[科普中国]-厚度传感器

接触式

通常采用电感式位移传感器、电容式位移传感器、电位器式位移传感器、霍尔式位移传感器等（见位移传感器）进行接触式厚度测量。为了连续测量移动着的材料的厚度，常在位移传感器的可动端头上安装滚动触头，以减少磨损。还常采用两个相同的位移传感器分别安装于被测材料的上下两面，将两个传感器的测量值平均，以提高测量精度。接触式厚度传感器可测量移动速度较低（小于5米/秒）的材料,精度可达0.1～1%。

非接触式它的特点是适于连续快速测量，按工作原理可分为电涡流厚度传感器、磁性厚度传感器、电容厚度传感器、超声波厚度传感器、核辐射厚度传感器、X射线厚度传感器、微波厚度传感器等。

激光厚度传感器

最早由是英国真尚有公司研发的用于测量铜箔薄片厚度的ZTMS08，是新一代非接触式测厚传感器的理想设备。采用了激光位移传感器，将激光束作为接触测量时的机械探针,利用电荷耦合器件实现光电转换。真尚有公司研发人员将激光光源、光电检测和计算机工业控制技术相结合的光、机、电一体化的高新技术产品,可广泛用于生产线上对各种材料的厚度、宽度、轮廓的实时测量,具有非接触测量、不损伤物体表面、无环境污染、抗干扰能力强、精度高、数据采集、处理功能全等特点,是我国工业生产线产品质量控制的理想设备。

电涡流厚度传感器

它可用于测量金属材料厚度，特点是测量范围宽、反应快和精度高。可分为低频透射式（见电涡流式传感器）和高频反射式两类。高频反射式也由上下两个线圈（分别位于金属材料两面）和激励电路及测量电路组成，所不同的是线圈磁场并不穿透金属材料，电涡流效应对磁场的减弱程度与线圈至材料表面的距离有关。材料厚度等于两线圈间的距离减去上下两个测量距离之和。因此根据输出电压即可求出材料厚度。

磁性厚度传感器

用于测量磁性材料的厚度。图1是这种传感器的原理图。由于所测材料是磁性电路的一部分，故绕于铁心上的线圈的电感与材料的厚度有关。图中线圈又是振荡器的组成元件，因此振荡器的频率决定于线圈的电感。通过测量振荡器的频率可确定线圈电感，从而测出材料的厚度。

电容厚度传感器

用于测量绝缘材料(如绝缘塑料)的厚度。图2是这种传感器的原理图。在被测绝缘材料的两边设置了两块金属电极板，形成一个电容器。由于电容器的容量与介质厚度有关，而电容器又是振荡器的组成元件，因此通过测量振荡器的振荡频率可确定电容值，从而测出材料的厚度。

超声波厚度传感器

利用超声振动来检测材料的厚度。超声振动是以气体、液体或固体为介质的机械振动，其振动频率超出音频范围,即高于2万赫。超声振动由变送器产生，变送器将振荡器输出的电信号转换为相应的超声振动。超声波变送器分为磁致伸缩型和压电型两种（见超声波传感器）。磁致伸缩型超声波变送器由线圈和磁致伸缩棒（由铁磁材料制成）组成。在线圈产生的交变磁场的作用下，磁致伸缩棒按磁场交变频率而交替伸缩，它的一端被固定，另一端推拉膜片而产生超声波。压电型超声波变送器由压电材料（一般为石英晶体）制成。当加在压电材料上的电压以超声频率交变时，压电材料随之以超声频率伸缩，并带动膜片而产生超声波。图3是用超声波测量材料厚度的原理图。变送器置于材料上面，使超声波可穿过材料而至另一平面。超声波到达另一平面后再反射回到变送器。在相同条件下，超声波在材料内的往返时间取决于材料的厚度。若往返时间恰好等于超声振动的周期，就会产生共振。在共振时，变送器加给振荡器的负荷会突然改变，随之使振荡器电流相应改变。通过指示器记下电流改变时的振荡频率，就可确定超声波往返一次所需的时间，从而测出材料的厚度。1。

冰层厚度传感器包含有离子的水溶液在外施电场作用下是导电的。随着温度的变化，水和冰的导电率也发生变化。基于水和冰的这一导电特性，提出了一种新的冰层厚度传感器结构及其检测方法。这一新型冰层厚度传感器及其检测方法对于在恶劣的检测环境下进行水文检测具有积极的作用2。

图6中, 传感器为矩形柱体, 其内部由检测电源、安装在矩形柱体外侧壁的检测电源正极电极、在柱体内侧壁按标尺刻度位置排列等距离安装的金属检测触点、单片机控制电路、刻度译码开关电路、电导识别电路、绝缘保温密封添充材料及传感器导线连接插座组成, 其检测电源可由固定于传感器矩形柱体内部的阀控式密封铅酸蓄电池直流电源构成。

检测时，将传感器一端朝下垂直安置于冰水中，传感器标尺刻度总长度应大于冰层厚度，且传感器应有部分金属检测触点暴露于冰面之上与淹没于冰层底部。其检测过程为：外电源通过传感器导线连接，插座接入传感器, 传感器内部单片机控制电路按一定编码顺序产生刻度译码开关控制信号使各刻度译码开关电路按照编码顺序依次单独导通，当某一刻度译码开关电路导通时将把检测电源，这一刻度位置的金属检测触点和与其相连接的被检测介质，电导识别电路接通并形成回路。电导识别电路将对这一金属检测触点与检测电源正电极之间被测介质的电导值范围进行识别，并根据识别结果由某一输出端输出表示被测介质性质的标志电平到单片机控制电路, 单片机控制电路将会根据这一时刻对应的刻度译码开关控制信号确定出被测金属检测触点所处的标尺刻度位置，在单片机控制电路控制下，将所有金属检测触点对应的回路都检测完毕后，单片机将能确定出冰层与空气相接的上界面与冰层与冰下水相接的底部界面的确切标尺刻度位置，由二者

的差值即可得出冰层厚度，即

D =d 1-d 2,

式中D 为冰层厚度；d 1 为冰层上界面海平面高度值；d2为冰层下界面海平面高度值。

利用空气、冰及水具有不同的电导特性这一特点, 采用单片机编码控制刻度译码开关依次接通检测电源、不同刻度位置被测介质与电导识别电路构成传感器，可以快速、准确地判断出空气、冰层界面与冰下水位的刻度位置, 从而获得冰层厚度的准确数值。在整个检测过程中，全部采用特殊编码后的数字脉冲信号检测、识别和传输，具有很强的抗干扰能力，可以在恶劣环境下实现对冰层厚度的连续自动检测3。