厚度傳感器

通常採用電感式位移傳感器、電容式位移傳感器、電位器式位移傳感器、霍爾式位移傳感器等（見位移傳感器）進行接觸式厚度測量。為了連續測量移動着的材料的厚度，常在位移傳感器的可動端頭上安裝滾動觸頭，以減少磨損。還常採用兩個相同的位移傳感器分別安裝於被測材料的上下兩面，將兩個傳感器的測量值平均，以提高測量精度。接觸式厚度傳感器可測量移動速度較低（小於5米/秒）的材料,精度可達0.1～1%。

它的特點是適於連續快速測量，按工作原理可分為電渦流厚度傳感器、磁性厚度傳感器、電容厚度傳感器、超聲波厚度傳感器、核輻射厚度傳感器、X射線厚度傳感器、微波厚度傳感器等。

最早由是英國真尚有公司研發的用於測量銅箔薄片厚度的ZTMS08，是新一代非接觸式測厚傳感器的理想設備。採用了激光位移傳感器，將激光束作為接觸測量時的機械探針,利用電荷耦合器件實現光電轉換。真尚有公司研發人員將激光光源、光電檢測和計算機工業控制技術相結合的光、機、電一體化的高新技術產品,可廣泛用於生產線上對各種材料的厚度、寬度、輪廓的實時測量,具有非接觸測量、不損傷物體表面、無環境污染、抗干擾能力強、精度高、數據採集、處理功能全等特點,是我國工業生產線產品質量控制的理想設備。

它可用於測量金屬材料厚度，特點是測量範圍寬、反應快和精度高。可分為低頻透射式（見電渦流式傳感器）和高頻反射式兩類。高頻反射式也由上下兩個線圈（分別位於金屬材料兩面）和激勵電路及測量電路組成，所不同的是線圈磁場並不穿透金屬材料，電渦流效應對磁場的減弱程度與線圈至材料表面的距離有關。材料厚度等於兩線圈間的距離減去上下兩個測量距離之和。因此根據輸出電壓即可求出材料厚度。

用於測量磁性材料的厚度。由於所測材料是磁性電路的一部分，故繞於鐵心上的線圈的電感與材料的厚度有關。線圈又是振盪器的組成元件，因此振盪器的頻率決定於線圈的電感。通過測量振盪器的頻率可確定線圈電感，從而測出材料的厚度。

用於測量絕緣材料(如絕緣塑料)的厚度。在被測絕緣材料的兩邊設置了兩塊金屬電極板，形成一個電容器。由於電容器的容量與介質厚度有關，而電容器又是振盪器的組成元件，因此通過測量振盪器的振盪頻率可確定電容值，從而測出材料的厚度。

利用超聲振動來檢測材料的厚度。超聲振動是以氣體、液體或固體為介質的機械振動，其振動頻率超出音頻範圍,即高於2萬赫。超聲振動由變送器產生，變送器將振盪器輸出的電信號轉換為相應的超聲振動。超聲波變送器分為磁致伸縮型和壓電型兩種（見超聲波傳感器）。磁致伸縮型超聲波變送器由線圈和磁致伸縮棒（由鐵磁材料製成）組成。在線圈產生的交變磁場的作用下，磁致伸縮棒按磁場交變頻率而交替伸縮，它的一端被固定，另一端推拉膜片而產生超聲波。壓電型超聲波變送器由壓電材料（一般為石英晶體）製成。當加在壓電材料上的電壓以超聲頻率交變時，壓電材料隨之以超聲頻率伸縮，並帶動膜片而產生超聲波。變送器置於材料上面，使超聲波可穿過材料而至另一平面。超聲波到達另一平面後再反射回到變送器。在相同條件下，超聲波在材料內的往返時間取決於材料的厚度。若往返時間恰好等於超聲振動的週期，就會產生共振。在共振時，變送器加給振盪器的負荷會突然改變，隨之使振盪器電流相應改變。通過指示器記下電流改變時的振盪頻率，就可確定超聲波往返一次所需的時間，從而測出材料的厚度。 ^[1]  。

包含有離子的水溶液在外施電場作用下是導電的。隨着温度的變化，水和冰的導電率也發生變化。基於水和冰的這一導電特性，提出了一種新的冰層厚度傳感器結構及其檢測方法。這一新型冰層厚度傳感器及其檢測方法對於在惡劣的檢測環境下進行水文檢測具有積極的作用 ^[2]  。

如《冰層厚度傳感器結構示意圖》所示, 傳感器為矩形柱體, 其內部由檢測電源、安裝在矩形柱體外側壁的檢測電源正極電極、在柱體內側壁按標尺刻度位置排列等距離安裝的金屬檢測觸點、單片機控制電路、刻度譯碼開關電路、電導識別電路、絕緣保温密封添充材料及傳感器導線連接插座組成, 其檢測電源可由固定於傳感器矩形柱體內部的閥控式密封鉛酸蓄電池直流電源構成。

檢測時，將傳感器一端朝下垂直安置於冰水中，傳感器標尺刻度總長度應大於冰層厚度，且傳感器應有部分金屬檢測觸點暴露於冰面之上與淹沒於冰層底部。其檢測過程為：外電源通過傳感器導線連接，插座接入傳感器, 傳感器內部單片機控制電路按一定編碼順序產生刻度譯碼開關控制信號使各刻度譯碼開關電路按照編碼順序依次單獨導通，當某一刻度譯碼開關電路導通時將把檢測電源，這一刻度位置的金屬檢測觸點和與其相連接的被檢測介質，電導識別電路接通並形成迴路。電導識別電路將對這一金屬檢測觸點與檢測電源正電極之間被測介質的電導值範圍進行識別，並根據識別結果由某一輸出端輸出表示被測介質性質的標誌電平到單片機控制電路, 單片機控制電路將會根據這一時刻對應的刻度譯碼開關控制信號確定出被測金屬檢測觸點所處的標尺刻度位置，在單片機控制電路控制下，將所有金屬檢測觸點對應的迴路都檢測完畢後，單片機將能確定出冰層與空氣相接的上界面與冰層與冰下水相接的底部界面的確切標尺刻度位置，由二者

的差值即可得出冰層厚度，即

D =d ₁-d ₂,

式中D 為冰層厚度；d ₁ 為冰層上界面海平面高度值；d₂為冰層下界面海平面高度值。

利用空氣、冰及水具有不同的電導特性這一特點, 採用單片機編碼控制刻度譯碼開關依次接通檢測電源、不同刻度位置被測介質與電導識別電路構成傳感器，可以快速、準確地判斷出空氣、冰層界面與冰下水位的刻度位置, 從而獲得冰層厚度的準確數值。在整個檢測過程中，全部採用特殊編碼後的數字脈衝信號檢測、識別和傳輸，具有很強的抗干擾能力，可以在惡劣環境下實現對冰層厚度的連續自動檢測 ^[3]  。