林上涂层测厚仪获发明专利：数字振荡与高速ADC技术解析

涂层测厚仪在汽车制造、电镀、五金加工、钢结构防腐等行业已经是常用的检测设备。实际使用时，用户关心的不只是“能不能测”，还有几个更实际的问题：同一个位置多测几次，数据稳不稳定；涂层比较薄的时候，读数会不会跳；车间温度发生变化以后，测量结果会不会受影响。这些问题表面看都是“测量精度”的问题，往仪器内部看，背后涉及激励信号、数据采集、电路设计以及探头结构等多个环节。

林上科技在涂层测厚仪研发过程中，针对这些问题做了针对性改进，并取得发明专利《一种涂层测厚仪及涂层厚度检测方法》，专利号为ZL202010552100.0。目前这项专利已经应用到林上部分涂层测厚仪产品中，包括LS220H、LS225、LS226等型号。

专利核心点一：数字振荡技术

数字振荡技术的优势是什么？磁性法和涡流法涂层测厚仪，都需要通过探头产生检测信号，再根据检测到的信号变化计算涂层厚度。传统模拟振荡电路容易受到元器件本身以及外部环境的影响：温度变化、电源电压波动、模拟器件参数漂移，都有可能让振荡信号发生变化。前端信号本身不稳定，后面的数据处理做得再复杂，测量结果还是容易出现波动，表现为精度不高、重复性不好、数据不稳定。

林上这项专利采用数字振荡方式，由单片机数字信号控制激励信号。与传统模拟振荡电路相比，这种方式可以减少温度、湿度、电源以及模拟器件参数变化对振荡信号的影响，相当于先把测量所需的基础信号从源头做稳定。这一点对比较薄的涂镀层尤其重要：涂层越薄，信号变化本身就越小，测量电路稍有波动，反映到厚度数据上就会被放大，这也是超薄涂层更难测准的原因。

专利核心点二：高速ADC数据采集

涂层测厚仪的探头在检测过程中，还需要完成信号采集和计算。林上的专利方案采用高速ADC进行数据采集，仪器可以快速获取检测信号，再通过程序计算对应的涂层厚度。涂层测厚仪大多基于磁感应或电涡流方式检测，不管哪种方式，检测信号都是变化量。采用高速ADC采集时，采集频率更高、数据更准确，测厚仪的检测精度也更有保障。

高速ADC数据采集除了影响精度，同样影响检测速度。这一部分用户平时看不到，但使用仪器时能直接感受到。比如生产线上抽检，一件工件可能需要检测多个位置；电镀件、汽车零部件做质量控制时，一批产品往往需要连续测很多次。如果每次测量都要等待，检测效率就上不来。

专利核心点三：数字信号探头技术

专利中还有一个比较关键的设计：检测头与信号处理电路采用一体化固定结构。为什么要把检测头和信号处理电路做在一起？早期一些检测仪器的结构中，传感器和后端电路之间存在较长的模拟信号传输路径，比如探头与主机的连接线、主副电路等结构。检测时探头移动、连接状态变化或者外部干扰，都可能对信号产生影响。

把信号处理电路放到更靠近检测头的位置，可以缩短信号传输距离，同时减少机械运动以及连接变化带来的干扰。林上部分涂层测厚仪的探头内部就集成了数字信号处理电路，探头获取信号后，在探头端完成相应的信号处理，再将数据传输给主机。用户不需要知道里面具体有几块电路板，但结果很直观：连续测量时，数据不容易出现没有规律的大幅跳动，也不容易受到检测环境周边磁场或电场的干扰。

专利之外，还要解决现场使用的问题

一台涂层测厚仪实际好不好用，不能只看某一项技术。实验室环境通常比较稳定，而现场使用环境要复杂得多：夏天和冬天车间温度差别很大；同一台仪器今天测钢板上的油漆，明天可能拿去测镀锌层；有的工件表面比较平整，有的则是弧面、小尺寸或者结构比较复杂。因此在专利技术基础上，林上涂层测厚仪还采用了温度补偿、调零和多点校准等设计。温度补偿主要用于降低环境温度变化对测量结果的影响；不同材料工件的磁性和导电性能不一样，检测时零点数据也会有差异，调零和多点校准因此更加常用，用户可以根据标准片以及实际测量范围，用涂镀的工件对仪器进行校准。在对测量准确性要求比较高的场合，按照实际工件和厚度范围校准，比直接拿仪器测量更加稳妥。

哪些涂层可以测？

涂层测厚仪能不能测，首先要看基材和涂层，需要从测量原理来区分。

磁性法主要用于钢、铁等铁磁性金属基体。例如钢材表面的油漆、防腐涂层、清漆、搪瓷层，以及部分镀锌层、镀铬层等，都可以根据实际情况采用磁性法进行检测。

涡流法主要用于铝、铜等非磁性金属基体上的非导电涂层。比较常见的有铝合金表面的阳极氧化膜、油漆层、粉末喷涂层等。

所以选择涂层测厚仪时，不能只问“能测多厚”，还要先确定基材是什么、上面的涂层是什么，以及大概的厚度范围。对于电镀件、汽车零部件、五金件等薄涂镀层检测，测量重复性通常更加重要：厚度本身比较小，几微米甚至更小的变化，都可能直接影响质量判断，需要选择能测量超薄涂层的仪器和探头；常规的喷涂层，如喷塑喷粉等，可以采用常规探头或两用探头。

从专利到产品

从专利到产品，中间是研发到产品化的过程。目前，相关技术已经应用于林上LS220H、LS225、LS226等多款已上市产品，以及部分在研发阶段的涂层测厚仪产品，可广泛用于汽车制造、电镀、五金加工、机械制造、钢结构防腐等行业的涂层厚度检测。对于林上的涂层测厚仪来说，参数表上的精度是一方面，长期使用过程中数据是否稳定、不同环境下能不能保持较好的重复性，同样很重要。这也是林上在涂层测厚仪研发过程中一直在做的事情。