光电综合课程设计报告--测量纸张厚度

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1、光电综合课程设计报告测量纸张测厚仪的设计姓名（学号）：陈嘉伟（200730570201）刘信生（200730570217）黎澄伦（200730570212）沈其治（200730570224）叶伟雄（200730570227）班级：2007级电子科学与技术（2）班指导老师：罗霞谢家兴赵懿琨张宇日期：2010.12.27～2010.12.31华南农业大学工程学院摘要国内外测量纸张厚度(或定量)的仪器有接触式和非接触两类，由于接触式纸25张测厚仪会损坏纸张，因此现在工业生产中常用非接触式测厚仪来测量产品的厚度（如钢板、钢带、

2、纸张等）。这类仪表中有利用α射线、β射线、γ射线穿透特性的放射性厚度计；有利用超声波频率变化的超声波厚度计；有利用涡流原理的电涡流厚度计；还有电容式厚度计等。纸张定量是衡量纸张质量的主要指标之一。纸的密度一定时，用其厚度或定量来衡量纸张质量指标是等效的。有些纸张(如电话电缆纸),生产上要求直接检测其厚度.在线测量纸张厚度是保证纸张质量和实现造纸生产过程自动控制必须解决的重要课题。自1800年F．W．Hcr~ctwl发现红外辐射以来，红外技术己在许多领域内得到广泛应用，但在测量纸张厚度方面的应用国内外尚未见报道，说明在这

3、方面的应用尚有一些理论与技术实践问题需要进行探索研究。本文采用了红外纸张测厚仪，主要论述了红外纸张测厚仪的理论及个部件的设计，我们以实验报告纸为对象研制的红外纸厚传感器，配有放大，采样及模数转换等环节的信号处理单元，应用了AVR系列单片机的运算及控制功能，组成一台智能型的红外纸张测厚仪。与β射线定量仪比较，具有价格低，相应速度快，较好的稳定性，切避免了由于存放在放射性物质所引起的问题，最后对该研究结果及进一步的工作提出了看法。关键词：光电纸张测厚25目录1前言11.1研究目的和意义11.2研究内容12设计原理12.1设

4、计原理12.2探测器原理与设计22.3电路处理原理与设计22.3.1总原理框图22.3.2探测电路模块32.3.3单片机处理与AD转换模块33方案比较33.1方案一——传统接触式测厚仪33.1.1设计原理33.1.2方案分析43.2方案二——射式光强位移传感器测量纸张厚度43.2.1设计原理43.2.2方案分析53.3方案三——光电纸张测厚仪54实物制作54.1电路元器件54.2元器件介绍24.2.1芯片avrmega16l24.2.2集成运放lm358t24.2.3字符型液晶显示屏LCM160224.2.4探测器--

5、光电二极管24.3设计实物图35数据测试和分析35.1数据测试3255.2数据分析16误差分析17结论2附录3前言1.1研究目的和意义在加深对光电传感器与单片机的认识，更进一步地掌握光电检测技术。同时，在研制红外纸厚传感器的过程中，对发现的一些理论与技术问题进一步的分析研究。1.2研究内容（1）为了减少纸张所含水分吸收红外的影响，通过多次实验，选出合适的测量波长λM和参考波长λR。（2）设计出合适的光路。（3）使用探测器将接收到的光信号转换成电信号（4）电信号通过放大器放大后，进行采样和A/D转换。（5）通过AVR单片

6、机把测得结果通过液晶屏显示出来。2设计原理2.1设计原理根据Beer—LamBert公式，某一波长光线的遁过率与样品的厚度存在如下关系：I=I0e-aT（1）式中I0和I，分别为射入纸张和透过纸张的红外光线强度，T为纸张的厚度，a为吸收系数，吸收系数与光的波长及纸的材质有关。由于当红外光源发生漂移或光路、测量电路发生漂移时，对I0和I将发生影响，造成在同一材质同一厚度的纸张的情况下，I0与I的比值不同，同时，测量I0的值比较困难。因此，运用单色光，根据式(1)研究纸厚传感器实际上是不可行的。为了解决上述问题，我们采用了

7、双色光比较法。25双色光比较法是选用两束不同波长的红外光，其波长各为λM和λR，由式(1)可得IM=I0Mexp(-aMT)（2）IR=I0Rexp(-aRT)（3）式(2)和(3)经过数学处理后可得T=1aM-aR(lnI0MIOR-lnIMIR)（4）对一某一材质的纸张，aM和aR是一个与纸张厚度无关的定值，I0M和IOR也与T无关，若它们处于同一光路中,则红外光源或光路的漂移对I0M和IOR的比较值不会发生影响，因此，式(4)可写成T=K·lnIMIR+C（5）根据式(5)，测量出IM和IR的值，就可以求得纸张的

8、厚度T.根据式(5)设计红外纸厚传感器时，必须注意纸张中所含水分带来的影响。前面已经指出吸收系数a与纸的材质有关，电话电缆纸的成份主要是纤维素和水，它们对于红外光的辐射能量都有吸收作用。因此，同一纸张当某一波长的红外光I0。透过纸张后的I，所含水分不同时，I的值也就不同。如仍用式(1)表示透过率与纸厚T的关系,则a是一个与水分有关