CN203824513U - 物体厚度检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种物体厚度检测装置。该物体厚度检测装置包括：第一电极板；第二电极板，与第一电极板间隔预设距离设置，其中，第一电极板和第二电极板形成电容；以及检测机构，与第一电极板和第二电极板分别相连接，用于检测第一电极板和第二电极板之间的电压以根据电压确定从第一电极板和第二电极板之间通过的待测物体的厚度范围。通过本实用新型，达到了提高物体厚度检测的精度的效果。

Description

物体厚度检测装置

技术领域

本实用新型涉及检测领域，具体而言，涉及一种物体厚度检测装置。

背景技术

薄片状物品，如纸张、票据、塑料薄膜、纺织物品等物体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，各行业使用的物体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。

目前，物体厚度测量方案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来检测厚度。或者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，从而改变了由平板电容器构成的振荡器的输出频率，通过检测频率进行厚度检测。上述两种方案均经过由电容构成震荡电路产生频率的变化来进行厚度的检测，这种经过多重转换的进行厚度检测导致物体厚度检测的精度降低。

针对现有技术中物体厚度检测的精度低的问题，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物体厚度检测装置，以解决物体厚度检测的精度低的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种物体厚度检测装置。根据本实用新型的物体厚度检测装置包括：第一电极板；第二电极板，与所述第一电极板间隔预设距离设置，其中，所述第一电极板和所述第二电极板形成电容；以及检测机构，与所述第一电极板和所述第二电极板分别相连接，用于检测所述第一电极板和所述第二电极板之间的电压，并根据所述电压确定从第一电极板和第二电极板之间通过的待测物体的厚度范围。

进一步地，所述检测机构包括：阻抗变换单元，与所述第一电极板和所述第二电极板分别相连接，用于通过阻抗变换对所述电压进行放大处理，得到放大后的电压；以及比较单元，与所述阻抗变换单元相连接，用于将所述放大后的电压与阈值电压进行比较并根据比较结果确定所述待测物体的厚度范围。

进一步地，所述阻抗变换单元包括场效应管放大电路或者三极管放大电路。

进一步地，所述第二电极板包括第二一电极板和第二二电极板，其中，所述第二一电极板和所述第二二电极板在所述第一电极板的同一侧且均与所述第一电极板间隔所述预设距离设置。

进一步地，所述检测机构包括：第一阻抗变换单元，与所述第二一电极板和所述第一电极板分别相连接，用于通过阻抗变换对所述第一电压进行放大，得到放大后的第一电压；第二阻抗变换单元，与所述第二二电极板和所述第一电极板分别相连接，用于通过阻抗变换对所述第二电压进行放大，得到放大后的第二电压；差分放大单元，与所述第一阻抗变换单元和所述第二阻抗变换单元分别相连接，用于对所述放大后的第一电压和所述放大后的第二电压的电压差进行放大，得到差分电压；以及比较单元，与所述差分放大单元相连接，用于将所述差分电压与阈值电压进行比较并根据比较结果确定所述待测物体的厚度范围。

进一步地，所述第一电极板与电源相连接，其中，所述电源用于向所述第一电极板供电；或者所述第一电极板为驻极体电极板。

进一步地，所述物体厚度检测装置还包括：电量补偿单元，用于对所述驻极体电极板的带电量进行补偿。

进一步地，所述物体厚度检测装置还包括：校正单元，与所述检测机构相连接，用于对所述检测机构进行校正。

通过本实用新型，采用第一电极板和第二电极板形成电容，待测物体在第一电极板和第二电极板之间通过时，检测机构检测第一电极板和第二电极板之间的电压，以确定待测物体的厚度，无需对检测的数据进行多重转化，减少转化过程中的误差，从而解决了物体厚度检测的精度低的问题，达到了提高物体厚度检测的精度的效果。

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物体厚度检测装置的示意图；

图2是根据本实用新型第二实施例的物体厚度检测装置的示意图；

图3是根据本实用新型第三实施例的物体厚度检测装置的示意图；

图4是根据本实用新型第四实施例的物体厚度检测装置的示意图；以及

图5是根据本实用新型第五实施例的物体厚度检测装置的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，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。

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。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。

本实用新型实施例还提供了一种物体厚度检测装置。图1是根据本实用新型实施例的物体厚度检测装置的示意图。如图1所示，该物体厚度检测装置包括第一电极板10、第二电极板20和检测机构30。第二电极板20与第一电极板10间隔预设距离设置，其中，第一电极板10和第二电极板20形成电容，待测物体从第一电极板10和第二电极板20之间通过。检测机构与第一电极板10和第二电极板20分别相连接，用于检测第一电极板10和第二电极板20之间的电压，并根据电压确定从第一电极板和第二电极板之间通过的待测物体的厚度范围。

第一电极板10和第二电极板20可以正对平行设置形成平行板电容，其间隔的预设距离可以根据待测物体的厚度进行调整。第一电极板10和第二电极板20中可以选择一个电极板作为具有固定电势的电极板，例如，将第一电极板连接电源，该电源具有固定的电压值。检测机构30检测第一电极板10和第二电极板20之间的电压，根据该电压确定待测物体的厚度。

本实用新型实施例的第一电极板10可以包括一个或者多个电极板，第二电极板20也可以包括一个或者多个电极板。例如，第二电极板包括两个电极板，该两个电极板分别与第一电极板10间隔所述预设距离设置，两个电极板可以处于同一平面。该两个电极板分别与第一电极板10形成电容。

在测量待测物体厚度时，待测物体可以以图中箭头所示方向通过第一电极板10和第二电极板20之间，由于第一电极板10和第二电极板20形成电容，当待测物体在第一电极板10和第二电极板20之间通过时，使得第一电极板10和第二电极板20之间的电压发生改变，检测机构30，第一电极板10和第二电极板20之间的电压，从而根据该电压确定待测物体的厚度无需多次转换。

本实用新型实施例中，待测物体可以是薄片状物品，例如纸张、票据、塑料薄膜、纺织物品等。

根据本实用新型实施例，采用第一电极板和第二电极板形成电容，待测物体在第一电极板和第二电极板之间通过时，检测机构检测第一电极板和第二电极板之间的电压，以确定待测物体的厚度，无需对检测的数据进行多重转化，减少转化过程中的误差，从而解决了物体厚度检测的精度低的问题，达到了提高物体厚度检测的精度的效果。

如图2所示，检测机构30包括阻抗变换单元301和比较单元302，阻抗变换单元301与第一电极板10和第二电极板20分别相连接，用于通过阻抗变换对电压进行放大处理，得到放大后的电压。比较单元302与阻抗变换单元301相连接，用于将放大后的电压与阈值电压进行比较并根据比较结果确定待测物体的厚度范围。

比较单元302可以包括比较器，以将放大后的电压与阈值电压进行比较，确定待测物体的厚度范围。阈值电压可以是用于确定待测物体的厚度范围的电压。

具体地，第一电极板10和第二电极板20之间会有微小电压u1,经过阻抗变换单元301放大后变为U1，当第一电极板10和第二电极板20之间有薄片物体通过时，第一电极板10和第二电极板20之间的电压会有变化，变为u2，经过阻抗变换单元301放大后变为U2，U2接入比较单元302参与比较(与阈值电压进行比较)；在薄片物体通过的过程中，如果薄片物体厚度一致，阻抗变换单元301输出的电压始终为U2，考虑薄片物体通过过程中的震动，U2在U2±△U区间(即阈值电压)变化，当薄片物体在通过过程中，由比较单元302判断U2的值是否在U2±△U这个区间，如果超过这个区间则可认为薄片物体厚度异常。

优选地，阻抗变换单元包括场效应管放大电路或者三极管放大电路。通过场效应管放大电路或者三极管放大电路对检测到的电压进行放大处理。

优选地，第二电极板20包括第二一电极板和第二二电极板，其中，第二一电极板和第二二电极板在第一电极板10的同一侧且均与第一电极板20间隔预设距离设置，以形成两个电容。其中，检测机构30与第二一电极板和第二二电极板分别相连接，用于检测第一电压和第二电压，第一电压为第二一电极板与第一电极板10之间的电压，第二电压为第二二电极板与第一电极板10之间的电压。

由于本实施例中的装置包括两个电容，两个电容对应有两个电压，即第一电压和第二电压，检测结构30检测第一电压和第二电压，可以计算第一电压和第二电压的电压差，并根据电压差确定待测物体的厚度。

进一步优选地，检测机构30包括：第一阻抗变换单元，与第二一电极板和第一电极板分别相连接，用于通过阻抗变换对第一电压进行放大，得到放大后的第一电压；第二阻抗变换单元，与第二二电极板和第一电极板分别相连接，用于通过阻抗变换对第二电压进行放大，得到放大后的第二电压；差分放大单元，与第一阻抗变换单元和第二阻抗变换单元分别相连接，用于对放大后的第一电压和放大后的第二电压的电压差进行放大，得到差分电压；以及比较单元，与差分放大单元相连接，用于将差分电压与阈值电压进行比较并根据比较结果确定待测物体的厚度范围。

具体地，如图3所示，第二一电极板201和第二二电极板202对称的放在第一电极板10对面，形成两个平行板电容，第一阻抗变换单元3011和第二阻抗变换单元3012接入差分放大单元303，由差分放大单元303对两路信号进行差分放大，放大后的输出接入比较单元302。差分放大单元303可以放大第一电极板10与第二一电极板201和第二二电极板202之间的差分信号(即第一电压和第二电压的电压差)，而对于同时影响两个极板的共模信号可以有效抑制；薄片物体同时经过两个平板电极下时，当薄片物体厚度均匀，两个检出电极上的电压相同，理想差分放大后的电压为0，考虑两个电极下薄片物体震动等不一致的因素，比较单元302的阈值电压可以设置为±△U，在薄片物体同时通过两个极板的过程中，如果差分放大后的电压超过±△U，则可认为薄片物体厚度异常。需要说明的是，当待测物体进入第二一电极板201下而未进入第二二电极板202下产生的进入电压差值信号或薄片物体走出第二一电极板201而未走出第二二电极板202时的走出电压差值信号只作为判断薄片物体进入电路和走出电路的标志，而不作为判断薄片物体厚度异常的依据；特别的，进入电压差值信号和走出电压差值信号的大小与薄片物体移动速度有关，应根据薄片物体进入电路的速度准确判断两电压信号。

图4所示实施例的物体厚度检测装置与图3所示的物体厚度检测装置的不同之处在于增加存储单元304，与比较单元302相连接，用于存储多种条件下的比较判定阈值。由于不同的温度、湿度条件下，两检出电极下相同的厚度差异经过差分放大后的输出也不同，所以比较单元302中阈值电压的设置不能适应多变的环境因素的影响。通过实际测试，将不同温度、湿度条件下的阈值电压列表存储在存储单元304中。在电路工作时，通过判断环境的温度和湿度，从存储单元304中的列表选择合适的比较阈值进行准确判断。

优选地，第一电极板10与电源相连接，其中，电源用于向第一电极板供电；或者第一电极板10为驻极体电极板。第一电极板10与电源相连接，表示第一电极板10具有固定电压值，这样，只需要测量第二电极板20的电压变化即可得到第一电极板10和第二电极板20之间的电压变化。当第一电极板为驻极体电极板时，即第一电极板10所具有的电荷量固定，也即是具有的电势固定。

进一步优选地，物体厚度检测装置还包括电量补偿单元，电量补偿单元用于对驻极体电极板的带电量进行补偿。当第一电极板10为驻极体电极板时，随着时间推移或者环境因素的改变，其电荷量会发生变化(减少或者增加)，通过采用电量补偿单元对驻极体电极板的电荷量进行补偿，从而避免由于驻极体电极板的电荷量的改变对检测结果的影响。电量补偿单元可以与驻极体电极板之间相连接，用于直接对驻极体电极板的电量进行补偿；电量补偿单元还可以与差分放大单元相连接，用于补充由于驻极体电极板的电量变化导致的电压变化量。

如图5所示，本实用新型实施例中电量补偿单元305与差分放大单元303相连接，当第一电极板使用驻极体电极板时，可增加电量补偿单元305，用于补偿驻极体电量的变化。在电路长时间使用过程中，驻极体的电量可能因为环境因素增大或减小，从而影响最终的判断精度。一种可行的方法是采用基准厚度样张放在其中一个电极下，得出差分放大单元303的输出，电量补偿单元将其与初始标准输出进行比对，如果有差异则由补偿单元调整差分放大单元的增益，直到差分放大输出与初始标准值相等，这样即可消除由驻极体带电量差异造成的误判。

当然，当第一电极板采用驻极体电极板时，存储单元304中可以存储不同驻极体电极板电量下的阈值电压。即当驻极体带电量的变化时，可选择不同的阈值电压来补偿驻极体这种电量变化带来的误差，从而减小由于电荷量变化对检测结果的影响。

优选地，物体厚度检测装置还包括校正单元，与检测机构30相连接，用于对检测机构进行校正。校正比较单元等元器件的精度，从而避免由于元器件的精度对检测结果的影响。

本实用新型实施例的还提供了一种用于物体厚度检测装置的检测方法，该方法可以用于本实用新型实施例的物体厚度检测装置，本实用新型实施例的物体厚度检测装置也可以采用本实用新型实施例的检测方法。物体厚度检测装置包括：第一电极板；第二电极板，与第一电极板间隔预设距离设置，其中，第一电极板和第二电极板形成电容，待测物体从第一电极板和第二电极板之间通过；以及检测机构，与第一电极板和第二电极板分别相连接。检测方法包括以下步骤：

步骤S602，检测第一电极板和第二电极板之间的电压。

步骤S604，根据电压确定待测物体的厚度范围。

在测量待测物体厚度时，待测物体可以以图1中箭头所示方向通过第一电极板10和第二电极板20之间，由于第一电极板10和第二电极板20形成电容，当待测物体在第一电极板10和第二电极板20之间通过时，使得第一电极板10和第二电极板20之间的电压发生改变，检测机构30，第一电极板10和第二电极板20之间的电压，从而根据该电压确定待测物体的厚度无需多次转换。

具体地，第一电极板10和第二电极板20之间会有微小电压u1,经过阻抗变换单元301放大后变为U1，当第一电极板10和第二电极板20之间有薄片物体通过时，第一电极板10和第二电极板之间的电压会有变化，变为u2，经过阻抗变换单元301放大后变为U2，U2接入比较单元302参与比较(与阈值电压进行比较)；在薄片物体通过的过程中，如果薄片物体厚度一致，阻抗变换单元301输出的电压始终为U2，考虑薄片物体通过过程中的震动，U2在U2±△U区间(即阈值电压)变化，当薄片物体在通过过程中，由比较单元302判断U2的值是否在U2±△U这个区间，如果超过这个区间则可认为薄片物体厚度异常。

本实用新型实施例中，待测物体可以是薄片状物品，例如纸张、票据、塑料薄膜、纺织物品等。

根据本实用新型实施例，检测第一电极板和第二电极板之间的电压，以确定待测物体的厚度，无需对检测的数据进行多重转化，减少转化过程中的误差，从而解决了物体厚度检测的精度低的问题，达到了提高物体厚度检测的精度的效果。

优选地，第二电极板包括第二一电极板和第二二电极板，电压包括第一电压和第二电压，第一电压为第一电极板与第二一电极板之间的电压，第二电压为第一电极板与第二二电极板之间的电压。根据电压确定待测物体的厚度范围包括：计算第一电压与第二电压的电压差；对电压差进行放大，得到差分电压；将差分电压与阈值电压进行比较，得到比较结果；以及根据比较结果确定待测物体的厚度范围。

该方法还可通过检测第一电压和第二电压之间的电压差值来判断薄片物体的厚度是否有差异，当薄片物体同时在两个检出电极下经过时，如果两个检出电极之间的电压差值在某一阈值内，则认为经过两个检出电极下的薄片物体厚度相同，若电压差值超过阈值，则认为两检出电极下的薄片物体厚度不同。

该方法还包括识别薄片物体进入第二一电极板下而未进入第二二电极板下产生的进入电压差值信号或薄片物体走出第二一电极板而未走出第二二电极板时的走出电压差值信号。薄片物体的进入电压差值信号和走出电压差值信号只作为判断薄片物体进入电路和走出电路的标志，而不作为判断薄片物体厚度异常的依据。

具体地，如图3所示，第二一电极板201和第二二电极板202对称的放在第一电极板10对面，形成两个平行板电容，第一阻抗变换单元3011和阻抗变换单元3012接入差分放大单元303，由差分放大单元303对两路信号进行差分放大，放大后的输出接入比较单元302。差分放大单元303可以放大第一电极板10与第二一电极板201和第一电极板202之间的差分信号(即第一电压和第二电压的电压差)，而对于同时影响两个极板的共模信号可以有效抑制；薄片物体同时经过两个平板电极下时，当薄片物体厚度均匀，两个检出电极上的电压相同，理想差分放大后的电压为0，考虑两个电极下薄片物体震动等不一致的因素，比较单元302的阈值电压可以设置为±△U，在薄片物体同时通过两个极板的过程中，如果差分放大后的电压超过±△U，则可认为薄片物体厚度异常。需要说明的是，当待测物体进入第二一电极板201下而未进入第二二电极板202下产生的进入电压差值信号或薄片物体走出第二一电极板201而未走出第二二电极板202时的走出电压差值信号只作为判断薄片物体进入电路和走出电路的标志，而不作为判断薄片物体厚度异常的依据；特别的，进入电压差值信号和走出电压差值信号的大小与薄片物体移动速度有关，应根据薄片物体进入电路的速度准确判断两电压信号。

优选地，本实用新型实施例的方法还可以的电压阈值可根据环境温度、湿度的不同或者可根据薄片物体速度的不同调整的阈值电压，从而进一步提高检测结果的精度。

优选地，本实用新型实施例的方法还可以使用基准厚度样张对驻极体第一电极板的带电量的变化进行补偿。

通过本实用新型能够准确检测出薄片物体厚度的异常，所采用的电路方法简单，体积紧凑，精度高、抗干扰能力强并且便于安装调试。

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 (8)

1.一种物体厚度检测装置，其特征在于，包括：

第一电极板；

第二电极板，与所述第一电极板间隔预设距离设置，其中，所述第一电极板和所述第二电极板形成电容；以及

检测机构，与所述第一电极板和所述第二电极板分别相连接，用于检测所述第一电极板和所述第二电极板之间的电压以根据所述电压确定从第一电极板和第二电极板之间通过的待测物体的厚度范围。

2.根据权利要求1所述的物体厚度检测装置，其特征在于，所述检测机构包括：

阻抗变换单元，与所述第一电极板和所述第二电极板分别相连接，用于通过阻抗变换对所述电压进行放大处理，得到放大后的电压；以及

比较单元，与所述阻抗变换单元相连接，用于将所述放大后的电压与阈值电压进行比较并根据比较结果确定所述待测物体的厚度范围。

3.根据权利要求2所述的物体厚度检测装置，其特征在于，所述阻抗变换单元包括：场效应管放大电路或者三极管放大电路。

4.根据权利要求1所述的物体厚度检测装置，其特征在于，所述第二电极板包括第二一电极板和第二二电极板，其中，所述第二一电极板和所述第二二电极板在所述第一电极板的同一侧且均与所述第一电极板间隔所述预设距离设置。

5.根据权利要求4所述的物体厚度检测装置，其特征在于，所述检测机构包括：

第一阻抗变换单元，与所述第二一电极板和所述第一电极板分别相连接，用于通过阻抗变换对所述第一电压进行放大，得到放大后的第一电压；

第二阻抗变换单元，与所述第二二电极板和所述第一电极板分别相连接，用于通过阻抗变换对所述第二电压进行放大，得到放大后的第二电压；

差分放大单元，与所述第一阻抗变换单元和所述第二阻抗变换单元分别相连接，用于对所述放大后的第一电压和所述放大后的第二电压的电压差进行放大，得到差分电压；以及

比较单元，与所述差分放大单元相连接，用于将所述差分电压与阈值电压进行比较并根据比较结果确定所述待测物体的厚度范围。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的物体厚度检测装置，其特征在于，

所述第一电极板与电源相连接，其中，所述电源用于向所述第一电极板供电；或者

所述第一电极板为驻极体电极板。

7.根据权利要求6所述的物体厚度检测装置，其特征在于，所述物体厚度检测装置还包括：

电量补偿单元，用于对所述驻极体电极板的带电量进行补偿。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的物体厚度检测装置，其特征在于，所述物体厚度检测装置还包括：

校正单元，与所述检测机构相连接，用于对所述检测机构进行校正。