摘 要

纸是一种可以再生产利用的绿色环保材料，在我们的日常生活中有着很重要的角色，与我们每个人的生活息息相关。纸可以广泛的用到工业、生活、科学技术等很多场合。在其生产和加工的过程中，按照不同的属性和功能采用不同的生产工艺和加工方法，就会使用不同的质量指标。纸的定量、厚度、机械强度及含水量等很多性能参数都能反映出纸张的质量状况，对纸张含水量和厚度的检测是确定纸张性质最重要的一部分，在纸张的生产过程中必须随时对它们进行检测和控制。

本文采用的是在线检测纸张的含水量和厚度，主要讲述了红外线检测纸张的含水量，由于检测时含水量含量的变化同时受纸张厚度的影响，因而本文又设计了电容传感器检测纸张的厚度对含水量进行补偿，在对纸张进行检测后，设计相应的控制系统对纸张的含水量以及厚度进行控制。

本文分别讲解了纸张含水量和厚度检测电路的设计，其中检测系统的设计主要包括传感器的设计、信号的处理电路设计、含水量控制系统的设计说明等多部分，对不同部分的电路原理和功能都进行了详细地分析和设计。通过对硬件电路的分析说明，结合相应的软件处理程序，在保证检测准确度的同时可实现信号的采集处理，然后设计合理的控制系统进行对含水量及厚度进行控制。

本文也对纸张厚度和含水量的控制系统的数学模型的建立，从而对实现了对纸张厚度以及含水量的控制系统的仿真，并对仿真结果进行了分析。

关键词：含水量检测；厚度检测；红外光吸收；变介质电容；仿真

Abstract

Paper is a kind of green material that can be recycled and plays a very important role in our daily life, and is closely related to everyone's life. Paper can be widely used in industry, life, science and technology and many other occasions. In the process of production and processing, according to different attributes and functions using different production processes and processing methods, will use different quality indicators. Paper, such as the quantitative, thickness, mechanical strength and water content of many performance parameters can reflect the quality of the paper, the paper moisture content and thickness of the paper is to determine the nature of the most important part of the paper in the production process must They are tested and controlled.

In this paper, the water content and thickness of the paper are measured on the line. The moisture content of the paper is mainly described. The moisture content of the paper is affected by the thickness of the paper. Therefore, the thickness of the paper is designed. The water content is compensated.

This design focuses on the design of paper water content and thickness detection circuit. The detection system is mainly composed of sensor design, signal processing design, water quality control system design and so on. The design principle and function of different parts are studied and designed. The Through the optimization analysis and design of the hardware circuit, combined with the corresponding software processing procedures, to ensure the detection accuracy at the same time to achieve the signal acquisition and processing.

In this paper, the mathematical model of the control system of paper thickness and water content is established, and the simulation of the control system of paper thickness and water content is realized, and the simulation results are analyzed and optimized.

Key words: water content detection；thickness detection；Infrared light absorption；variable dielectric capacitor；simulation

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题的研究背景及目的 1

1.1.1 课题的研究背景 1

1.1.2 课题的研究目的 1

1.2 课题的国内外研究现状 2

1.2.1 国内研究现状 3

1.2.1 国外研究现状 3

1.3 本文主要研究的工作和章节安排 4

1.3.1 主要研究的工作 4

1.3.2 本文章节安排 5

第2章 工艺流程及控制系统总体方案设计 6

2.1 纸张的生产工艺 6

2.2 纸张厚度的检测原理 7

2.2.1 纸张厚度的特性分析与影响因素 7

2.2.2 纸张厚度检测方案的选择 8

2.2.3 电容传感器检测纸张厚度的原理 9

2.3 纸张含水量的检测原理 10

2.3.1 纸张生产中含水量的特性分析及其影响因素 10

2.3.2 含水量检测方案的选择 10

2.3.3 红外线法检测纸张含水量原理 11

2.4 纸张质量控制系统的总体方案设计 12

2.5 本章小结 13

第3章 质量检测与控制系统的硬件设计 14

3.1 纸张含水量和厚度的检测设计思路 14

3.2 纸张含水量检测电路的设计 15

3.2.1 红外线法检测纸张含水量的方案论证 15

3.2.2 检测信号外围电路的设计及硬件选型 16

3.3 纸张厚度检测电路设计 18

3.3.1 正弦信号发生器的电路设计 19

3.3.2 检波电路的设计 20

3.4 纸张生产过程中控制系统的硬件设计 21

3.5 本章小结 22

第4章 质量检测及控制系统软件设计 23

4.1 纸张质量检测系统的主程序流程设计 23

4.2 数据的采集处理软件设计 24

4.3 本章小结 25

第5章 纸张含水量和厚度的控制系统仿真及结果分析 26

5.1 纸张厚度的控制系统仿真及结果分析 26

5.2 纸张含水量的控制系统仿真及结果分析 28

5.3 本章小结 30

第6章 总结与展望 31

6.1 全文总结 31

6.2 展望 31

参考文献 33

附录 34

致谢 37

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景及目的

1.1.1 课题的研究背景

在当今社会，随着科学技术的日益发展，纸已经在人们的日常生活中起到了不可替代的作用了，成为人们日常生活中必须的一部分，同时纸对工业生产同样重要，各行各业都与纸张有着密不可分的关系。然而，随着社会的不断进步和人们生活水平的日益提高，人们对纸的需求量和质量都提出了更高的要求。

在一些西方的国家，他们的造纸工业的水平已经走在世界的前端，造纸工业向着高度集成化、高速化、智能化的方向不断发展，它们与国内造纸业的水平相比具有明显的发展优势，主要体现在原料、制浆以及打浆、废液的处理和利用方面、造纸的设备等。在生产设备方面，向自动化、连续化、高速化等方向发展，实现了计算机自动控制，现在一些先进抄纸机的抄纸速度达到了2400米/分钟，宽度超过十米，自动化水平有很大的提升^[[1]]。因此，我国也应该大力开发新工艺和新技术。

随着自动控制理论和计算机技术的飞速发展，又为了能节约资源、减少劳动力的使用量、提高产品的质量以及提高公司的收益，生产过程的自动化越来越多的受到关注。自动化是使用仪器仪表、计算机等装置对工业的生产过程进行自动检测、控制和信息处理等的一种先进技术。采用自动化的生产过程，在满足环保、生产安全可靠的同时可实现高产量、低消耗，此外还节省了大量的劳动力改善了生产条件，成为现代工业生产的趋势。如今，自动化^[[2]]检测和控制的理论已经普遍使用在了造纸工业的现场。