基于電容傳感器的薄膜厚度測量系統設計

宋美杰

摘要：本文分析了測厚系統的測量原理，并對整個測量系統的硬件組成進行了介紹，最后對系統進行整體測試。結果表明，該系統測量薄膜厚度可以達到很好的測量效果，具有很高的應用價值。

關鍵詞：薄膜厚度；測量系統；電路設計

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）19-0173-02

一、引言

隨著包裝、印刷等行業的快速發展，各行業對高質量薄膜的需求與日俱增，厚度均勻性是塑料薄膜產品的重要指標。因此，設計一種實現薄膜厚度在線監測的高精度檢測系統，對薄膜的高質量生產具有重要意義。在多種無損檢測中，鑒于電容測厚法具有結構簡單、動態響應好、靈敏度高、適應性強等優點，本設計采用德國AMG公司的CAV414電容給傳感器，設計了一套薄膜厚度在線監測系統。

二、測厚系統設計

（一）測厚系統原理框圖

薄膜測厚系統的整體結構框圖如圖1所示。電容傳感器測量電路可以得到與厚度相關的電壓值。再經信號檢測處理電路送入A/D轉換器，MCU控制著信號的采集及數據處理算法的實現，送入微處理器進行處理后就可以得到當前的薄膜厚度，并送到顯示部分進行顯示，控制部分可以實現人機的交互，要想實現對不同薄膜材料的厚度測量，只需設置不同的介電常數即可。

三、系統各個硬件模塊設計

（一）精密信號源電路設計

1.精密信號源電路。對于一個容性網絡，如需在電容上產生特定的電抗，需先設計一個精密信號源電路，產生交流激勵信號。本系統設計了基于AD9850的信號發生電路。其電路原理圖如圖2所示。

2.正弦信號放大電路。AD9850電流輸出端僅支持最大幅度為1.5V左右的輸出信號。因此，為保證激勵信號的輸出電壓幅度足夠大，足夠強驅動能力，需要設計電壓信號放大和阻抗匹配電路。為減少噪聲干擾本設計采用兩級放大，如圖3所示。