CH652108A5 - METHOD AND DEVICE FOR HUMBLE VOLTAGE SUPPRESSION IN AN ELECTROSTATICALLY ACTING THREAD ROLL MONITOR. - Google Patents

METHOD AND DEVICE FOR HUMBLE VOLTAGE SUPPRESSION IN AN ELECTROSTATICALLY ACTING THREAD ROLL MONITOR. Download PDF

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Description

Die vorliegende Erfindung bringt die erwarteten Verbesserungen und zeichnet sich durch die in den unabhängigen Ansprüchen 1 und 2 ausgedrückten Merkmale aus. The present invention brings the expected improvements and is characterized by the features expressed in independent claims 1 and 2.

Die Erfindung eignet sich sowohl für Messorgane, die mit berührungslosen Signalaufnehmern ausgerüstet sind, als auch für solche, bei denen das Messignal durch Berührung des Fadens mit dem Signalaufnehmer gewonnen wird. The invention is suitable both for measuring elements which are equipped with contactless signal pickups and for those in which the measurement signal is obtained by touching the thread with the signal pickup.

Anhand der Beschreibung und der Figuren wird die Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt The invention is explained in more detail with the aid of the description and the figures. It shows

Fig. 1 den in einem Fadenlaufwächter benötigten Signalpfad; 1 shows the signal path required in a thread monitor.

Fig. 2 als Blockschema die prinzipielle Auslegung des Fadenlaufwächters mit Brumspannungsunterdrückung; Fig. 2 as a block diagram, the basic design of the thread monitor with ripple voltage suppression;

Fig. 3a-c graphische Darstellungen von Eingangs- und Ausgangssignalen. 3a-c graphical representations of input and output signals.

Der in Fig. 1 schematisch gezeigte Fadenlaufwächter enthält eine Eingangsstufe 13, in der ein Faden 10 an einer Elektrode 11 vorbeibewegt wird. Die auf dem Faden 10 ■— der beispielsweise ein Chemiefaserkabel mit antistatischer Behandlung sein kann — stochastisch verteilten elektrostatischen Ladungen erzeugen auf der Elektrode 11 durch Influenzwirkung eine Signalspannung Us, die ihrem Verlauf nach auch als Rauschspannung bezeichnet werden kann. The thread guide shown schematically in FIG. 1 contains an input stage 13 in which a thread 10 is moved past an electrode 11. The stochastically distributed electrostatic charges on the thread 10 - which can be, for example, a synthetic fiber cable with antistatic treatment - generate a signal voltage Us on the electrode 11 through the influence of influence, which course can also be referred to as noise voltage.

Auf der Elektrode 11 entsteht im gestörten Fall zusätzlich zum rauschartigen Nutzsignal Us eine Brummspannung UB, entweder über den als Antenne wirkenden Faden 10, odre durch direkte Einstreuung aus der Umgebung. Die durch Influenz oder Einstreuung an der Elektrode 11 auftretenden Spannungen gelangen an einen Verstärker 12 und verlassen diesen als verstärktes Mischsignal UM. Da die Signalspannung Us bei empfindlichen Systemen amplituden-mässig in der gleichen Grössenordnung oder aber auch wesentlich kleiner als die Brummspannung UB sein kann, In the event of a fault, in addition to the noise-like useful signal Us, a ripple voltage UB arises on the electrode 11, either via the thread 10 acting as an antenna, or by direct interference from the surroundings. The voltages occurring at the electrode 11 due to influence or scattering reach an amplifier 12 and leave it as an amplified mixed signal UM. Since the signal voltage Us in sensitive systems can be of the same order of magnitude in terms of amplitude or else significantly smaller than the ripple voltage UB,

muss die Wirkung dieser Brummspannung unterdrückt werden, wenn aufgrund der Signalspannung Us ein Kriterium darüber gefällt werden soll, ob der Faden 10 läuft oder ob er stillsteht bzw. gar nicht vorhanden ist. The effect of this hum voltage must be suppressed if, based on the signal voltage Us, a criterion is to be met as to whether the thread 10 is running or whether it is at a standstill or not at all.

Zu diesem Zweck wird das verstärkte Mischsignal UM einer «sample + hold» — Schaltstufe 10 zugeführt, die mit dem Ausgang einer von der Netzfrequenz synchron ange-stossenen Schaltstufc 16 angesteuert wird. Am Ausgang der «sample + hold» — Schaltstufe 15 erzeugt die Brummspannungskomponente UB des Mischsignals UM eine Gleichspannung, die rauschartige Signalspannung Us infolge ihres mit der Brummspannung unkorrelierten Charakters hingegen eine treppenförmig verlaufende Wechselspannung. Der Effektivwert dieser Wechselspannung ist annähernd proportional zum Effektivwert der Signalspannung Us, obwohl der zeitliche Verlauf der Momentanwerte dieser beiden Spannungen infolge der «sample + hold» — Funktion markant verschieden ist. Die in eine Gleichspannung transformierte Brummstörung kann sich im Gegensatz zur treppenför-migen Wechselspannung nicht über den Hochpass 19 fortpflanzen. Damit ist die Wirkung von Brummeinstreuungen vollständig unterdrückt. For this purpose, the amplified mixed signal UM is fed to a “sample + hold” switching stage 10, which is controlled with the output of a switching stage 16 triggered synchronously by the mains frequency. At the output of the “sample + hold” switching stage 15, the ripple voltage component UB of the mixed signal UM generates a DC voltage, while the noise-like signal voltage Us, owing to its character uncorrelated with the ripple voltage, produces an AC voltage that extends in steps. The RMS value of this AC voltage is approximately proportional to the RMS value of the signal voltage Us, although the temporal course of the instantaneous values of these two voltages is markedly different due to the “sample + hold” function. In contrast to the stair-shaped AC voltage, the hum disturbance transformed into a DC voltage cannot propagate via the high pass 19. This completely suppresses the effects of hum interference.

Fig. 2 zeigt ein mehr detailliertes Schema einer möglichen Ausführung eines Fadenlaufwächters mit Brummunterdrückung. Die vom Faden 10 beeinflusste Eingangsstufe 13 gibt das verstärkte Mischsignal UM vom Verstärker 12 an Fig. 2 shows a more detailed diagram of a possible embodiment of a thread monitor with hum suppression. The input stage 13 influenced by the thread 10 indicates the amplified mixed signal UM from the amplifier 12

2 2nd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

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den Abtast-Eingang 151 der «sample +hold» — Schaltstufe 15. Von. der Gleichrichterstufe 17, die für die Stromversorgung des Fadenwächters eingesetzt ist, wird eine gegen Masse unsymmetrische Teilspannung mit Netzfrequenz und allfälligen Oberwellen derart an einen monostabilen Multi-vibrator 18 gelegt, dass dieser im Takt der Netzfrequenz kurze rechteckförmige Impulse an den Steuereingang 152 der «sample 4- hold» — Schaltstufe 15 abgibt. In dieser «sample + hold» — Schaltstufe wird das vom Fadenlauf hervorgerufene rauschartige Signal Us synchron mit der Netzfrequenz abgetastet, der jeweilige Abtastwert bis zum Eintreffen des nächsten Abtastwertes gespeichert, und ein Ausgangssignal 153 erzeugt, das sich durch einen «treppen-förmigen» Verlauf UA auszeichnet. the scanning input 151 of the “sample + hold” switching stage 15. Von. of the rectifier stage 17, which is used for the power supply of the thread monitor, a partial voltage which is asymmetrical with respect to ground, with the mains frequency and any harmonics, is applied to a monostable multi-vibrator 18 in such a way that it pulses short rectangular pulses to the control input 152 of the «sample 4- hold »- switching stage 15 outputs. In this “sample + hold” switching stage, the noise-like signal Us caused by the thread run is sampled synchronously with the mains frequency, the respective sample value is stored until the next sample value arrives, and an output signal 153 is generated which is a “staircase-shaped” curve UA distinguished.

In Fig. 3 sind noch zur Verdeutlichung drei Signaldiagramme dargestelt. a) bedeutet das Mischsignal UM am Abtast-Eingang 151 der «sample + hold» — Schaltstufe 15, b) das Schaltsignal am Steuereingang 152 der «sample + hold» — Schaltstufe, während c) das Ausgangssignal UA s darstellt. 3 shows three signal diagrams for clarification. a) means the mixed signal UM at the scanning input 151 of the “sample + hold” switching stage 15, b) the switching signal at the control input 152 of the “sample + hold” switching stage, while c) represents the output signal UA s.

Das erfindungsgemässe Verfahren bietet gegenüber bereits bekannten Massnahmen erhebliche Vorteile, nämlich die vollständige Eliminierung der Wirkung von eingestreutem Brumm (inklusive Oberwellen), ferner entfallen alle io Probleme mit Präzision und Stabilität von Filterkomponenten; die Vorrichtung ist ohne Umschaltungen oder andere Anpassungen für 50 Hz und 60 Hz einsetzbar, und ausserdem kann durch Verwendung eines als IC erhältlichen «sample + hold» — Schaltkreises eine kostengünstige Ausfüh-15 rung erzielt werden. The method according to the invention offers considerable advantages over already known measures, namely the complete elimination of the effect of interspersed hum (including harmonics), furthermore all problems with precision and stability of filter components are eliminated; the device can be used without switching or other adaptations for 50 Hz and 60 Hz, and moreover an inexpensive design can be achieved by using a “sample + hold” circuit available as an IC.

v v

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims (4)

652108 PATENTANSPRÜCHE652108 PATENT CLAIMS 1. Verfahren zur Brummspannungsunterdrückung bei einem elektrostatisch wirkenden Fadenlaufwächter, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischsignal (UM) aus Nutzsignal (Us) und Brummspannung (UB) an den Abtasteingang (151) einer sample + hold — Schaltstufe (15) gelegt wird, und dass an deren Steuereingang (152) eine von der Netzspannung abgeleitete rechteckförmige Impulsspannung (Uu) mit gleicher Grundfrequenz wie diejenige der Brummspannung (UB) eingeführt wird, und dass die am Ausgang (153) der sample + hold — Schaltstufe (15) anstehende Gleichspannung mittels eines Hochpasses (19) unterdrückt wird. 1. Method for suppressing ripple voltage in an electrostatically acting thread guide, characterized in that the mixed signal (UM) from the useful signal (Us) and ripple voltage (UB) is applied to the scanning input (151) of a sample + hold switching stage (15), and that at its control input (152) a rectangular pulse voltage (Uu) derived from the mains voltage with the same fundamental frequency as that of the ripple voltage (UB) is introduced, and that the DC voltage present at the output (153) of the sample + hold switching stage (15) is by means of a High pass (19) is suppressed. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtast-Eingang (151) einer sample + hold — Schaltstufe (15) mit der Eingangsstufe des Fadenwächters (13), der Steuereingang (152) der sample + hold — Schaltstufe (15) mit dem Ausgang einer Triggerstüfe (18) verbunden sind, und dass die Triggerstufe (18) im Takt der Netzfrequenz zur Impulsabgabe anregbar ist. 2. Device for performing the method according to claim 1, characterized in that the scanning input (151) of a sample + hold switching stage (15) with the input stage of the thread monitor (13), the control input (152) of the sample + hold. Switching stage (15) are connected to the output of a trigger stage (18), and that the trigger stage (18) can be stimulated to emit pulses in time with the mains frequency. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen RC-Hochpass (19) am Ausgang der sample + hold — Schaltstufe (15). 3. Device according to claim 2, characterized by an RC high pass (19) at the output of the sample + hold switching stage (15). 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Triggerstufe (18) als monostabiler Multivibra-tor ausgebildet ist. 4. The device according to claim 2, characterized in that the trigger stage (18) is designed as a monostable multivibrator. Im Zuge der zunehmenden Verbreitung der Behandlung von Fäden mit Antistatik-Zusätzen wird die Forderung gestellt, dass elektrostatisch wirkende Fadenwächter auch zur Überwachung antistatischer Fäden einsetzbar sind. Messungen und praktische Erfahrungen haben gezeigt, dass solche Fadenwächter tatsächlich auch noch mit schlecht leitenden Fäden funktionieren. Zwar ist das vom Fadenlauf erzeugte rauschartige Signal schwächer, wenn ein Faden mit An-tistatika behandelt ist, aber es ist trotzdem in den praktisch vorkommenden Fällen genügend stark, um sich deutlich vom Eigenrauschen der vordersten Verstärkerstufe abzuheben. In the course of the increasing spread of the treatment of threads with antistatic additives, there is a requirement that electrostatically acting thread monitors can also be used for monitoring antistatic threads. Measurements and practical experience have shown that such thread monitors actually work with poorly conductive threads. Although the noise-like signal generated by the thread run is weaker when a thread is treated with antistatic agents, it is nevertheless sufficiently strong in practical cases to stand out clearly from the inherent noise of the front amplifier stage. Dadurch, dass antistatische Fäden eine wenn auch geringe Leitfähigkeit aufweisen, wirken sie als Antenne für externe elektrostatische Störfelder. Besonders störend macht sich dabei die Einstreuung von Netzbrumm bemerkbar; im wesentlichen besteht dieser aus Grundwelle und Oberwellen der Netzfrequenz. Because antistatic threads have a low conductivity, they act as an antenna for external electrostatic interference fields. The interference of net hum is particularly noticeable; it essentially consists of fundamental and harmonics of the mains frequency. In der Praxis sind die bekannten Verfahren zur Brumm-spannungs-Unterdrückung nicht sehr wirksam, da die Bremmstörung meistens einen starken Gehalt von Oberwellen aufweist. Man darf mit einem einfachen Sperrkreis mit einer effektiven Verbesserung des Störabstandes von höchstens ca. 10-20 db rechnen. Für höhere Störunterdrük-kung müssten mehrere Sperrkreise vorgesehen werden, von denen jeder auf eine einzelne Oberwelle abzustimmen ist. Damit steigt aber der schaltungsmässige Aufwand erheblich an. In practice, the known methods for suppressing hum voltage are not very effective, since the braking disturbance usually has a high harmonic content. With a simple blocking circuit, one can expect an effective improvement of the signal-to-noise ratio of at most approx. 10-20 db. For higher interference suppression, several blocking circuits would have to be provided, each of which must be tuned to a single harmonic. But this increases the circuitry effort considerably. Als weitere Massnahmen, mit welchen der Einfluss von eingestreuter Brummspannung zu beseitigen versucht wird, sind beispielsweise vorgeschlagen worden: The following measures have been proposed, for example, to try to eliminate the influence of stray hum voltage: — sorgfältige Abschirmung des Messorgans, was aber nicht in allen Fällen ausreicht; - careful screening of the measuring element, which is not sufficient in all cases; — Gestaltung von Aufnahmeelektrode und Signaleingang in Differentialanordnung; - Design of the receiving electrode and signal input in a differential arrangement; — Auswertung des rauschartigen Nutzsignals in einem Frequenzbereich, der erheblich über der Netzfrequenz liegt; - Evaluation of the noise-like useful signal in a frequency range that is significantly above the network frequency; — auf die Brummfrequenz abgestimmte schmalbandige Filter, z.B. Doppel-T-Filter, Sperrkreise, Saugkreise usw. - narrow-band filters matched to the hum frequency, e.g. Double-T filter, blocking circuits, suction circuits etc. Alle diese Massnahmen mit Filtern erfordern hohe Präzision und Langzeit-Stabilität der entsprechenden Komponenten und bedingen einen hohen schaltungsmässigen Aufwand, insbesondere wenn nicht nur die Grundwelle, sondern auch deren Oberwellen zu unterdrücken sind. Schliesslich sind schmalbandige Filter nicht einsetzbar für Apparate und Anlagen, die abwechselnd in Gebieten mit unterschiedlicher Netzfrequenz (z.B. 50 oder 60 Hz) betrieben werden sollen. All of these measures with filters require high precision and long-term stability of the corresponding components and require a high level of circuitry, especially if not only the fundamental, but also its harmonics are to be suppressed. Finally, narrow-band filters cannot be used for apparatus and systems that are to be operated alternately in areas with different network frequencies (e.g. 50 or 60 Hz).
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