基于电容传感器的薄膜厚度测量系统设计

宋美杰

摘要：本文分析了测厚系统的测量原理，并对整个测量系统的硬件组成进行了介绍，最后对系统进行整体测试。结果表明，该系统测量薄膜厚度可以达到很好的测量效果，具有很高的应用价值。

关键词：薄膜厚度；测量系统；电路设计

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）19-0173-02

一、引言

随着包装、印刷等行业的快速发展，各行业对高质量薄膜的需求与日俱增，厚度均匀性是塑料薄膜产品的重要指标。因此，设计一种实现薄膜厚度在线监测的高精度检测系统，对薄膜的高质量生产具有重要意义。在多种无损检测中，鉴于电容测厚法具有结构简单、动态响应好、灵敏度高、适应性强等优点，本设计采用德国AMG公司的CAV414电容给传感器，设计了一套薄膜厚度在线监测系统。

二、测厚系统设计

（一）测厚系统原理框图

薄膜测厚系统的整体结构框图如图1所示。电容传感器测量电路可以得到与厚度相关的电压值。再经信号检测处理电路送入A/D转换器，MCU控制着信号的采集及数据处理算法的实现，送入微处理器进行处理后就可以得到当前的薄膜厚度，并送到显示部分进行显示，控制部分可以实现人机的交互，要想实现对不同薄膜材料的厚度测量，只需设置不同的介电常数即可。

三、系统各个硬件模塊设计

（一）精密信号源电路设计

1.精密信号源电路。对于一个容性网络，如需在电容上产生特定的电抗，需先设计一个精密信号源电路，产生交流激励信号。本系统设计了基于AD9850的信号发生电路。其电路原理图如图2所示。

2.正弦信号放大电路。AD9850电流输出端仅支持最大幅度为1.5V左右的输出信号。因此，为保证激励信号的输出电压幅度足够大，足够强驱动能力，需要设计电压信号放大和阻抗匹配电路。为减少噪声干扰本设计采用两级放大，如图3所示。