[发明专利]使用太赫兹的用于片材产品的扫描厚度和基重传感器

说明书

飞行时间测量独立于膜的折射率来计算移动膜的绝对厚度。耦接反射纤维的太赫兹计与定位在扫描仪头部内的温度稳定的Z传感器同轴安装。太赫兹计监测四种反射：(1)来自传感器窗口的反射，(2，3)来自被测量的片材产品的顶表面和底表面的反射，以及(4)来自放置在片材后面的反射器的反射。Z传感器监测反射器与传感器窗口之间的距离。太赫兹反射延迟与Z距离测量一起允许提取厚度。由于由片材引起的时间延迟是厚度和折射率的函数，因此片材的基重可通过使用传感器的校准来确定，该校准将产品的基重与时间延迟相关联。

技术领域

本发明整体涉及使用太赫兹飞行时间技术对移动片材、幅材或膜诸如聚合物和纸材进行非接触厚度和基重测量的技术。

背景技术

红外传感器和核传感器用于平板工业中的在线测量。由于光在重型或不透明产品中的弱穿透性，因此红外传感器在应用中受到限制。红外传感器还存在需要复杂校准程序的问题，尤其是在测量多重或多层产品的情况下。核传感器具有能够直接测量基重而对确切产品组分的敏感度较低的优点，但这些传感器无法测量多重应用中的各个层。此外，核传感器造成严重的安全问题，并且维护成本很高。太赫兹传感器可解决这些缺点，但当前太赫兹装置的一个问题在于产品的折射率必须是已知的以便产生绝对厚度。制造商通常不知道他们产品的折射率，该折射率随组分和材料密度而变化。

发明内容

本发明部分地基于以下认识：飞行时间测量值可用于计算移动膜的绝对厚度，而不必知道膜的折射率。本发明的扫描太赫兹传感器可独立于产品密度实现稳健、准确的厚度测量。

在一个方面，本发明涉及一种测量移动膜的至少一个特性的非接触方法，该移动膜具有第一外(顶)侧、第二外(底)侧、第一内侧和第二内侧，并且沿纵向行进，该方法包括：

(a)提供传感器装置，该传感器装置包括(i)具有透明材料层的第一扫描仪头部，该透明材料层对太赫兹透明并且限定第一(上部)

片材引导表面，(ii)具有反射表面的反射构件，该反射表面反射太赫兹辐射，其中该反射表面限定第二(下部)片材引导表面，并且其中该第一(上部)片材引导表面和该第二(下部)片材引导表面限定测量间隙，移动膜沿纵向行进穿过该测量间隙；

(b)测量该测量间隙的距离；

(c)提供产生太赫兹辐射的太赫兹辐射源，该太赫兹辐射源定位在第一扫描仪头部中，以及引导该太赫兹辐射穿过第一材料层并且朝向行进穿过测量间隙的移动膜的第一外侧，使得第一片材引导件面向移动膜的第一外侧并且第二片材引导件面向移动膜的第二外侧；

(d)提供检测器，该检测器定位在第一扫描仪头部中，以接收(i)从透明材料层的内表面反射的第一太赫兹辐射，(ii)从膜的第一外(顶)侧反射的第二太赫兹辐射，(iii)从膜的第二内表面反射的第三太赫兹辐射，以及(iv)从反射表面反射的第四太赫兹辐射，其中检测器被配置为输出与该第一太赫兹辐射、该第二太赫兹辐射、该第三太赫兹辐射和该第四太赫兹辐射的检测对应的测量数据；以及

(e)(i)基于第一太赫兹辐射、第二太赫兹辐射、第三太赫兹辐射和第四太赫兹辐射的到达时间而独立于移动膜的折射率计算移动膜的厚度，和/或(ii)基于第一太赫兹辐射、第二太赫兹辐射、第三太赫兹辐射和第四太赫兹辐射的到达时间计算移动膜的基重。

在另一方面，本发明涉及一种用于测量连续片材的至少一个特性的扫描传感器，该连续片材具有第一外(顶)侧、第二外(底)侧、第一内侧和第二内侧，并且沿纵向行进，该扫描传感器包括：

第一扫描仪头部，该第一扫描仪头部邻近片材的第一外侧设置并且包括透明材料层，该透明材料层面向片材的第一外侧，并且对太赫兹辐射是透明的，并且限定第一(上部)片材引导表面；