本發(fā)明涉及一種用于測量載體上的面狀介質(zhì)的物理量的傳感器，其中，傳感器為了基于至少兩個(gè)不同的物理測量原理進(jìn)行測量而具有兩個(gè)不同的測量裝置，其中第一測量裝置具有電感式或渦流傳感器，并且第二測量裝置具有電容式或光學(xué)傳感器，其中，第一測量裝置主要或僅僅基于電磁效應(yīng)而受到影響，所述電磁效應(yīng)能夠在測量期間在面狀介質(zhì)的載體中被感應(yīng)或產(chǎn)生，并且第二測量裝置主要或僅僅受面狀介質(zhì)影響，其中，第二測量裝置的測量信號(hào)相對于第一測量裝置的測量信號(hào)得出所述面狀介質(zhì)的物理量的測量信號(hào)。此外，本發(fā)明涉及一種用于通過所述傳感器測量載體上的面狀介質(zhì)的物理量的方法，其中，傳感器為了基于至少兩個(gè)不同的物理測量原理進(jìn)行測量而具有兩個(gè)不同的測量裝置，其中，第一測量裝置具有電感式或渦流傳感器，并且第二測量裝置具有電容式或光學(xué)傳感器，其中，第一測量裝置主要或僅僅基于電磁效應(yīng)而受到影響，所述電磁效應(yīng)能夠在測量期間在面狀介質(zhì)的載體中被感應(yīng)或產(chǎn)生，并且第二測量裝置主要或僅僅受面狀介質(zhì)影響，其中，第二測量裝置的測量信號(hào)相對于第一測量裝置的測量信號(hào)得出所述面狀介質(zhì)的物理量的測量信號(hào)。
背景技術(shù)：
：：1、主要或僅僅影響第一測量裝置的電磁效應(yīng)是一種期望的有用效應(yīng)或測量效應(yīng)，電感式或渦流傳感器基于所述有用效應(yīng)或測量效應(yīng)工作并且由此獲得測量信號(hào)、例如距離值。與此相反，可能在測量中出現(xiàn)不期望的干擾效應(yīng)，尤其也出現(xiàn)不期望的電磁干擾效應(yīng)。就此而言，由傳感器感知的電磁效應(yīng)不僅包括期望的部分而且包括不期望的部分。2、此外，在制造帶材或薄膜中，對厚度的檢測是非常重要的，以便例如確保這種材料的主要特性。這種材料可以也具有涂層、例如導(dǎo)電的、半導(dǎo)體的或絕緣的涂層，例如這在電池制造領(lǐng)域中尤為常見。3、如果可以測量兩側(cè)，則可以例如使用光學(xué)的、電感式或電感式的傳感器，所述傳感器可以安裝在弓形支架或框架上并且從兩側(cè)對待檢測的薄膜進(jìn)行測量。在此，傳感器剛性固定地或可移動(dòng)地使用。4、然而，許多用戶期望能夠?qū)Ρ∧みM(jìn)行單側(cè)厚度測量。狹小的安裝空間、環(huán)境溫度以及其他因素也進(jìn)一步限制了目前常用傳感器的應(yīng)用。5、單側(cè)測量用于確定不同的物理量、例如厚度或密度。在這一類應(yīng)用中，常常使用放射性面輻射源，其通過面密度為厚度計(jì)算提供依據(jù)。6、使用放射性測量系統(tǒng)進(jìn)行單側(cè)測量時(shí)存在的問題：需要配備專職輻射操作員，測量往往非常不準(zhǔn)確，并且在運(yùn)行過程中需要采取大量安全防護(hù)措施。7、尤其在電池薄膜制造領(lǐng)域，這種薄膜通常是不透明的，從而進(jìn)一步限制了對可能的傳感器裝置的選擇，例如光學(xué)測量傳感器只能有條件地使用。8、許多應(yīng)用中常見的遠(yuǎn)高于100℃的高溫環(huán)境也顯著限制了選擇可能性。特別是帶有集成電子元件的傳感器在這種高溫環(huán)境下根本無法使用，或者需要耗費(fèi)大量成本進(jìn)行冷卻才能使用。9、在工業(yè)領(lǐng)域中針對絕緣薄膜的測量，多年來已成功采用組合傳感器、例如由電感式、電容式及光學(xué)傳感器構(gòu)成的組合傳感器。10、在測量過程中，待測薄膜通常在金屬輥、如鋁或鋼制輥上運(yùn)行。這類輥需具備極長的使用壽命。這意味著，在存在磨蝕性介質(zhì)的情況下，通常使用鋼制輥，而這些輥往往還涂有耐磨涂層，以確保即使在磨蝕性介質(zhì)的作用下也能保持較長的使用壽命。然而，使用電感式傳感器進(jìn)行測量時(shí)，常常會(huì)導(dǎo)致測量誤差，因?yàn)檫@些鋼制輥具有鐵磁性，從而引起傳感器的相應(yīng)誤測。這被稱為基于魏斯疇(weiβschen?bezirken，磁疇)的跳動(dòng)效應(yīng)(run-out-effekt)，下文將作進(jìn)一步說明。11、根據(jù)衰減原理測量介質(zhì)厚度的傳感器不受上述因素的影響，并且也能很好地測量不透明介質(zhì)。然而，該方法也會(huì)同時(shí)檢測到承載輥的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。這種擺動(dòng)只能通過以下方式部分地補(bǔ)償：在輥邊緣在無帶材的區(qū)域安裝另一個(gè)傳感器，并將檢測到的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)也作為厚度測量傳感器的參考依據(jù)。但這意味著必須假設(shè)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)在所有位置處都相似，而這一假設(shè)在實(shí)際應(yīng)用中(例如在輥中部)往往無法成立。12、總的來說，本發(fā)明致力于消除或至少減少在測量例如被引導(dǎo)通過輥的帶材的特性、例如厚度、密度、面密度、導(dǎo)電性等時(shí)的跳動(dòng)效應(yīng)。當(dāng)由于例如輥的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而在測量信號(hào)中出現(xiàn)干擾時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生跳動(dòng)效應(yīng)，這些干擾要么是可重復(fù)的，隨著輥的轉(zhuǎn)速重復(fù)出現(xiàn)(repeatable?run-out，可重復(fù)跳動(dòng))，要么是不可重復(fù)的(non-repeatable?run-out，不可重復(fù)跳動(dòng))。跳動(dòng)效應(yīng)是一種干擾效應(yīng)，會(huì)對期望的有用效應(yīng)(即測量效應(yīng))產(chǎn)生不利影響。13、這種跳動(dòng)效應(yīng)本質(zhì)上存在多種成因：14、1.一般而言，例如輥通常存在某種跳動(dòng)，其也稱為圓度誤差或機(jī)械性跳動(dòng)(mechanical?run-out)。這源于輥直徑的偏差、軸承的公差或其他機(jī)械因素。當(dāng)對旋轉(zhuǎn)中的輥的表面進(jìn)行距離測量時(shí)，這些因素會(huì)導(dǎo)致測量距離發(fā)生可重復(fù)或不可重復(fù)的變化。可重復(fù)跳動(dòng)由系統(tǒng)性誤差導(dǎo)致、例如由在軸承中、在輥表面上等的隨每轉(zhuǎn)重復(fù)出現(xiàn)的缺陷導(dǎo)致。不可重復(fù)跳動(dòng)則源自隨機(jī)誤差，所述隨機(jī)誤差通常由軸承間隙過大引起，這種情況通常較少出現(xiàn)。15、2.當(dāng)通過電感式或渦流傳感器對輥表面進(jìn)行測量時(shí)，可能出現(xiàn)電性跳動(dòng)(electrical?run-out)。所述電性跳動(dòng)與輥圓周運(yùn)動(dòng)的機(jī)械(幾何)特性無關(guān)，而取決于輥材料的電特性或磁特性。電特性例如為電導(dǎo)率σ或其倒數(shù)、即電阻率ρ。磁特性例如為磁導(dǎo)率μr。對于鐵磁材料，這種跳動(dòng)效應(yīng)的成因包括魏斯疇(磁疇)，所述魏斯疇影響電感式測量或磁性測量，其方式是，材料內(nèi)部的磁化強(qiáng)度發(fā)生改變并且由此μr的量值和/或方向發(fā)生改變，即所述材料是非均質(zhì)性的。另一個(gè)原因可能是輥表面微裂紋，所述輥表面微裂紋會(huì)局部影響電導(dǎo)率并且由此影響渦流響應(yīng)。在鐵磁材料中，這些效應(yīng)會(huì)相互疊加，并隨傳感器類型表現(xiàn)出不同的特征。對于含線圈的傳感器(例如電感式傳感器、渦流傳感器)，測量時(shí)往往難以精確區(qū)分具體原因，僅能從信號(hào)中識(shí)別出下述改變，所述改變不是由距離變化引起，而是由于電性跳動(dòng)對距離信號(hào)產(chǎn)生疊加影響。16、在測量被引導(dǎo)通過輥的介質(zhì)的厚度時(shí)，由機(jī)械的(第1點(diǎn))和電的(第1點(diǎn))圓周運(yùn)動(dòng)誤差所導(dǎo)致的這些偏差必須被補(bǔ)償。其在此取決于，介質(zhì)具有哪種特性并且應(yīng)通過哪種測量方法被測量。17、為了補(bǔ)償機(jī)械的跳動(dòng)效應(yīng)已知一種借助所謂的“組合傳感器”的具有組合的測量原理的方法。第一傳感器檢測測量對象的特性，理想地不受測量對象自身影響的第二傳感器檢測輥的表面。例如帶材的厚度可以由這兩個(gè)信號(hào)的差值確定。然而帶材的其他測量參量、例如密度或所謂的面密度也或者導(dǎo)電性也可以通過適合的傳感器確定。18、在非金屬的測量對象的情況中，使用電感式或渦流傳感器作為第一傳感器。所述電感式或渦流傳感器不受測量對象影響并且檢測輥的高度跳動(dòng)，其方式是，所述電感式或渦流傳感器穿過測量對象檢測輥的表面。第二傳感器借助例如電容式或光學(xué)測量原理檢測測量對象、例如其表面或面密度。理想地，所使用的傳感器同心地布置，從而測量位置對于二者是相同的并且不出現(xiàn)附加的在可能發(fā)生偏移的情況下產(chǎn)生的潛在誤差、例如傾斜誤差。由差值則可以非常準(zhǔn)確地確定厚度，其中，機(jī)械跳動(dòng)效應(yīng)通過使用兩個(gè)不同的測量原理被有效地補(bǔ)償。19、在金屬測量對象的情況中，所述金屬測量對象阻礙借助電感式或渦流傳感器穿過材料進(jìn)行測量，所述傳感器可以布置在帶材附近的側(cè)邊。然而這具有的缺點(diǎn)是，測量位置不與第二傳感器一致，這可能需要附加的補(bǔ)償措施。20、備注：即使是導(dǎo)電材料，若其厚度足夠薄或電導(dǎo)率極低，也可通過電感式或渦流傳感器進(jìn)行測量。則會(huì)得到一個(gè)由測量對象和輥疊加而成的信號(hào)。如果為第一個(gè)傳感器和第二個(gè)傳感器使用不同的工作頻率，則有可能將來自輥和測量對象的測量信號(hào)分離，從而能夠?qū)y量對象的特性進(jìn)行測量。21、然而電感式或渦流傳感器(第一傳感器)可能會(huì)受到輥材料影響，這會(huì)導(dǎo)致電性跳動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致厚度測量誤差。遺憾的是，電感式或渦流傳感器無法僅理想地檢測輥表面，而是具有一定的體積效應(yīng)。在此涉及趨膚深度δ，其尤其取決于相關(guān)材料(σ、μr)和傳感器的工作頻率(振蕩頻率)：趨膚深度表示在導(dǎo)體中由電磁波感應(yīng)產(chǎn)生的電流密度衰減至值1/e時(shí)的深度。通常使用趨膚深度的三倍值作為電流密度對測量的影響可忽略不計(jì)的深度。技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路1、因此，本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種傳感器以及一種開頭所述類型的方法，由此能夠以結(jié)構(gòu)簡單的方式實(shí)現(xiàn)特別可靠地測量面狀材料的物理量。2、根據(jù)本發(fā)明，前述任務(wù)一方面通過具有權(quán)利要求1的特征的傳感器來解決。傳感器據(jù)此這樣設(shè)計(jì)并且進(jìn)一步改進(jìn)，即第一測量裝置被選擇和/或能運(yùn)行，使得電磁效應(yīng)能夠僅僅或主要在載體的表面上能限定的盡可能薄的層中被感應(yīng)或產(chǎn)生。3、按照根據(jù)本發(fā)明的方式首先認(rèn)識(shí)到，通過巧妙選擇傳感器中所使用的測量裝置，上述任務(wù)以出人意料簡單的方式得以解決。在此，按照進(jìn)一步的根據(jù)本發(fā)明的方式，第一測量裝置這樣被選擇和/或能運(yùn)行，使得在很大程度上減少或者完全避免來自載體體積中的較大深度對測量信號(hào)的干擾。為此，第一測量裝置具體地這樣被選擇和/或能運(yùn)行，使得電磁效應(yīng)(電磁效應(yīng)的期望的部分)能夠僅僅或主要在載體的表面上能限定的盡可能薄的層中被感應(yīng)或產(chǎn)生。4、以特別可靠的方式可以具體地將第一測量裝置的工作頻率選擇為，使得期望的電磁效應(yīng)能夠僅僅或主要在載體的表面上能限定的盡可能薄的層中被感應(yīng)或產(chǎn)生。結(jié)構(gòu)簡單地實(shí)現(xiàn)工作頻率的可選擇性。5、此外關(guān)于特別可靠地測量，所述層可以由載體的涂層形成，期望的電磁效應(yīng)能夠在所述涂層中被感應(yīng)或產(chǎn)生。在此可以又以簡單的方式將第一測量裝置的工作頻率選擇為，使得期望的電磁效應(yīng)能夠僅僅或主要在載體的涂層中被感應(yīng)或產(chǎn)生。在此利用了如下特性，根據(jù)所選擇的頻率，電磁效應(yīng)在物質(zhì)、例如載體中的不同深度被感應(yīng)。頻率越高，感應(yīng)作用至涂層或載體中的深度就越淺。由于涂層材料選擇為使得不期望的磁效應(yīng)在涂層中不被感應(yīng)或產(chǎn)生或者與未加涂層的載體相比更低強(qiáng)度地被感應(yīng)或產(chǎn)生，因此在所述方法的這個(gè)實(shí)施方式中，通過巧妙選擇頻率最終實(shí)現(xiàn)對不期望的磁效應(yīng)的避免、大幅減弱或補(bǔ)償。6、以特別簡單的方式可以使用能導(dǎo)電的而非鐵磁性的材料、鉻或碳化鎢作為涂層或涂層組分。這是常見的涂層材料，所述涂層材料一方面是非常耐用的，并且另一方面使磁效應(yīng)在所述涂層材料中不產(chǎn)生或者與在通常的載體材料中相比大幅減弱地產(chǎn)生。7、關(guān)于實(shí)現(xiàn)另一種測量原理，此外可以使用呈溫度測量裝置形式的測量裝置。通過所述測量裝置確定的溫度值能夠以簡單的方式被考慮用于在測量面狀介質(zhì)的物理量時(shí)提高測量值的精度。8、傳感器能夠以進(jìn)一步有利的方式設(shè)計(jì)用于借助所實(shí)現(xiàn)的測量裝置中的至少兩個(gè)測量裝置來識(shí)別介質(zhì)的能旋轉(zhuǎn)的載體的旋轉(zhuǎn)或部分旋轉(zhuǎn)。所述識(shí)別能夠以特別有利的方式自動(dòng)地進(jìn)行。為此可以使用能旋轉(zhuǎn)的載體的重復(fù)性輪廓、例如輥。傳感器可以在此布置在一個(gè)恒定的軸向位置上，即不會(huì)相對于載體進(jìn)行橫向運(yùn)動(dòng)。由此可以對載體、例如輥進(jìn)行表征，而無需使用編碼器。9、在此以及更根本地說，所述識(shí)別能夠以特別簡單的并且可靠的方式根據(jù)載體的奇點(diǎn)和/或載體的奇點(diǎn)的間距進(jìn)行。在此，這種奇點(diǎn)或載體的個(gè)體特征、不規(guī)則性或不均勻性、例如缺陷或制造誤差可以導(dǎo)致顯著的并且始終與旋轉(zhuǎn)角度相關(guān)的信號(hào)波形，例如信號(hào)中的峰值、峰值序列等。10、在一個(gè)具體的實(shí)施例中，面狀介質(zhì)可以具有帶材或薄膜。所述介質(zhì)應(yīng)用于不同的、特別是工業(yè)領(lǐng)域，并且所述介質(zhì)的精確特性、特別是幾何特性、例如幾何厚度或密度等是非常重要的。11、在具體的應(yīng)用中，物理量可以是介質(zhì)的厚度或密度。所述參量例如在薄膜制造中是非常重要的，以便例如確保呈薄膜形式存在的介質(zhì)的均勻的厚度或密度。12、此外，前述任務(wù)通過具有權(quán)利要求11的特征的方法來解決，其中，開頭所述類型的方法這樣設(shè)計(jì)并且進(jìn)一步改進(jìn)，即第一測量裝置被選擇和/或運(yùn)行，使得電磁效應(yīng)能夠僅僅或主要在載體的表面上能限定的盡可能薄的層中被感應(yīng)或產(chǎn)生。為避免重復(fù)并且為了簡明，關(guān)于通過所述方法實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)可參考前面對相關(guān)傳感器描述的優(yōu)點(diǎn)。13、為了實(shí)現(xiàn)一方面特別可靠地并且另一方面特別容易地測量物理量，傳感器和/或傳感器的至少兩個(gè)不同的測量裝置可以這樣設(shè)計(jì)，使得所述物理量的測量能夠僅僅從面狀介質(zhì)的一側(cè)進(jìn)行。這種單側(cè)測量尤其在狹窄的結(jié)構(gòu)空間中是特別有利的，因?yàn)樵诖藴y量裝置通常不像雙側(cè)測量那樣需要那么大的空間。14、以有利的方式中可以借助合適的測量工具在測量所述介質(zhì)的物理量之前對載體的至少一個(gè)部分區(qū)域在磁效應(yīng)方面進(jìn)行測量，并且可以在測量所述介質(zhì)的物理量之前、之后和/或時(shí)使用借助測量工具獲取的測量結(jié)果用于補(bǔ)償或減少由磁效應(yīng)引起的對所述測量的影響。由此能夠特別可靠地測量物理量。在最佳情況下測量載體的整個(gè)表面或者所述表面的至少下述部分，所述部分承載所述介質(zhì)，或者所述介質(zhì)在測量期間布置在所述部分上?；谟纱双@取的測量結(jié)果或由此確定的測量值可以實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償或減少由磁效應(yīng)引起的對所述測量的影響，其中，對測量結(jié)果或測量值的使用可以在測量所述介質(zhì)的物理量之前、之后和/或時(shí)進(jìn)行。由此實(shí)現(xiàn)特別可靠地并且容易地測量所述物理量。15、關(guān)于特別可靠地測量物理量，測量工具可以借助電容式測量和電感式測量沿著所述部分區(qū)域或沿著載體的整個(gè)表面從一個(gè)測量位置出發(fā)來測定測量工具或能定義的起始點(diǎn)與載體之間的距離，其中，沿著所述部分區(qū)域或沿著所述載體的整個(gè)表面從一個(gè)測量位置出發(fā)來測定測量工具或能定義的起始點(diǎn)與載體之間的距離。根據(jù)載體的局部特性得出電容式測量與電感式測量之間與位置相關(guān)的差分信號(hào)。所述差值或所述差分信號(hào)可以針對載體的整個(gè)表面或針對表面的相關(guān)部分區(qū)域來確定。表面的相關(guān)部分區(qū)域可以是下述部分區(qū)域，所述部分區(qū)域承載所述介質(zhì)，或者所述介質(zhì)布置在所述部分區(qū)域上。結(jié)果是可以減少或被補(bǔ)償磁效應(yīng)。16、以進(jìn)一步有利的方式可以對部分區(qū)域或載體的整個(gè)表面的測量分別在不同的溫度下進(jìn)行。由此可以補(bǔ)償或減少測量結(jié)果的可能存在的溫度依賴性。17、以簡便的方式并且為了確保特別可靠地測量物理量，所獲取的測量結(jié)果、所獲取的距離值和/或所確定的差值可以被存儲(chǔ)在特征圖譜中。由此可以借助多維特征圖譜實(shí)現(xiàn)對載體的表征，所述多維特征圖譜在測量運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)也在不同的溫度下主動(dòng)地補(bǔ)償或減少磁效應(yīng)。18、因此，通過根據(jù)本發(fā)明的傳感器和根據(jù)本發(fā)明的方法提供一種傳感器以及方法，由此能夠以結(jié)構(gòu)簡單的方式實(shí)現(xiàn)特別可靠地測量面狀材料的物理量。19、根據(jù)本發(fā)明的傳感器的一個(gè)實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)帶高頻渦流傳感器的組合傳感器(用于導(dǎo)電介質(zhì)的組合系統(tǒng))。20、此外，在根據(jù)本發(fā)明的傳感器和根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施例中可以考慮基于魏斯疇的跳動(dòng)效應(yīng)。21、在本發(fā)明的實(shí)施例中可以對于電感式或渦流測量這樣選擇傳感器的工作頻率f，使得電感或渦流效應(yīng)(＝測量效應(yīng))在輥的表面上非常薄的層d≈3*δ中產(chǎn)生。由此可大幅降低體積效應(yīng)對測量信號(hào)的影響。也就是說，在原理上這樣提高傳感器的工作頻率(振蕩頻率)，使得至輥材料或載體材料中的趨膚深度如此小，從而使電感效應(yīng)或渦流效應(yīng)僅僅直接在表面上極薄的層中產(chǎn)生。由此使來自更深層對測量信號(hào)的干擾不再產(chǎn)生或者大幅被抑制。22、特別有利的是，(出于強(qiáng)度原因)主要由(鐵磁性的)鋼構(gòu)成的載體或輥以另外的導(dǎo)電材料構(gòu)成的均勻的表面層涂覆。測量信號(hào)則主要受該層的特性影響而不受位于該層以下的輥材料影響。特別有利的是，所述表面層由導(dǎo)電的而非鐵磁性的材料構(gòu)成，因?yàn)橛纱讼砻鎸又械拇判?yīng)(魏斯疇！)。如果傳感器的振蕩頻率被適合地選擇，則電磁效應(yīng)或測量效應(yīng)主要或僅僅在表面層中產(chǎn)生。23、第一傳感器通常是電感式或渦流傳感器，并且第二傳感器可以是電容式傳感器或光學(xué)距離傳感器(三角測量裝置、也即激光三角測量裝置、激光輪廓傳感器、共焦色譜傳感器、干涉儀等)，或下述輪廓傳感器，所述輪廓傳感器通過陰影遮蔽法檢測載體或輥上的帶材的高度。24、補(bǔ)充地，針對可能出現(xiàn)的干擾效應(yīng)及其在本發(fā)明的實(shí)施例的框架中的處理，還將進(jìn)行如下闡述:25、干擾效應(yīng)除了已述及的由魏斯疇引起的磁效應(yīng)外還包括由于影響渦流的(微)裂紋而引起的電效應(yīng)，所述干擾效應(yīng)最初出現(xiàn)在載體或例如輥的材料中，并消極地影響測量。目標(biāo)在于抑制這些干擾效應(yīng)。這通過提高渦流傳感器的工作頻率來實(shí)現(xiàn)。這導(dǎo)致測量效應(yīng)僅發(fā)生在載體或輥表面上的薄層中(減小的趨膚深度)。這也意味著干擾效被減弱，因?yàn)闇p少了來自材料深處的影響。進(jìn)一步有利的是，在載體或輥上施加非鐵磁性涂層。特別有利的是，使頻率與涂層相匹配或者反之，從而使測量效應(yīng)主要或僅僅發(fā)生在該涂層中。(在非鐵磁性涂層的情況中)磁性干擾效應(yīng)則被消除，并且若涂層材料被合適地選擇，則也會(huì)減輕由微裂紋引起的干擾。當(dāng)前第1頁12當(dāng)前第1頁12