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基于光锥结构的红外厚度传感器研究

2021-10-23莫长涛文晶姬哈尔滨商业大学基础科学学院哈尔滨150028

哈尔滨商业大学学报(自然科学版) 2021年5期
关键词:系统

郇 帅,莫长涛,文晶姬,吕 加,王 明,李 楠(哈尔滨商业大学 基础科学学院, 哈尔滨 150028)

红外厚度在线检测是一种非接触式的厚度检测方法,它采用单色红外光源将特定波长的多束红外光轮流照射到高速移动的待测样品上,利用样品各种组份对红外光源不同的吸收特性,对收集到带有不同厚度信息的光信号进行运算处理,获得厚度测量值[1].在红外厚度检测系统中,系统最佳参量如何优化选取,如红外光源供电电流及供电频率成为厚度检测的关键技术.为解决上述问题,本文建立理论模型并利用生物地理学优化算法进行多参量系统优化,建立输出功率与样品厚度、供电电流及供电频率的理论模型[2].

目前,国内厚度测量方法一般采用红外吸收法,常用于塑料薄膜厚度光学测量领域.红外光源发出一定功率的光信号,通过光学透镜组准直后由光电探测器接收,携带厚度信息的光功率部分损耗,同时传感器长期工作会造成光学系统偏差及玷污,影响测量精度,增加了仪器的造价与维修成本.为解决上述问题,本研究中采用俄罗斯单色红外光源,设计制作光锥,无需透镜即可实现对光线的会聚与准直,合理设计光锥参数,使携带厚度信息的光信号经高反射率多次反射后由光电探测器探测,解决了光路结构复杂[3],降低了仪器生产及维修成本,可广泛应用于工业生产.

1 模型建立及算法

1.1 比尔-朗伯定律

一束单色光照射于吸收介质表面,在通过一定厚度的介质后,由于介质吸收了一部分光,透射光的强度就要减弱.吸收介质的浓度愈大或介质的厚度愈大,则光强度的减弱愈显著,其关系为

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