[发明专利]一种用于锂离子电池极片面密度检测的射线传感器

说明书

技术领域

本发明属于检测设备技术领域，尤其涉及一种用于锂离子电池极片面密度检测的射线传感器。

背景技术

电池极片上涂覆的活性物质的量直接影响成品电池的容量和安全性等重要指标。当阴极极片上活性物质的质量与阳极极片上活性物质的质量不匹配时，极易在充电过程中产生析锂现象，带来严重的安全隐患。因此，在锂离子电池极片的生产过程中需要实时监测其面密度，以监控产品质量并提高一致性，防止析锂现象的发生。

传统的监测方法是员工手持螺旋千分尺，动态测量生产中的极片边缘。这种方法属于接触式测量，难以胜任在线式测量的需求，且只能测量极片边缘的位置，测量精度易受到测量人员力度的影响，容易划伤极片，造成产品不良品率升高。

另一种监测方法是射线透射法。射线透射法利用射线穿透物体后的强度衰减率与物体的质量成负指数关系来测量物质的重量或厚度。这种透射法具有测量准确、可在线非接触式测量、可测高温物体或湿膜和数据收集处理分析方便等优势。但是，目前这种方法使用的射线传感器响应速度慢，有效数据采样率低，每秒仅有5个有效样本，仅适合低速的极片生产（1~10m/min）。然而随着电池极片生产速度的不断提升，目前已有很多生产速度大于30m/min的生产线。目前的射线透射法测量设备由于传感器性能限制，所测得数据量非常少，已不能满足越来越快的生产要求。

另外，目前采用射线透射法测量电池极片面密度的设备所采用的电离室多为氩气、氪气或碳氧化合物气体填充，气压为100KPa到200KPa。在同等射线照射强度、相同强度电场下，所产生的微弱电流数量级小，易淹没在电路的电子噪声中，难以捕捉。

而且，由于电离室输出的电流非常微弱，大约在pA到μA级。要对此级别的电流进行放大提取，是对传感器前置放大器的严格考验。目前常用的前置放大器为负反馈放大电路，即利用一只高阻值电阻作为放大器的反馈电阻，这样得到放大的电压信号强度就等于反馈电阻除以输入电阻。电流越小，需要的反馈电阻就越大。通常pA级电流的放大需要GΩ级的反馈电阻。而对于这种电路，其时间常数非常大，其构成的传感器不能满足快速在线测量，仅适合静态测量。

有鉴于此，确有必要提供一种用于锂离子电池极片面密度检测的射线传感器，该射线传感器能够在线非接触式、快速准确地测量锂离子电池极片的面密度。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种用于锂离子电池极片面密度检测的射线传感器，该射线传感器能够在线非接触式、快速准确地测量锂离子电池极片的面密度。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于锂离子电池极片面密度检测的射线传感器，包括高气压电离室、高电压模块、前置放大器、增益调节电路、滤波电路和电压电流转换电路，所述前置放大器包括运算放大器和反馈网络，所述高气压电离室的输出端与所述运算放大器的负输入端电连接，所述高电压模块的负高电压输出端与所述高气压电离室的高电压端电连接，零电压输出端接地；所述前置放大电路的正输入端及所述高电压电离室的保护端均与参考电压电连接；所述前置放大器的输出端与所述增益调节电路的输入端电连接，所述增益调节电路的输出端与所述滤波电路的输入端电连接，所述滤波电路的输出端与所述电压电流转换电路的输入端电连接，所述高气压电离室内填充有填充气体，所述填充气体为氙气、氪气、氙气与碳氧化合物气体的混合气体或氪气与碳氧化合物气体的混合气体，所述反馈网络为双T型反馈容阻网络。

作为本发明用于锂离子电池极片面密度检测的射线传感器的一种改进，所述高气压电离室的顶部设置有射线接收窗，所述高气压电离室内设有中心电子收集电极、所述高气压电离室的底部设置有保护环和高电压接线柱，所述保护环设置于所述中心电子收集电极的周围，并且所述中心电子收集电极与所述运算放大器的负输入端电连接；所述高电压接线柱与高电压模块的负高电压输出端电连接；所述保护环与参考电压电连接。

作为本发明用于锂离子电池极片面密度检测的射线传感器的一种改进，所述射线接收窗设置为厚度为20-100μm的不锈钢膜或厚度为20-100μm的钛金属膜。

作为本发明用于锂离子电池极片面密度检测的射线传感器的一种改进，所述填充气体为氙气，并且所述高气压电离室内的气压为200 – 350 KPa。

作为本发明用于锂离子电池极片面密度检测的射线传感器的一种改进，所述运算放大器设置为输入偏置电流为3fA和输入偏置电压为±26μV的集成运算放大器。