CN2835946Y - 一种电涡流传感器测厚仪 - Google Patents

Abstract

一种电涡流传感器测厚仪，应用于自动装订机生产线，它主要由传感器部分和主机部分组成，传感器部分与外接装订机中的机械传动部分连接，机械传动部分将距离的变化传递到传感器部分，传感器部分采用将距离的变化转化为电阻阻抗变化的电涡流式传感器，再由主机部分对阻抗变化作出响应，其特征在于：传感器部分采用双路差动式设计，检测电路部分分为两路，传感器部分采用两个电涡流式传感器，上侧传感器(1)、下侧传感器(3)分别位于机械传动部分的金属板(2)的正上、下方，上、下侧传感器分别通过传感器接线(8)、(9)与两个检测电路部分的振荡电路单元相连。由于本实用新型采用双路差动式设计，可对传感器进行选择，提高了测量精确度。

Description

一种电涡流传感器测厚仪

技术领域

本实用新型是一种应用于自动装订机生产线的测厚仪，可实现对印刷品厚度的自动检测。

背景技术

近年来，在印刷行业人们对自动装订机的智能化程度要求越来越高。印刷品厚度检测是实现自动装订机智能化测控的重要一环。目前，在国内印刷装订机械生产厂家，厚度检测仪完全依赖进口。厚度检测仪通常由传感器部分和主机部分组成。工作时印刷品沿传送带移动，经过传动部分的凸轮时，引起凸轮上下移动，而整个机械传动部分将移动距离的变化传递到传感器部分，根据电涡流原理，传感器将距离位移的变化转化为电阻阻抗的变化，主机部分将电阻阻抗的变化转化为电压、频率的变化，由单片机对频率计数处理后得到厚度值并显示。检测仪操作简单，使用方便。但是，检测仪器存在检测精度方面的不足。目前国内市场上的检测仪多采用一路传感器检测，由于传感器本身的精度范围限制，当测量距离较远时会出现检测不准确的情况。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有仪器一定范围内检测精度不高的不足，通过采用双路差动式设计的方法来克服上述不足。

本实用新型所设计的电涡流传感器测厚仪，由传感器部分和主机部分组成，主机部分又分为检测电路部分和显示电路部分，其中，传感器部分与外接的装订机中的机械传动部分连接，机械传动部分将距离位移的变化传递到传感器部分，传感器部分采用将距离位移的变化转化为电阻阻抗变化的电涡流式传感器，传感器部分与检测出电阻阻抗的变化并将之转化为电压、频率的变化的检测电路部分连接，最后由检测电路部分的单片机处理后得到厚度值并由显示电路部分显示；其特征在于：采用双路差动式设计，检测电路分为两路，传感器部分采用两个电涡流式传感器，上侧传感器1、下侧传感器3分别位于金属板2的正上方和正下方，上侧传感器1和下侧传感器3分别通过上侧传感器接线8、下侧传感器接线9与检测电路部分的振荡电路单元相连。

所述的机械传动部分包括凸轮5、传动装置4、金属板2，凸轮5与传动装置4直接相连，传动装置4与金属板2直接相连并将凸轮5在垂直方向上的位移反映到金属板2上，使金属板2在垂直方向上的位移与凸轮5同步。

所述的检测电路部分主要包括检测电路前端10和微处理器电路单元，所述的检测电路前端10包括顺次连接的振荡电路单元、整流滤波电路单元、放大电路单元、调零电路单元、V/F转换电路单元，所述的微处理器电路单元为两路检测电路共用，分别与两路检测电路前端10中的V/F转换电路单元连接；振荡电路单元与传感器连接，获取不同厚度并转换成不同的电压信号，该电压信号是交流信号，再通过整流滤波电路，得到直流电压信号，通过放大电路将该直流电压信号放大，再通过调零电路后，经过V/F转换电路将电压信号转换为微处理器所能识别的频率信号；最后将频率信号传送到微处理器。

所述检测电路部分中的微处理器为单片机系统，单片机程序对上、下侧传感器的信号进行选择，单片机外接具有掉电保持功能的数据存储器93C46。

所述的显示电路部分主要包括显示电路、报警灯；其中，显示电路、报警灯分别与单片机连接，显示电路部分采用芯片MAX7219。

本实用新型的电涡流传感器的工作过程为：传动装置4连接凸轮5和金属板2，印刷品7沿传送带6移动。当印刷品7经过凸轮5时，凸轮5被抬起，这种变化通过传动装置4传递到金属板2，使金属板上下移动，从而引起金属板2与上侧传感器和下侧传感器之间的距离位移都发生变化，根据电涡流原理，传感器将距离的变化转化为电阻阻抗的变化，检测电路部分将电阻阻抗的变化转化为电压、频率的变化，由单片机对频率计数处理后得到厚度值，并由单片机程序选择较小的厚度值进行显示。

工作原理是：当传感器线圈通以交变电流时，线圈周围产生一个交变磁场。置于该磁场范围内的金属板2内会产生电涡流，电涡流将产生一个新磁场；新磁场与原磁场反向，对原磁场起抵消作用，从而导致传感器线圈的电感量、阻抗都发生变化，由于传感器与振荡电路连接，从而引起输出电压也发生变化。传感器线圈与金属板2的距离不同，输出电压的变化也不同。该电压信号是交流信号，再通过整流滤波电路，得到直流电压信号；通过放大电路将该直流电压信号放大，再通过调零电路调节零点后，经过V/F转换电路将电压信号转换为微处理器所能识别的频率信号；最后将频率信号传送到微处理器；单片机根据事先进行的厚度标定，得到印刷品厚度测量值，并由单片机程序选择两路传感器得到的测量值中的较小值进行显示。

电涡流传感器的工作量程一般定为传感器直径的三分之一，经实验测定传感器距金属板的距离在传感器直径的六分之一内的精确度较高。当采用一路传感器时，传感器距金属板的距离有时会在传感器直径的六分之一之外，造成测量不准确的情况。本实用新型的双路差动式设计，选用距金属板较近的传感器为工作传感器，改善了这种情况，在一定范围内提高了测量精确度。

附图说明

图1：双路差动结构；

图2：测厚仪工作原理图；

图3：总程序流程图；

图4：传感器选择程序流程图。

图1中：1、上侧传感器  2、金属板  3、下侧传感器  4、传动装置5、凸轮  6、传送带  7、印刷品  8、上侧传感器接线  9、下侧传感器接线  10、检测电路前端

箭头表示印刷品移动的方向。

具体实施方式

下面结合附图介绍本实用新型的优选实施例：

本实用新型用于书刊、杂志等印刷品自动装订过程中厚度的测量，可自动检测出印刷品厚度，该仪器的主要功能是：检测出待装订印刷品的厚度测量值与标准值的差值，如果差值在允许范围之内，说明没有出现多页或少页现象，则进入自动装订工序；如果差值在允许范围之外，说明出现多页或少页现象，则通知上位机将该印刷品剔出。

本实用新型由传感器部分和主机部分组成，主机部分又分为检测电路部分和显示电路部分。它的工作原理图如图2所示。

本实用新型所采用的与传感器部分连接的机械传动部分是目前所有装订机上的公知部分，几乎所有装订机都采用类似结构，本实用新型并未对此机构进行改进，本实施例中采用的是LQD10型骑马装订机。机械传动部分主要包括凸轮5、传动装置4、金属板2，凸轮5与传动装置4直接相连，传动装置4与金属板2直接相连并将凸轮5在垂直方向上的位移反映到金属板2上，使金属板2在垂直方向上的位移与凸轮5同步。传动部分还应包括一个行程开关，它与检测电路中的单片机相连，作用是当印刷品通过凸轮时，通知测厚仪开始测量。

传感器采用电涡流传感器，型号为PE-LS10。本实用新型的发明点在于采用了双路差动式设计，采用两路检测电路和双传感器，每个传感器有两根接线，分别与检测电路中振荡电路部分连接。

主机部分分为检测电路部分和显示电路部分。所述的检测电路部分主要包括检测电路前端10和微处理器电路单元，所述的检测电路前端10包括顺次连接的振荡电路单元、整流滤波电路单元、放大电路单元、调零电路单元、V/F转换电路单元，所述的微处理器电路单元为两路检测电路共用，分别与两路检测电路前端10中的V/F转换电路单元连接；振荡电路属于电容三点式反馈振荡电路；整流滤波电路采用阻容滤波；放大电路采用同向比例放大电路；调零电路由一个15V的电压源提供一个恒定的电压贡献。调零电路所起的作用是，当传感器与金属之间无缝隙时(即距离为零时)，将其所对应的频率值调为零；V/F转换电路单元是将电压值转化为微处理器所能识别的频率值，主要芯片为AD654和TLP550；微处理器为ATMEL公司51系列单片机，型号为AT89C55WD。单片机外接具有掉电保持功能的存储器93C46，它是一种可编程存储器。显示电路部分主要包括显示电路和报警灯。显示电路部分的主要芯片为MAX7219，它是可编程控制的芯片，能驱动多个LED数码管。报警灯通过报警灯的驱动电路与单片机相连，由单片机程序控制。

本实用新型硬件电路部分如上所述，下面介绍一下软件部分的设计。在设计前首先要进行厚度标定，即检测出不同厚度所对应的频率值。将传感器的工作量程定为10mm，将它十等分，利用频率计每隔1mm记录一下它所对应的频率值，将这些频率值录入到单片机程序中。当印刷品厚度在间隔之间时，采用数值分析中拟合的方法进行计算。

软件部分主要指单片机的程序部分，如图3所示。首先进行程序初始化，包括单片机P0、P1口的初始化，定时器、计数器的初始化，MAX7219的初始化。当测厚仪处于工作状态时，程序是循环执行的，它分为两种状态，一种是记忆状态，一种是采样状态。在采样状态下，单片机程序主要完成检测出印刷品的准确厚度值并记录下来作为标准值；记忆状态包括中断服务程序、存储器93C46的控制程序、二进制转化BCD码的程序、显示程序。在记忆状态下，单片机程序进行计算得到印刷品厚度的测量值并与采样状态下得到的标准值相比较，当差值较大时，说明出现多页或少页现象，报警灯会报警，通知上位机将此印刷品剔出不予装订。最后再一次进行MAX7219初始化并进入下一次循环。MAX7219再次初始化初始化是为了解决芯片MAX7219在强干扰工作环境下死机的问题。

在工作状态，无论是记忆还是采样状态，都涉及到工作传感器的选择程序。传感器选择程序流程图如图4所示。当传感器工作时，两路测量电路得到的厚度测量值是不同的。必定是一路大，一路小。通过单片机选择较小值进行显示并停止较大的一路的工作。

测量过程如下：将上侧和下侧传感器1和3固定于金属板2上下两端，各距离5mm左右。印刷品7沿传送带6移动。当印刷品7经过凸轮5时，凸轮5被抬起，这种变化通过传动装置4传递到金属板2，使金属板上下移动，从而引起金属板2与传感器之间的距离发生变化，传感器将距离位移的变化转化为电阻阻抗的变化，检测电路部分将电阻阻抗的变化转化为电压、频率的变化，并由微处理器根据厚度标定值计算得出印刷品的厚度测量值，将之与标准值比较，如差值较大则报警灯亮通知上位机将该印刷品剔出，如下一印刷品未超过设定值，报警灯会自动熄灭。该测厚仪采用双路差动式设计，在一定范围内提高了测量精度。另外，该仪器元器件通用性较强，在市场上易获得，有利于该仪器的生产。

Claims (4)

1、一种电涡流传感器测厚仪，由传感器部分和主机部分组成，主机部分又分为检测电路部分和显示电路部分，其中，传感器部分与外接装订机中的机械传动部分连接，机械传动部分将距离位移的变化传递到传感器部分，传感器部分采用将距离位移的变化转化为电阻阻抗变化的电涡流式传感器，传感器部分与检测出电阻阻抗的变化并将之转化为电压、频率的变化的检测电路部分连接，最后由检测电路部分的单片机对频率计数处理后得到厚度值并由显示电路部分显示；其特征在于：传感器部分采用双路差动式设计，检测电路部分分为两路，传感器部分采用两个电涡流式传感器，上侧传感器(1)、下侧传感器(3)分别位于机械传动部分的金属板(2)的正上方和正下方，上侧传感器(1)和下侧传感器(3)分别通过传感器接线(8)、(9)与两个检测电路部分的振荡电路单元相连。

2、根据权利要求1所述的一种电涡流传感器测厚仪，其特征在于：所述的检测电路部分主要包括检测电路前端(10)和微处理器电路单元，所述的检测电路前端(10)包括顺次连接的振荡电路单元、整流滤波电路单元、放大电路单元、调零电路单元、V/F转换电路单元，所述的微处理器电路单元为两路检测电路共用，分别与两路检测电路前端(10)中的V/F转换电路单元连接；振荡电路单元与传感器连接，获取不同厚度并转换成不同的电压信号，该电压信号是交流信号，再通过整流滤波电路，得到直流电压信号，通过放大电路将该直流电压信号放大，再通过调零电路后，经过V/F转换电路将电压信号转换为微处理器所能识别的频率信号；最后将频率信号传送到微处理器。

3、根据权利要求2所述的一种电涡流传感器测厚仪，其特征在于：所述检测电路部分中的微处理器为单片机系统，单片机程序对上、下侧传感器的信号进行选择，单片机外接具有掉电保持功能的数据存储器93C46。

4、根据权利要求1所述的一种电涡流传感器测厚仪，其特征在于：所述的显示电路部分主要包括显示电路、报警灯；其中，显示电路、报警灯分别与单片机连接，显示电路部分采用芯片MAX7219。

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