测量薄膜厚度和涂层

红外传感器最广泛地用于根据特定光波长吸收来测量材料的化学成分。在大多数情况下，这些都是表面测量，精度取决于材料表面代表整个材料。传感器入射角、与产品的距离和光束面积对本次测量通常并不重要。

厚度测量与成分分析有很大不同，取决于光在产品整个厚度中的总透射率。反射传感器，例如 Sensortech NIR-6000 系列 取决于来自产品内分子的红外光的反向散射，或者需要反射背景才能在产品两次穿过时有效地返回光线。测量塑料涂层时，纸质基材通常提供良好的反射背衬。这两种方法通常都是有效的，与吸收较少的波长相比，需要使用的波长会被产品吸收。聚合物薄膜产品以碳氢化合物为基础，需要使用 C-H 吸收波长。根据薄膜或涂层的厚度，使用不同的波长。可以使用纤维素吸收波长来测量轻质纸张和纸巾的基重。

虽然入射角和产品距离等物理变化对表面成分测量的影响不大，但它们会严重影响厚度测量。

图 1：T = t/cosΩ

图 1 显示了垂直于产品（90°）的光路，也显示了入射角 Ω 处的光路。穿过乘积的路径长度为：t/cos（路径长度将随入射角而变化）

大多数薄膜或涂层往往具有光泽和高反射性。第一次表面反射在测量方面毫无用处，但高反射能量会使探测器饱和。出于这个原因，仪器几乎总是安装在与垂直方向不同的角度上，因此第一次表面反射不会返回到仪器上。

图 2：红外安装角度

如果仪器未牢固地安装在刚性结构上，则由于入射角的变化，运动可能会导致不稳定。在测量滚轮之间的卷材产品时，卷材振动会导致入射角度的变化和随后的测量波动。图 2 用夸张的颤振说明了这种现象。

图 3

通过将传感器直接放置在滚轮上方，如图 3 所示，可以最大限度地减少颤动。另一个好处是滚轮可以起到很好的反射作用。自然过程变化将导致在设定值左右的持续厚度变化。这些变化可以通过过滤（阻尼）来求平均值。仪器响应本质上是对数的。测量各种厚度会导致线性度误差。最好在标称设定值的+/ -20% 的范围内对校准曲线进行分段线性化。示例：对于 10gsm 的胶片，在 8 — 12gsm 之间进行校准。

摘要

在薄膜厚度和涂层应用中，红外反射率计是核测量的有效替代方案，前提是传感器安装时要小心。通过以下方式实现最佳精度：