[摘 要]：介紹了基于激光位移傳感器與電渦流位移傳感器的位移差動法在線檢測紙坯厚度的原理及測量系統的軟硬件設計。該測量原理完全消除了造紙機卷紙滾筒的徑向跳動對測量結果的影響。通過對各個傳感器標定，并采用最小二乘法線性擬合標定數據，進一步提高系統的測量精度。 關鍵詞：紙坯厚度；激光位移傳感器；電渦流位移傳感器 0 引言 紙張厚度測量屬于薄質非金屬材料的厚度測量。在濕度較大的紙張厚度測量中，接觸法易劃傷被測表面，且測量誤差較大；非接觸法中的電容、紅外線及輻射等方法由于受紙張水分、密度等因素的影響，使檢測值不穩定，檢測精度不能滿足生產質量控制要求。由于激光位移傳感器和電渦流位移傳感器均為非接觸測量，測量精度高、穩定，并且，不受被測物體的濕度、密度等因素的影響，因此，采用激光位移傳感器和電渦流位移傳感器的位移差動原理，實現了濕度較大的紙張厚度的在線高精度的測量。以MCS-5l單片機為核心的二次儀表，完成數據的采集、標度變換、厚度測量運算、測量結果顯示與存儲、通信，打印等功能，完全滿足實際生產中質量控制和管理的要求。 1 測量原理 紙坯厚度在線測量原理如圖l，因為紙張為非金屬，即使濕度較大的紙張，對電渦流位移傳感器的測距也不會產生影響，所以，電渦流位移傳感器可測量金屬滾筒表面的徑向跳動。無紙坯時，激光位移傳感器測量值T₁為傳感器距滾筒上表面的距離，同時，電渦流位移傳感器距滾筒上表面的測量值為C₁；當有紙坯時，激光位移傳感器測量值T₂為傳感器距滾筒上紙坯的上表面距離，同時，電渦流位移傳感器距滾筒上表面的測量值為C₂，則滾筒上的紙坯厚度為 T＝（T₁ －T₂）－（C₁－C₂）， （1） 式中C₁，C₂為電渦流傳感器2次測量時刻，滾筒的徑向跳動，式（1）計算結果的誤差取決于激光位移傳感器和電渦流位移傳感器的精度。本測量方案中，采用兩組測厚傳感器是為了測量紙坯沿滾筒橫向的平均值；定位傳感器用于觸發采集兩組測厚傳感器的信號。 2 單片機系統硬件 紙坯厚度在線測量系統的結構框圖如圖2。電渦流位移傳感器和激光位移傳感器輸出信號經濾波、放大調理單元，通過A/D變換器，單片機系統對測量信號進行數據采集、標度變換、紙坯厚度測量運算、判斷合格紙坯、顯示紙坯測量厚度和超差值、存儲測量數據等。 本測量系統的二次儀表中的微處理采用2片Philip公司的89C52單片機組成雙CPU系統，每片單片機內自帶8k字節非易失性程序存儲器、256字節靜態RAM、3個定時計數器、24個I/O口等。單片機l為主單片機，外圍電路有幾乎無限次可擦寫非易失性鐵電存儲器用于存儲測量數據及設定參數，A/D變換器采用MAXl86，其主要功能為四線串行接口、8通道、12位分辨力、轉換速率133 kSPS 。DSl2B887為時鐘芯片用于記錄數據采集的時間；單片機2為從單片機，通過串口與主單片機進行數據交換，單片機2主要用于處理鍵盤輸入和顯示輸出以減輕主單片機負擔，LED顯示用于紙坯的厚度值、誤差值、鍵盤輸入值等，鍵盤用于參數設定、LED顯示切換等，此系統還可以通過通信接口與其他計算機或數字儀表通信來完成數據交換。 3 系統標定和軟件設計 測量系統在現場安裝前，應對各個傳感器進行標定，將標定數據通過最小二乘法得到線性擬合方程，并將其寫入主單片機程序中。測量系統現場安裝完后，通過鍵盤完成傳感器的零點標定，即測量無紙坯時，激光位移傳感器和電渦流位移傳感器距滾筒的距離T1，C1。程序采用模塊式設計，程序流程圖如圖3所示。 4 實驗結果 將激光位移傳感器和電渦流位移傳感器分別固定在微動測量平臺上，位移與傳感器的輸出電壓實驗數據如圖4和圖5，圖中，點為實驗數據，曲線為三次數據擬合曲線。實驗數據與數據擬合曲線比較得出，電渦流位移傳感器的最大誤差為±0.0027mm，激光位移傳感器的最大誤差為±0.004mm。由激光位移傳感器與電渦流位移傳感器的位移差動法組成在線檢測紙坯厚度時的最大誤差為|±0.0027mm | ＋|±0.004mm|＝0.0067mm。 5 結論 （1）可選用更高分辨力的A/D變換器提高數據轉換的精度； （2）采用激光位移傳感器和電渦流位移傳感器差動測量方法，消除了的徑向跳動對測量結果的影響，測量精度只取決于測量系統； （3）采用非接觸測量，不僅不會破壞紙坯，而且，消除了接觸法對測量結果的影響； （4）本測量系統在某造紙廠安裝使用近一年，運行穩定、可靠，完全滿足現場使用要求。