40V左右的驻极体102。

由于驻极体102本身带有电荷，因此驻极体电极1不需要外界进行供电，从而可消除外界电源带来的不稳定以及噪音的影响。形成驻极体的材料有很多种类，如氟化物聚合物系列，聚烯烃系列等，只要能够携带一定量的固定电荷，都可应用于本实用新型的厚度传感器，本实用新型实施例中使用的驻极体材料为聚四氟乙烯的特氟龙材料，先将其印刷或涂覆在驻极体电极基板101上，在高温下通过高压放电方式使其携带电荷。

驻极体电极基板101是驻极体102的载体，并且与检测电极基板201相对放置构成传输通道。其材料一般为玻璃、PCB、金属板或陶瓷板等，本实施例中使用PCB作为驻极体电极基板，在PCB上设计好所需要的图像、印刷驻极体材料并固化，通过高温高压放电形成携带电荷。

检测电极基板201与驻极体电极基板101基本类似，其基本材料有玻璃、PCB、金属板或陶瓷板等，两个基板的材料可以相同，也可以不同。本实施例中使用玻璃板作为检出电极基板。并且在玻璃板上形成ITO膜作为静电感应电极202。

图2是根据本实用新型第一实施例的厚度传感器的侧面示意图，如图2所示，本实用新型第一实施例的厚度传感器还可以包括调节件5，该调节件5设置在驻极体电极1和检测电极2之间，用于调节传输通道的大小，即，调节件5是是厚度传感器两端通道宽度调节装置，对于相对固定的检测对象，通过调节件5可以将传输通道设置成固定高度，使厚度传感器保持一个固定宽度的传输通道，从而可以简化传感器的结构、减小体积。对于检测物品厚度范围比较广的应用情况，调节件5可以设置具有活动结构的调节件，以对传输通道的宽度进行活动调节，适应不同的检测对象。

在本实用新型实施例中，为了便于待检测物品4在两个电极间顺利传输，根据待检测物品4厚度的不同，两个电极间的距离在1mm到10mm的程度左右，即，传输通道的大小(或者说宽度)1mm到10mm的程度左右。

图3是根据本实用新型第二实施例的厚度传感器的断面示意图，如图3所示，该第二实施例所提供的厚度传感器与图1中示出的第一实施例的厚度传感器的区别在于：第一基板101的设置面为背向传输通道的一面，第二基本201的设置面为朝向传输通道的一面，即，驻极体102设置于驻极体电极基板101的外侧，感应电极202设置于检测电极基板201的内侧，这种结构可以减小待测物品4在传输过程中产生的静电对驻极体102携带电荷的影响，提高厚度传感器测量精度的稳定性与可靠性，延长传感器的使用寿命。

图4是根据本实用新型第三实施例的厚度传感器的断面示意图，如图4所示，该第三实施例所提供的厚度传感器与图1中示出的第一实施例的厚度传感器的区别在于：第一基板101的设置面为朝向传输通道的一面，第二基本201的设置面为背向传输通道的一面，即，驻极体102设置于驻极体电极基板101的内侧，感应电极202设置于检测电极基板201的外侧，这种结构可以减小待测物品4在传输过程中对感应电极202的磨损，以及传输过程中产生的静电对感应电极202感应到的感应信号的影响。

图5是根据本实用新型第四实施例的厚度传感器的断面示意图，如图4所示，该第四实施例所提供的厚度传感器与图1中示出的第一实施例的厚度传感器的区别在于：第一基板101的设置面为背向传输通道的一面，第二基本201的设置面为背向传输通道的一面，即，驻极体102设置于驻极体电极基板101的外侧，感应电极202设置于检测电极基板201的外侧，这种结构可以减小待测物品4在传输过程中产生的静电对驻极体102携带电荷的影响，并减少待测物品4在传输过程中产生的静电对感应电极202感应到的感应信号的影响，提高厚度传感器测量精度的稳定性与可靠性。

图6是根据本实用新型实施例的厚度传感器中检测电路的示意图，该检测电路主要应用于本实用新型第一至第四实施例所提供的厚度传感器中，如图6所示，检测电路3主要包括阻抗匹配电路302和放大电路303，其中：

阻抗匹配电路302的一端与检测电极2相连接，用于接收感应电信号，具体地，阻抗匹配电路302主要是与检测电极2中的感应电极202相连接，以接收感应电极202感应的电荷信号或电压信号，阻抗匹配电路302的另一端与放大电路303相连接，由于信号接收电路301接收到的感应信号是一种比较微弱的信号，所以需要进行放大处理后才能供后续电路进行数字化及运算处理，以计算得到待检测物品的厚度，阻抗匹配电路302则主要用于对感应电信号进行处理，然后传送至放大电路303，以保证信号正常传输。在本实用新型实施例中，具体根据感应信号计算待检测物品厚度的计算方式，可以采用现有技术中的任一种根据感应电荷或感应电压进行厚度的方式，此处不再赘述。

需要说明的是，放大电路303输出的信号既可以直接传输至后续电路进行厚度计算，也可以通过检测电路3所包括的信号输出电路304传输至后续电路进行厚度计算。其中，信号输出电路304为可被控制导通与否的电路，如果控制信号输出电路304导通，则将放大电路303的输出信号传输至后续电路进行厚度计算，如果控制信号输出电路304断开，则停止对当前放大电路303所输出的信号进行厚度计算。通过设置信号输出电路304，实现了选择性地进行厚度计算。

图7是根据本实用新型第五实施例的厚度传感器的断面示意图，如图7所示，该第五实施例所提供的厚度传感器与图1中示出的第一实施例的厚度传感器的区别在于：感应电极202包括第一感应电极2021和第二感应电极2022，第一感应电极2021和第二感应电极2022相邻并间隔设置在第二基板201的设置面上。

图8是根据本实用新型第六实施例的厚度传感器的断面示意图，如图8所示，该第六实施例所提供的厚度传感器与图3中示出的第二实施例的厚度传感器的区别在于：感应电极202包括第一感应电极2021和第二感应电极2022，第一感应电极2021和第二感应电极2022相邻并间隔设置在第二基板201的设置面上。

图9是根据本实用新型第七实施例的厚度传感器的断面示意图，如图9所示，该第七实施例所提供的厚度传感器与图4中示出的第三实施例的厚度传感器的区别在于：感应电极202包括第一感应电极2021和第二感应电极2022，第一感应电极2021和第二感应电极2022相邻并间隔设置在第二基板201的设置面上。

图10是根据本实用新型第八实施例的厚度传感器的断面示意图，如图10所示，该第八实施例所提供的厚度传感器与图5中示出的第四实施例的厚度传感器的区别在于：感应电极202包括第一感应电极2021和第二感应电极2022，第一感应电极2021和第二感应电极2022相邻并间隔设置在第二基板201的设置面上。

相应地，对应上述第五至第八实施例所提供的厚度传感器，应用在第五至第八实施例所提供的厚度传感器中的检测电路3的结构在图11中示出，如图11所示，阻抗匹配电路302具有第一信号接收端子和第二信号接收端子，其中，第一信号接收端子与第一感应电极2021相连接，用于接收第一感应电极2021产生的第一感应电信号，第二信号接收端子与第二感应电极2022相连接，用于接收第二感应电极2022产生的第二感应电信号。放大电路303具有第一差分输入端和第二差分输入端，其中，第一差分输入端通过第一信号接收端子接收阻抗匹配电路302传输过来的第一感应电信号，第二差分输入端通过第二信号接收端子接收阻抗匹配电路302传输过来的第二感应电信号。阻抗匹配电路302主要用于对第一感应电信号和第二感应电信号进行处理，然后传送至放大电路303，以保证信号正常传输。

本实用新型第一至第四实施例所提供的厚度传感器中，静电感应电极202是一个单一电极，这种结构在环境恶劣的条件下噪音的影响可能会变得明显一些，从而影响测量的精度。第五至第八实施例所提供的厚度传感器中，将静电感应电极分成两个相同结构的相邻电极2021和2022，在检测电路中，取两个感应电极上的信号进行差分放大处理，可以消除感应电极上的噪音信号的影响，大大提高测量信号的精度。

第一感应电极2021的感应出的电荷或电压信号作为检测信号1，传送至第一信号接收端子，第二感应电极2022的感应出的电荷或电压信号作为检测信号2，传送至第二信号接收端子，后续分别连接到差分放大电路的两个输入端进行信号大处理，得到的输出信号不仅消除了噪音的影响，而且两具电极间的微波差异都能等到精确处理，大大提高了传感器的检测精度。

根据本实用新型实施例，还提供了一种利用上述实施例所提供的厚度传感器进行厚度测量的方法，该厚度测量方法主要通过检测待检测物品经过传输通道过程中检测电极的感应电信号，来计算待检测物品的厚度，其中，传输通道即是本实用新型实施例上述内容所提供的厚度传感器的传输通道。

利用上述实施例所提供的厚度传感器进行厚度检测，通过使用驻极体电极提供了非常稳定的带电电压，取消了通过外加电源而形成的带电电压，从而使电极不需要外部提供电压，减少了外部的电源及外部环境的影响，能够提供高精度的准确测量，解决了现有技术中厚度传感器的测量精度较低的问题，进而达到了提高厚度传感器测量精度的效果。并且，通过采用驻极体电极与检测电极相对设置的平板电极的结构，在两个电极之间构成了待检测物品的传输通道，达到了大大减小了传感器的体积，实现了在线高速连续检测的功能。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型实现了减少了外部的电源及外部环境的影响，提高厚度传感器测量精度的效果。

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

Claims (7)

1.一种厚度传感器，其特征在于，包括：

驻极体电极(1)；

检测电极(2)，与所述驻极体电极(1)相对且间隔设置，其中，所述驻极体电极(1)与所述检测电极(2)之间的间隔为待检测物品的传输通道；以及

检测电路(3)，与所述检测电极(2)相连接，用于检测所述待检测物品经过所述传输通道过程中所述检测电极(2)的感应电信号。

2.根据权利要求1所述的厚度传感器，其特征在于，

所述驻极体电极(1)包括：第一基板(101)和驻极体(102)，其中，所述驻极体(102)设置在所述第一基板(101)上，

所述检测电极(2)包括：第二基板(201)和感应电极(202)，其中，所述感应电极(202)设置在所述第二基板(201)上。

3.根据权利要求2所述的厚度传感器，其特征在于，

所述驻极体(102)设置在所述第一基板(101)的设置面上，

所述感应电极(202)设置在所述第二基板(201)的设置面上，

其中，所述第一基板(101)的设置面为所述第一基板(101)朝向或背向所述传输通道的面，所述第二基板(201)的设置面为所述第二基板(201)朝向或背向所述传输通道的面。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的厚度传感器，其特征在于，所述检测电路(3)包括：

阻抗匹配电路(302)，与所述检测电极(2)相连接；以及

放大电路(303)，与所述阻抗匹配电路(302)，相连接。

5.根据权利要求3所述的厚度传感器，其特征在于，所述感应电极(202)包括：

第一感应电极(2021)；以及

第二感应电极(2022)，与所述第一感应电极(2021)相邻并间隔设置在所述第二基板(201)的设置面上。

6.根据权利要求5所述的厚度传感器，其特征在于，所述感应电信号包括所述第一感应电极(2021)产生的第一感应电信号和所述第二感应电极(2022)产生的第二感应电信号，所述检测电路(3)包括：

阻抗匹配电路(302)，具有第一信号接收端子和第二信号接收端子，其中，所述第一信号接收端子与所述第一感应电极(2021)相连接，所述第二信号接收端子与所述第二感应电极(2022)相连接；以及

放大电路(303)，具有第一差分输入端和第二差分输入端，其中，所述第一差分输入端通过所述阻抗匹配电路(302)接收所述第一感应电信号，所述第二差分输入端通过所述阻抗匹配电路(302)接收所述第二感应电信号。

7.根据权利要求1所述的厚度传感器，其特征在于，所述厚度传感器还包括：

调节件(5)，设置在所述驻极体电极(1)和所述检测电极(2)之间，用于调节所述传输通道的大小。