在电磁干扰的存在下的高精度和高稳定性磁位移传感器制造技术

本发明专利技术题为在电磁干扰的存在下的高精度和高稳定性磁位移传感器。本发明专利技术提供了一种准确并且稳定的位移传感器，该准确并且稳定的位移传感器通过经涂覆的金属基底读取、实现了优于一微米的精度，该准确并且稳定的位移传感器包括：电磁线圈，该电磁线圈定位在第一壳体中；(ii)装置，该装置用于由该电磁线圈产生磁场；(iii)第二壳体，该第二壳体与该第一壳体间隔开，其中该第二壳体包括被配置为测量磁场的双磁传感器，诸如磁通门传感器；以及(iv)装置，该装置用于由磁场测量结果计算该壳体的操作表面之间的间距。可使用永磁体来代替电磁线圈和相关联的驱动能量源。精确位移测量结果由两个磁传感器解调的信号的数学函数(诸如比率或差值)给出。该位移传感器可安装在可操纵的C型框架上，以监测制备用于锂离子蓄电池的阳极和阴极的卡厚。

【技术实现步骤摘要】
在电磁干扰的存在下的高精度和高稳定性磁位移传感器
本专利技术整体涉及用于测定连续片材材料的参数的扫描仪测量系统，并且更具体地，涉及包含金属的片材材料(诸如用于制造电化学电池和蓄电池的阳极和阴极的经涂覆金属箔和基底)的非接触式厚度或卡厚(caliper)测量技术。
技术介绍
存在许多种用于测量移动幅材或片材的厚度的方法。例如，非接触式激光卡尺装备包括位于幅材的任一侧上的激光源，该激光源的光被引导到幅材表面上并且随后被反射到接收器。然后使用所接收的激光信号的特征来确定从每个接收器到幅材表面的距离。将这些距离加在一起，并且从两个激光接收器之间的距离的已知值中减去所得到的结果。结果表示幅材的厚度。为了补偿两个激光传感器之间的距离发生改变的可能性，现有技术系统并入电涡流传感器以检测两个激光传感器之间的距离。通常，电涡流传感器包括射频线圈和金属靶标，射频线圈位于相对于顶部传感器固定的上部传感器壳体处，金属靶标位于相对于下部激光传感器固定的下部传感器壳体处。这些非接触式设备适用于测量纸材和塑料，但不适用于测量导电材料，诸如用于制造锂离子蓄电池的阳极和阴极的经涂覆基底。本领域需要一种用于测量涂层和膜的厚度和相关特性的准确且可重复的技术，该涂层和膜形成于由含金属材料制成的连续行进的不均匀幅材上。
技术实现思路
本专利技术部分地基于高精度和高稳定性位移传感器的开发，该高精度和高稳定性位移传感器测量顶部扫描头部和底部扫描头部之间的距离。位移传感器通过金属材料(诸如用于制造适用于锂离子电化学电池和蓄电池的导电阳极和阴极的经涂覆金属基底)读取。位移传感器表现出优于1微米的精度。在一个方面，本专利技术涉及一种磁绝对位移传感器，该磁绝对位移传感器包括：磁场源，该磁场源定位在限定第一操作表面的第一壳体中；第二壳体，该第二壳体限定与第一操作表面间隔开的第二操作表面，其中第二壳体包括被配置为测量磁场的第一磁传感器和被配置为测量磁场的第二磁传感器；和装置，该装置用于由来自第一磁传感器和第二磁传感器的磁场测量结果来计算第一操作表面和第二操作表面之间的间距。可使用永磁体产生磁场。另选地，可使用由直流电或交流电驱动的电磁线圈在第一壳体中产生磁场。在另一方面，本专利技术涉及一种用于监测材料片材的特性的系统，该材料片材可包含金属，其中片材具有第一侧面和第二侧面，该系统包括：第一构件，该第一构件邻近材料片材的第一侧面设置，该第一构件具有用于产生磁场的装置；第二构件，该第二构件邻近材料片材的第二侧面设置，该第二构件具有第一磁传感器和第二磁传感器，该第一磁传感器检测磁场并产生第一电信号，该第二磁传感器检测磁场并产生第二电信号；和用于分析第一电信号和第二电信号装置，该装置用于确定第一构件和第二构件之间的距离的变化。在又一方面，本专利技术涉及一种测量幅材的厚度的方法，该幅材具有第一侧面和第二侧面，该方法包括：提供位于幅材的第一侧面上的第一距离传感器；用第一距离传感器确定第一距离传感器相对于幅材的第一侧面的位置；提供位于幅材的第二侧面上的第二距离传感器；用第二距离传感器确定第二距离传感器相对于幅材的第二侧面的位置；在相对于幅材的第一侧面上的第一距离传感器的固定位置处产生磁场；将第一磁传感器和第二磁传感器定位在相对于幅材的第二侧面上的第二距离传感器的相应固定的第一位置和第二位置处；用第一磁传感器和第二磁传感器测量磁场；以及由第一磁传感器和第二磁传感器对磁场的测量结果来确定幅材的厚度。磁位移传感器优选地并入在线扫描系统中，其中被监测的片材在包封电磁线圈和磁传感器的双扫描仪头部之间行进。双扫描仪头部相对于片材沿着横向来回横穿，该片材通常具有0.005mm至5mm的厚度。扫描系统的一个实施方案采用可滑动地移动的具有双臂或构件的C型框架结构，两个扫描仪头部附接到该框架结构上。对于C型框架，磁传感器和其他传感器可直接安装到细长构件上，使得不需要扫描仪头部。在该配置中，永磁体可集成到细长构件中的一个细长构件中或附接到细长构件中的一个细长构件上，该细长构件中的一个细长构件与具有双磁场传感器的另一个构件相对。磁传感器可通过将已知厚度的目标样品定位在上部扫描仪头部和下部扫描仪头部之间的测量间隙或通道中来校准。目标样品可为箔或标准化片。目标样品通过光学位移传感器测量。间隙为OD1+OD2+t，其中ODx为光学位移读数，并且t为厚度。可将其与来自磁传感器的读数进行比较。然后通过在C型框架结构的上部臂上放置一系列砝码来调节间隙尺寸。间隙尺寸调节由光学位移传感器检测。使用曲线拟合技术由数据构建曲线或数学函数。曲线或参数方程是将来自两个磁传感器的读数的数学运算与间隙的尺寸或距离相关联的校准法。本专利技术尤其适用于锂离子电池和蓄电池的阳极和阴极的生产中的质量控制。在制备这些电极时，用阳极或阴极组合物涂覆金属基底或箔，然后在控制电极最终卡厚的组装过程的压制部分中处理经涂覆的箔。卡厚或厚度是关键的电极规格。本专利技术的位移传感器通过通常由铜或铝基底组成的电极读取。为了满足锂离子蓄电池规格，需要优于1微米的精度。由于导电电极的缘故，不能使用常规的电涡流传感器。此外，采用测量磁场的两个独立磁传感器的位移传感器表现出所需的精度和可重复性。此外，其不对由电力线、马达和钢辊产生的干扰磁场高度敏感。已经证明，几十毫特斯拉的1KHz正弦磁场可由定位在上部扫描仪头部中的电磁线圈产生。时变磁场可由两个磁传感器(通常是两个磁通门传感器)感测，这两个磁传感器相隔几厘米定位在下部扫描仪头部中。使用1KHz线圈信号作为同步信号来解调来自磁传感器的信号。精确位移测量结果由两个磁传感器解调的信号的数学函数(诸如比率或差值)给出。1KHz调制/解调方案产生具有高信噪比的信号，同时过滤掉静态或时变干扰磁场的影响。两个磁传感器输出的比率(或差值)消除了流经线圈的电流变化的影响，并且提供了高度稳定且可靠的测量结果。附图说明图1为厚度测量装备的扫描仪头部的示意图；图2示出了厚度测量装备的操作；图3示出了在线扫描系统，其中扫描仪头部固定到C型框架结构上，该框架结构安装在平移机构上；图4示出了另一个在线扫描系统；并且图5是根据Biot-Savart定律计算的磁通量密度相对于沿中心线的距离的曲线图。具体实施方式图1示出了非接触式卡尺传感器系统2的一个实施方案，该非接触式卡尺传感器系统包括定位在沿纵向(MD)行进的幅材或片材8的相对侧上的上部感测扫描仪壳体或头部4和下部感测扫描仪壳体或头部6。上部壳体4的下表面11和下部壳体6的上表面15限定幅材8行进通过的测量间隙或通道54。如果以扫描方式在横向上横跨幅材8进行卡厚测量，则当头部横穿移动的幅材时，将头部对准以直接横跨彼此行进。在一个优选的实施方案中，上部头部4包括第一光学位移传感器10，该第一光学位移传感器计量移动的幅材8的下表面11与顶表面之间的垂直距离。类似地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于监测材料片材的特性的系统(2)，其中所述片材具有第一侧面和第二侧面，所述系统包括：/n第一构件(4)，所述第一构件邻近所述材料片材的所述第一侧面设置，所述第一构件具有用于产生磁场(18,24)的装置；/n第二构件(6)，所述第二构件邻近所述材料片材的所述第二侧面设置，所述第二构件具有第一磁传感器(20)和第二磁传感器(22)，所述第一磁传感器检测所述磁场并产生第一电信号，所述第二磁传感器检测所述磁场并产生第二电信号；和/n用于分析所述第一电信号和所述第二电信号的装置(40)，所述装置用于确定所述第一构件和所述第二构件(4,6)之间的距离的变化。/n

【技术特征摘要】
20200226 US 16/801,8211.一种用于监测材料片材的特性的系统(2)，其中所述片材具有第一侧面和第二侧面，所述系统包括：
第一构件(4)，所述第一构件邻近所述材料片材的所述第一侧面设置，所述第一构件具有用于产生磁场(18,24)的装置；
第二构件(6)，所述第二构件邻近所述材料片材的所述第二侧面设置，所述第二构件具有第一磁传感器(20)和第二磁传感器(22)，所述第一磁传感器检测所述磁场并产生第一电信号，所述第二磁传感器检测所述磁场并产生第二电信号；和
用于分析所述第一电信号和所述第二电信号的装置(40)，所述装置用于确定所述第一构件和所述第二构件(4,6)之间的距离的变化。


2.根据权利要求1所述的系统(2)，所述系统还包括第三传感器(10,14)，所述第三传感器测量所述材料片材的特性或特征。


3.根据权利要求1所述的系统(2)，其中所述第一构件(4)具有第一安装头部，并且所述第二构件(6)具有第二安装头部，并且两个安装头部限定间隙(54)，所述材料片材被定位在所述间隙中，并且所述用于分析所述第一电信号和所述第二电信号的装置(40)确定所述间隙(54)的距离。


4.根据权利要求3所述的系统(2)，所述系统还包括：位于所述第一安装头部中的第一距离传感器(10)，所述第一距离传感器可操作以确定所述第一距离传感器(10)和所述材料片材的所述第一侧面之间的第一距离；和位于所述第二安装头部中的第二距离传感器(14)，所述第二距离传感器可操作以确定所述第二距离传感器(14)和所述材料片材的所述第二侧面之间的第二距离。


5.根据权利要求1所述的系统(2)，其中所述第一磁传感器(20)包括第一磁通门传感器，并且所述第二磁传感器(22)包括第二磁通门传感器。


6.根据权利要求1所述的系统(2)，其中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：塞巴斯蒂安·蒂克西尔，迈克尔·休斯，
申请(专利权)人：霍尼韦尔有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA