光電綜合課程設(shè)計報告--測量紙張厚度

1、精品文檔光電綜合課程設(shè)計報告測量紙張測厚儀的設(shè)計姓名（學(xué)號）：陳嘉偉（ 200730570201）劉信生（ 200730570217）黎澄倫（ 200730570212）沈其治（ 200730570224）葉偉雄（ 200730570227）班級： 2007 級電子科學(xué)與技術(shù)（2）班指導(dǎo)老師：羅霞謝家興趙懿琨張宇日期：2010.12.272010.12.31華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院摘要國內(nèi)外測量紙張厚度 ( 或定量 ) 的儀器有接觸式和非接觸兩類，由于接觸式紙。1 歡迎下載精品文檔張測厚儀會損壞紙張， 因此現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中常用非接觸式測厚儀來測量產(chǎn)品的厚度（如鋼板、鋼帶、紙張等） 。這類儀表中有利用

2、 射線、 射線、 射線穿透特性的放射性厚度計； 有利用超聲波頻率變化的超聲波厚度計； 有利用渦流原理的電渦流厚度計； 還有電容式厚度計等。 紙張定量是衡量紙張質(zhì)量的主要指標之一。紙的密度一定時， 用其厚度或定量來衡量紙張質(zhì)量指標是等效的。有些紙張 ( 如電話電纜紙 ), 生產(chǎn)上要求直接檢測其厚度 . 在線測量紙張厚度是保證紙張質(zhì)量和實現(xiàn)造紙生產(chǎn)過程自動控制必須解決的重要課題。自1 800年FWHcrctwl 發(fā)現(xiàn)紅外輻射以來， 紅外技術(shù)己在許多領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛應(yīng)用， 但在測量紙張厚度方面的應(yīng)用國內(nèi)外尚未見報道， 說明在這方面的應(yīng)用尚有一些理論與技術(shù)實踐問題需要進行探索研究。本文采用了紅外紙張測厚

3、儀， 主要論述了紅外紙張測厚儀的理論及個部件的設(shè)計，我們以實驗報告紙為對象研制的紅外紙厚傳感器， 配有放大，采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)的信號處理單元， 應(yīng)用了 AVR系列單片機的運算及控制功能， 組成一臺智能型的紅外紙張測厚儀。 與 射線定量儀比較，具有價格低，相應(yīng)速度快，較好的穩(wěn)定性，切避免了由于存放在放射性物質(zhì)所引起的問題， 最后對該研究結(jié)果及進一步的工作提出了看法。關(guān)鍵詞：光電 紙張 測厚。2 歡迎下載精品文檔目錄1 前言41.1研究目的和意義41.2研究內(nèi)容42 設(shè)計原理42.1設(shè)計原理42.2探測器原理與設(shè)計62.3電路處理原理與設(shè)計62.3.1總原理框圖72.3.2探測電路模塊72.3.

4、3單片機處理與 AD轉(zhuǎn)換模塊73 方案比較83.1方案一傳統(tǒng)接觸式測厚儀83.1.1設(shè)計原理83.1.2方案分析83.2方案二 射式光強位移傳感器測量紙張厚度93.2.1設(shè)計原理93.2.2方案分析93.3方案三 光電紙張測厚儀104 實物制作104.1電路元器件104.2元器件介紹104.2.1芯片 avrmega16l104.2.2集成運放 lm358t114.2.3字符型液晶顯示屏LCM1602114.2.4探測器 - 光電二極管114.3設(shè)計實物圖125 數(shù)據(jù)測試和分析125.1數(shù)據(jù)測試12。3 歡迎下載精品文檔5.2數(shù)據(jù)分析166 誤差分析167 結(jié)論17附錄3前言1.1 研究目的和

5、意義在加深對光電傳感器與單片機的認識，更進一步地掌握光電檢測技術(shù)。 同時，在研制紅外紙厚傳感器的過程中， 對發(fā)現(xiàn)的一些理論與技術(shù)問題進一步的分析研究。1.2 研究內(nèi)容（ 1） 為了減少紙張所含水分吸收紅外的影響，通過多次實驗，選出合適的測量波長 和參考波長 。（ 2） 設(shè)計出合適的光路。（ 3） 使用探測器將接收到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號（ 4） 電信號通過放大器放大后，進行采樣和A/D 轉(zhuǎn)換。（ 5） 通過 AVR單片機把測得結(jié)果通過液晶屏顯示出來。2 設(shè)計原理2.1 設(shè)計原理根據(jù) BeerLamBert公式， 某一波長光線的遁過率與樣品的厚度存在如下關(guān)系：I=（ 1）式中和I ，分別為射入紙張

6、和透過紙張的紅外光線強度，T 為紙張的厚度，a為吸收系數(shù)，吸收系數(shù)與光的波長及紙的材質(zhì)有關(guān)。由于當(dāng)紅外光源發(fā)生漂移或光路、測量電路發(fā)生漂移時，對和I 將發(fā)生影響，造成在同一材質(zhì)同一厚度的紙張的情況下，與I 的比值不同，同時，測量的值比較困難。因此，運用單色光，根據(jù)式 (1) 研究紙厚傳感器實際上是不可行的。為了解決上述問題，我。4 歡迎下載精品文檔們采用了雙色光比較法。雙色光比較法是選用兩束不同波長的紅外光，其波長各為和， 由式(1) 可得=exp(-T)（ 2）=exp(-)（ 3）式 (2) 和(3) 經(jīng)過數(shù)學(xué)處理后可得T=(-ln)（ 4）對一某一材質(zhì)的紙張，和是一個與紙張厚度無關(guān)的定值

7、，和也與 T無關(guān)，若它們處于同一光路中, 則紅外光源或光路的漂移對和的比較值不會發(fā)生影響，因此，式 (4) 可寫成T=K·ln+C（ 5）根據(jù)式 (5) ， 測量出和的值， 就可以求得紙張的厚度T.根據(jù)式 (5) 設(shè)計紅外紙厚傳感器時，必須注意紙張中所含水分帶來的影響。前面已經(jīng)指出吸收系數(shù) a與紙的材質(zhì)有關(guān)，電話電纜紙的成份主要是纖維素和水，它們對于紅外光的輻射能量都有吸收作用。 因此，同一紙張當(dāng)某一波長的紅外光。透過紙張后的 I ，所含水分不同時， I 的值也就不同。如仍用式 (1) 表示透過率與紙厚 T的關(guān)系 , 則a是一個與水分有關(guān)的量，式 (5) 中的 K,C值也將因紙張所含

8、水分的不同而改變，這將給傳感器的設(shè)計帶來困難。我們研制的雙色光單光路紅外紙厚傳感器的結(jié)構(gòu)原理如圖 1所示。紅外光源發(fā)出的光線穿過透鏡后成為平行光， 經(jīng)置于調(diào)制盤上的濾光片濾光， 得到某一波長的紅外光，照射在紙上，再經(jīng)截次片和光波導(dǎo)，被探測器接收，探測器輸出的電信號進入信號處理單元圖 1。5 歡迎下載精品文檔1光源2透鏡3光闌4濾波片5紙張6光波導(dǎo)7光電探測器8放大電路9微機處理電路10 LCD 顯示電路我們在確定和時， 考慮了以下幾個問題 :1)應(yīng)是紙纖維的特征吸收蜂，應(yīng)是紙纖維不吸收或是吸收較弱的波長。和分別稱為測量波長和參考波長。2)為了盡量減小水的紅外吸收帶來的影響，和既不應(yīng)是水的紅外吸收特征波長O，也不宜與O比較接近，以使式 (2) 和式 (3) 中的和基本上只與纖維素有關(guān) , 式(5) 中的 K和 C可以近似地認為與水份無關(guān)，再考慮到在線測量紙張厚度時，紙張所含水份是控制在一定的范圍內(nèi)( 如電話電纜紙為 8 12 ) 。上述處理， 可使按式 (5) 設(shè)計的紙厚傳感器最大限度地減小由于紙張所含水份不同引起的誤差。3) 為使光源、光路和探測器在和 波長處性能一致， 和 應(yīng)該比較靠近，同時，由于濾光片一般不可能做刊絕對的單色濾光，因此，若和太靠近，雙色光的濾光片特性將發(fā)生重疊而引起誤差。4) 不宜選得過大， 因為 過大將會給光路的設(shè)計增加困難。2.2 探測器原理與設(shè)計探測器