CH661118A5

CH661118A5 - METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING THE LENGTH DISTRIBUTION OF TEXTILE FIBERS.

Info

Publication number: CH661118A5
Application number: CH480784A
Authority: CH
Inventors: Michel Longree; Joseph Grignet
Original assignee: Wool Dev Int; Scient Et Tech De L Ind Textil
Priority date: 1983-10-07
Filing date: 1984-10-05
Publication date: 1987-06-30
Also published as: GB2148498A; GB8326929D0; GB8425226D0; GB2148498B; BE900764A

Description

La présente invention concerne un procédé et un appareil pour la mesure de la distribution de longueur d'un échantillon de fibres textiles. Une description précise de la distribution de longueur par un ou plusieurs diagrammes et par un ensemble de paramètres conditionne un grand nombre de décisions et d'opérations importantes dans une usine textile, telles que la sélection des matières premières adéquates, le mélange de ces matières premières, l'ajustement des réglages des machines, la prédiction des facteurs de rendement, par exemple les pertes de matière et la fréquence des arrêts en filature, la prédiction des propriétés du fil, etc. De plus, le prix de la laine augmente de façon significative avec la longueur moyenne des fibres. The present invention relates to a method and apparatus for measuring the length distribution of a sample of textile fibers. A precise description of the length distribution by one or more diagrams and by a set of parameters conditions a large number of important decisions and operations in a textile factory, such as the selection of suitable raw materials, the mixing of these raw materials , adjusting machine settings, predicting yield factors, for example material losses and frequency of spinning stops, predicting yarn properties, etc. In addition, the price of wool increases significantly with the average length of the fibers.

Pour toutes ces raisons, des efforts ont été faits pour développer des méthodes et un appareillage de mesure de la distribution de longueur des fibres. Une première génération d'instruments était purement mécanique. Certains d'entre eux étaient destinés à la mesure de longueur des fibres individuelles et étaient très lents. D'autres instruments dans ce groupe utilisaient le principe du «triage par peignes»: des fibres disposées dans un champ de peignes étaient triées en classes d'intervalles de longueur prédéterminés. La distribution de longueur était finalement obtenue en pesant les fibres dans chaque classe. For all these reasons, efforts have been made to develop methods and apparatus for measuring the length distribution of fibers. A first generation of instruments was purely mechanical. Some of them were for measuring the length of individual fibers and were very slow. Other instruments in this group used the principle of "sorting by combs": fibers arranged in a comb field were sorted into classes of predetermined length intervals. The length distribution was finally obtained by weighing the fibers in each class.

Le progrès de l'électronique industrielle a conduit à l'apparition d'une seconde génération d'instruments, utilisant des capteurs capacitifs ou optiques pour mesurer la masse ou la densité locale (par transparence) d'un échantillon de fibres, et évaluant la distribution de longueur par l'analyse du signal correspondant. Ces instruments utilisent des échantillons de fibres de types bien définis, constitués d'une fine couche de fibres parallèles représentatives de la population totale des fibres du lot. Deux types d'échantillons peuvent être utilisés. Le premier, appelé «échantillon numérique», contient des fibres parallèles partant toutes d'une même ligne d'origine, perpendi5 The progress of industrial electronics has led to the appearance of a second generation of instruments, using capacitive or optical sensors to measure the local mass or density (by transparency) of a sample of fibers, and evaluating the length distribution by analysis of the corresponding signal. These instruments use samples of fibers of well-defined types, consisting of a thin layer of parallel fibers representative of the total population of fibers in the batch. Two types of samples can be used. The first, called a “digital sample”, contains parallel fibers all starting from the same origin line, perpendicular to the 5

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culaire à la direction des fibres. Le second, appelé «échantillon en section» ou «échantillon pondéré par la longueur», est obtenu en serrant un ruban ou autre ensemble de fibres parallèles dans une pince transversale et en enlevant par peignage toutes les fibres qui ne sont pas maintenues dans cette pince. La présente invention emploie également de préférence un de ces deux types d'échantillons, et en particulier l'échantillon numérique, qui a différents avantages menant à une détermination plus précise des paramètres de la distribution de longueur, est préférentiellement utilisé. L'échantillon étant assez mince, il peut être considéré commè une surface plane. cular to the direction of the fibers. The second, called “sectional sample” or “length-weighted sample”, is obtained by tightening a ribbon or other set of parallel fibers in a transverse clamp and removing by combing all the fibers which are not held in this clamp . The present invention also preferably uses one of these two types of samples, and in particular the digital sample, which has various advantages leading to a more precise determination of the parameters of the length distribution, is preferably used. The sample being quite thin, it can be considered as a flat surface.

Pour obtenir une mesure complète de la distribution de longueur, il est nécessaire, à l'aide d'instruments électroniques utilisant des capteurs optiques ou capacitifs, d'obtenir un signal correspondant à la densité optique locale ou à la masse locale sur toute la longueur de l'échantillon. Dans les instruments connus, cela est obtenu en disposant un capteur de manière transversale par rapport à la direction des fibres et ayant une dimension, dans la direction des fibres, très petite par rapport à la longueur moyenne des fibres. En conséquence, le capteur peut être considéré comme une ligne transversale dans le plan des fibres parallèles. Dans les appareils existants, un signal est alors obtenu sur toute la longueur de l'échantillon en effectuant, par des moyens mécaniques, un déplacement relatif entre l'échantillon et le capteur transversal, ce qui revient à un mouvement mécanique de balayage du capteur sur toute la longueur de l'échantillon. Dans les instruments optiques connus, utilisés principalement pour les fibres de coton et les fibres courtes, cela est effectué en maintenant l'échantillon de fibres serré dans la pince et en déplaçant un capteur optique le long de l'échantillon de fibres. Dans les instruments connus utilisés pour la laine et les fibres longues, l'échantillon est maintenu entre deux feuilles de plastique et se déplace à vitesse constante au travers d'un capteur capacitif transversal. Dans les deux types d'instruments connus, le balayage mécanique prend un temps relativement long, de 20 à 60 sec., suivant la longueur maximale des fibres. La mesure de la distribution de longueur dans des matières premières non homogènes, dans tous les composants d'un mélange (lots de fermes, par exemple) et à différentes étapes du traitement des fibres, exigera dans le futur un très grand nombre de déterminations de la longueur des fibres à partir de nombreux échantillons. Il est donc nécessaire d'accélérer et d'automatiser la mesure autant que possible. To obtain a complete measurement of the length distribution, it is necessary, using electronic instruments using optical or capacitive sensors, to obtain a signal corresponding to the local optical density or to the local mass over the entire length of the sample. In known instruments, this is obtained by placing a sensor transversely to the direction of the fibers and having a dimension, in the direction of the fibers, very small compared to the average length of the fibers. Consequently, the sensor can be considered as a transverse line in the plane of the parallel fibers. In existing devices, a signal is then obtained over the entire length of the sample by performing, by mechanical means, a relative displacement between the sample and the transverse sensor, which amounts to a mechanical movement of scanning of the sensor on the entire length of the sample. In known optical instruments, used mainly for cotton fibers and short fibers, this is done by keeping the fiber sample clamped in the clamp and moving an optical sensor along the fiber sample. In known instruments used for wool and long fibers, the sample is held between two plastic sheets and moves at constant speed through a transverse capacitive sensor. In the two known types of instrument, mechanical scanning takes a relatively long time, from 20 to 60 seconds, depending on the maximum length of the fibers. Measuring the length distribution in non-homogeneous raw materials, in all the components of a mixture (farm lots, for example) and at different stages of fiber processing, will require in the future a very large number of determinations of fiber length from many samples. It is therefore necessary to speed up and automate the measurement as much as possible.

La présente invention, dans une réalisation préférentielle, comporte un nouvel arrangement du capteur, caractérisé par un ou par les deux principes suivants: 1) le capteur couvre toute la surface de l'échantillon, ou d'une image optique de l'échantillon, au lieu d'avoir une dimension étroite dans le sens de la longueur des fibres; 2) le capteur contient un nombre relativement élevé d'éléments détecteurs qui sont balayés électroniquement en un temps très court, par exemple de l'ordre d'une milliseconde. The present invention, in a preferred embodiment, comprises a new arrangement of the sensor, characterized by one or by the following two principles: 1) the sensor covers the entire surface of the sample, or of an optical image of the sample, instead of having a narrow dimension along the length of the fibers; 2) the sensor contains a relatively large number of detector elements which are scanned electronically in a very short time, for example of the order of a millisecond.

Les éléments détecteurs du capteur peuvent être électro-optiques ou capacitifs. Pour les deux types de capteurs, l'échantillon mince est contenu dans un plan et, par la suite, la direction parallèle aux fibres sera appelée la direction x, tandis que la direction perpendiculaire à la direction x et dans le plan de l'échantillon sera appelée la direction y. The sensor elements of the sensor can be electro-optical or capacitive. For both types of sensors, the thin sample is contained in a plane and, subsequently, the direction parallel to the fibers will be called the x direction, while the direction perpendicular to the x direction and in the plane of the sample will be called the y direction.

Lorsqu'un capteur électro-optique est utilisé, la totalité de la surface contenant l'échantillon est illuminée uniformément au moyen de sources de lumière adéquate, de réflecteurs, de condenseurs et éventuellement de surfaces diffusantes. L'image du plan illuminé contenant l'échantillon est alors formée à l'aide d'une lentille appropriée. La méthode cTillumination peut être soit en fond clair, soit en fond noir, suivant les positions relatives des sources de lumière, du plan objet de la lentille. Un capteur électro-optique est placé dans le plan image afin d'analyser l'image de l'échantillon pour permettre la détermination de la distribution de longueur. Dans le mode «fond clair», le plan image est illuminé uniformément en l'absence de l'échantillon, tandis que la présence d'i;ne fibre à une position (x, y) donnée dans le plan objet donne lieu à une diminution de l'intensité lumineuse à la position correspondante dans le plan image. D'autre part, dans le mode «fond noir», la présence d'une fibre donne lieu à une augmentation de l'intensité lumineuse, qui est en principe nulle en l'absence de fibres. Dans les deux cas, la variation d'intensité lumineuse due à la présence de l'échantillon doit être mesurée en tout point du plan image. When an electro-optical sensor is used, the entire surface containing the sample is uniformly illuminated by means of suitable light sources, reflectors, condensers and possibly diffusing surfaces. The image of the illuminated plane containing the sample is then formed using an appropriate lens. The cTillumination method can be either in bright field or in dark field, depending on the relative positions of the light sources, from the object plane of the lens. An electro-optical sensor is placed in the image plane in order to analyze the image of the sample to allow the determination of the length distribution. In the “bright field” mode, the image plane is uniformly illuminated in the absence of the sample, while the presence of fiber at a given position (x, y) in the object plane gives rise to a decrease in light intensity at the corresponding position in the image plane. On the other hand, in the “dark background” mode, the presence of a fiber gives rise to an increase in the light intensity, which is in principle zero in the absence of fibers. In both cases, the variation in light intensity due to the presence of the sample must be measured at any point in the image plane.

Dans le cas du capteur capacitif, l'échantillon de fibres est inséré entre les deux plaques du capteur qui couvre la surface totale de l'échantillon même. In the case of the capacitive sensor, the fiber sample is inserted between the two plates of the sensor which covers the entire surface of the sample itself.

Certaines formes de réalisation de l'invention sont à présent décrites à titre d'exemple en faisant référence aux dessins annexés dans lesquels : Certain embodiments of the invention are now described by way of example with reference to the accompanying drawings in which:

la fig. 1 est une vue d'une réalisation de l'appareil décrit dans l'invention, utilisant l'éclairage en fond clair, fig. 1 is a view of an embodiment of the apparatus described in the invention, using bright field lighting,

la fig. 2 est un tracé des rayons lumineux correspondant à l'appareil de la fig. 1, fig. 2 is a plot of the light rays corresponding to the apparatus of FIG. 1,

la fig. 3 montre la géométrie de l'échantillon ainsi que le système de coordonnées, fig. 3 shows the geometry of the sample as well as the coordinate system,

la fig. 4 représente une disposition possible d'un détecteur par rapport à l'image de l'échantillon, fig. 4 represents a possible arrangement of a detector with respect to the image of the sample,

la fig. 5 représente une autre disposition possible d'un détecteur par rapport à l'image de l'échantillon, fig. 5 represents another possible arrangement of a detector with respect to the image of the sample,

la fig. 5a représente une méthode alternative d'éclairement de l'échantillon, fig. 5a represents an alternative method of illuminating the sample,

la fig. 6 est une vue d'une autre réalisation de l'appareil décrit dans l'invention utilisant l'éclairage en fond noir, fig. 6 is a view of another embodiment of the apparatus described in the invention using lighting in the black background,

la fig. 7 est un tracé des rayons lumineux correspondant à l'appareil de la fig. 6, fig. 7 is a plot of the light rays corresponding to the apparatus of FIG. 6,

la fig. 8 représente une réalisation possible d'un piège à lumière utilisé avec l'appareil de la fig. 6, fig. 8 shows a possible embodiment of a light trap used with the apparatus of FIG. 6,

la fig. 9 est une vue d'une autre réalisation de l'appareil décrit dans l'invention, pouvant fonctionner soit en fond clair, soit en fond noir, fig. 9 is a view of another embodiment of the apparatus described in the invention, which can operate either in a light background or in a black background,

la fig. 10 est un tracé des rayons lumineux correspondant à l'appareil de la fig. 9, fig. 10 is a plot of the light rays corresponding to the apparatus of FIG. 9,

la fig. 11 illustre schématiquement la disposition d'un condensateur de mesure comportant une série d'électrodes, suivant une forme de réalisation de l'invention, fig. 11 schematically illustrates the arrangement of a measurement capacitor comprising a series of electrodes, according to an embodiment of the invention,

la fig. 12 représente le schéma d'une forme de circuit accompagnant le condensateur de mesure de la fig. 11, et la fig. 13 représente le schéma d'une autre forme de circuit accompagnant le condensateur de mesure de la fig. 11. fig. 12 shows the diagram of a form of circuit accompanying the measurement capacitor of FIG. 11, and fig. 13 shows the diagram of another form of circuit accompanying the measurement capacitor of FIG. 11.

Dans l'appareil représenté aux fig. 1 et 2, une source lumineuse est constituée d'une lampe tubulaire 1 ayant un filament rectiligne disposé dans la direction x. Un réflecteur cylindrique 2 est placé sous la lampe 1 dont le filament coïncide avec l'axe de la surface cylindrique du réflecteur 2. Un condenseur allongé 3 est placé au-dessus de la lampe; il peut consister par exemple en une lentille cylindrique, on peut avoir un profil plus élaboré de manière à obtenir une illumination uniforme dans la direction y au-delà du condenseur. Le condenseur 3 est placé de manière que le faisceau 4 soit concentré sur une feuille de verre transparent 5, ou sur un autre matériau transparent, placé dans le plan x-y à une certaine distance du condenseur, ce plan étant perpendiculaire à l'axe optique. Un échantillon mince 6 constitué de fibres parallèles à la direction x, ayant chacune une extrémité alignée le long d'une ligne parallèle à la direction y et définissant l'axe y, est placé sur la feuille transparente 5. Le dispositif d'éclairage, comprenant la lampe 1, le réflecteur 2 et le condenseur 3, est agencé de manière à produire une illumination uniforme en fond clair de l'échantillon 6. La surface de la zone uniformément illuminée contenant l'échantillon sera appelée la surface d'illumination. Par exemple, en mesurant des fibres telles que de la laine, qui peuvent atteindre 25 cm de long, la surface d'illumination devrait avoir au moins 25 cm de long. Une largeur correspondante d'au moins 5 à 10 cm est requise de manière que l'échantillon puisse contenir un nombre de fibres statistiquement représentatif sans toutefois être trop dense. Le long de l'axe optique qui est dans la direction z, et centré par rapport à la surface d'illumination, à une distance d, au-dessus de celle-ci, se trouve la lentille 7. Dans une réalisation pré5 In the apparatus shown in fig. 1 and 2, a light source consists of a tubular lamp 1 having a straight filament disposed in the x direction. A cylindrical reflector 2 is placed under the lamp 1, the filament of which coincides with the axis of the cylindrical surface of the reflector 2. An elongated condenser 3 is placed above the lamp; it can consist for example of a cylindrical lens, one can have a more elaborate profile so as to obtain a uniform illumination in the direction y beyond the condenser. The condenser 3 is placed so that the beam 4 is concentrated on a sheet of transparent glass 5, or on another transparent material, placed in the x-y plane at a certain distance from the condenser, this plane being perpendicular to the optical axis. A thin sample 6 consisting of fibers parallel to the direction x, each having one end aligned along a line parallel to the direction y and defining the axis y, is placed on the transparent sheet 5. The lighting device, comprising the lamp 1, the reflector 2 and the condenser 3, is arranged so as to produce a uniform brightfield illumination of the sample 6. The surface of the uniformly illuminated area containing the sample will be called the illumination surface. For example, when measuring fibers such as wool, which can be up to 25 cm long, the illumination area should be at least 25 cm long. A corresponding width of at least 5 to 10 cm is required so that the sample can contain a statistically representative number of fibers without, however, being too dense. Along the optical axis which is in the z direction, and centered with respect to the illumination surface, at a distance d, above this, is the lens 7. In a pre5 embodiment

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férentielle, l'image du filament de la lampe 1 par le condenseur 3 est formée sur l'axe z, à la coordonnée où se trouve la lentille 7. L'image de l'échantillon est formée par la lentille 7 dans un plan 8 appelé plan image, à une distance d2 au-dessus de la lentille 7. Un photodétecteur (non représenté) est placé de manière que sa surface sensible soit dans le plan image 8. the image of the filament of the lamp 1 by the condenser 3 is formed on the z axis, at the coordinate where the lens is located 7. The image of the sample is formed by the lens 7 in a plane 8 called image plane, at a distance d2 above the lens 7. A photodetector (not shown) is placed so that its sensitive surface is in the image plane 8.

Différents types de photodétecteurs et différentes dispositions des photodétecteurs peuvent être utilisés, conduisant à différents types d'analyse ultérieure des signaux détectés. Different types of photodetectors and different arrangements of the photodetectors can be used, leading to different types of subsequent analysis of the detected signals.

En l'absence de fibres dans la surface d'illumination, le plan image 8 est illuminé uniformément. La présence de fibres à une position donnée dans la surface d'illumination donne lieu à une diminution de l'intensité lumineuse à la position correspondante dans le plan image 8. In the absence of fibers in the illumination surface, the image plane 8 is uniformly illuminated. The presence of fibers at a given position in the illumination surface gives rise to a reduction in the light intensity at the corresponding position in the image plane 8.

Soit une fonction s(x, y) décrivant la quantité de fibres en toute position (x, y) du plan objet. L'axe x est défini par une ligne choisie arbitrairement le long d'un des côtés de l'échantillon dans le plan objet. Les fibres sont parallèles à l'axe x, comme indiqué à la fig. 3, avec leurs extrémités alignées à l'origine de l'axe x, de manière que la coordonnée x corresponde à la coordonnée de longueur. En intégrant s(x, y) le long de l'axe y, on obtient la fonction: Let be a function s (x, y) describing the quantity of fibers in any position (x, y) of the object plane. The x axis is defined by a line chosen arbitrarily along one of the sides of the sample in the object plane. The fibers are parallel to the x axis, as shown in fig. 3, with their ends aligned at the origin of the x axis, so that the x coordinate corresponds to the length coordinate. By integrating s (x, y) along the y axis, we obtain the function:

F(x) = J s(x, y) dy où les limites de l'intégrale correspondent à la largeur totale de l'échantillon. F(x) est la distribution de longueur cumulée. De là, la distribution de longueur (distribution des fréquences) f(x) peut être calculée: F (x) = J s (x, y) dy where the limits of the integral correspond to the total width of the sample. F (x) is the cumulative length distribution. From there, the length distribution (frequency distribution) f (x) can be calculated:

ou de manière équivalente: or equivalent:

F(x) = J f(x) dx F (x) = J f (x) dx

Considérant maintenant le plan image, le même système de coordonnées peut être utilisé étant donné que l'échantillon et son image sont homothétiques. Now considering the image plane, the same coordinate system can be used since the sample and its image are homothetic.

La grandeur à mesurer par le photodétecteur est l'éclairement E(x, y) en tout point (x, y) du plan image. The quantity to be measured by the photodetector is the illumination E (x, y) at any point (x, y) of the image plane.

Suivant un modèle simple, satisfaisant pour la description du principe de fonctionnement de l'appareil, l'éclairement est donné par: According to a simple model, satisfactory for the description of the principle of operation of the apparatus, the illumination is given by:

E(x, y) = E„(l - s(x, y)) E (x, y) = E „(l - s (x, y))

où E0 est l'éclairement uniforme en l'absence d'échantillon. Pour des valeurs peu élevées de s(x, y), c'est-à-dire pour un échantillon mince, cette formule correspond à la loi d'absorption de Lambert. En intégrant l'éclairement mesuré le long de l'axe y, on obtient: where E0 is the uniform illumination in the absence of a sample. For low values of s (x, y), that is to say for a thin sample, this formula corresponds to the Lambert absorption law. By integrating the illumination measured along the y axis, we obtain:

G(x) = Jw E(x, y) dy = Jw E„(l - s(x, y) ) dy = E0 (w - F(x)) G (x) = Jw E (x, y) dy = Jw E „(l - s (x, y)) dy = E0 (w - F (x))

d'où F(x) = w ——(1) hence F (x) = w —— (1)

■Ma w étant la largeur de l'image de l'échantillon ou, plus précisément, la largeur de l'image de la surface d'illumination. Dans une forme de réalisation de l'invention, le photodétecteur est constitué d'un tube de caméra vidéo standard. Dans ce cas, le photodétecteur est disposé de manière que la trame recouvre l'image 9 de la surface illuminée, les lignes vidéo étant parallèles à l'axe y, c'est-à-dire perpendiculaires aux fibres. De préférence, le balayage de la surface sensible du tube de caméra est effectué séquentiellement, c'est-à-dire sans entrelacement. Chaque ligne vidéo correspond donc à une valeur particulière x. En intégrant le signal vidéo le long de chaque ligne, nous obtenons sous forme discrète: ■ Ma w being the width of the image of the sample or, more precisely, the width of the image of the illumination surface. In one embodiment of the invention, the photodetector consists of a standard video camera tube. In this case, the photodetector is arranged so that the frame covers the image 9 of the illuminated surface, the video lines being parallel to the y axis, that is to say perpendicular to the fibers. Preferably, the scanning of the sensitive surface of the camera tube is carried out sequentially, that is to say without interlacing. Each video line therefore corresponds to a particular value x. By integrating the video signal along each line, we obtain in discrete form:

kG(Xj) = jwkE(x„ y) dy i = 1,..., m k étant la constante de proportionnalité entre le signal électrique détecté et l'éclairement correspondant et m étant le nombre de lignes couvrant la longueur de l'image de la surface d'illumination. La distribution F(Xj) est alors calculée directement à partir de G(x,). Par exemple, en utilisant 500 lignes d'un tube de caméra TV standard pour mesurer des échantillons ayant une longueur allant jusqu'à 25 cm, on obtiendra une distribution de longueur en classes de 0,5 mm. kG (Xj) = jwkE (x „y) dy i = 1, ..., mk being the proportionality constant between the detected electrical signal and the corresponding illuminance and m being the number of lines covering the length of the image of the illumination surface. The distribution F (Xj) is then calculated directly from G (x,). For example, using 500 lines of a standard TV camera tube to measure samples up to 25 cm in length, we will obtain a length distribution in classes of 0.5 mm.

Dans une autre forme de réalisation de l'invention, le détecteur consiste en une matrice d'éléments détecteurs à semi-conducteur [photodiodes ou CCD (charge-coupled device)], comprenant n rangées dans le sens y et m colonnes suivant x. Les éléments détecteurs sont balayés un par un, rangée après rangée, donnant pour chaque élément un signal électrique directement proportionnel à l'éclairement correspondant. Pour un tel détecteur, les signaux venant de chaque élément d'une rangée sont additionnés et mémorisés, ce qui donne: In another embodiment of the invention, the detector consists of a matrix of semiconductor detector elements [photodiodes or CCD (charge-coupled device)], comprising n rows in the direction y and m columns along x. The detector elements are scanned one by one, row after row, giving for each element an electrical signal directly proportional to the corresponding illumination. For such a detector, the signals coming from each element of a row are added and memorized, which gives:

n kG(x,) = kl E(Xj, y) i = 1,m j = 1 n kG (x,) = kl E (Xj, y) i = 1, m j = 1

= kl E0(l — s(Xj, yj)) = kl E0 (l - s (Xj, yj))

j = 1 j = 1

= kE0(n -1 s(Xi, y;)) = kE0(n - F(x,)) = kE0 (n -1 s (Xi, y;)) = kE0 (n - F (x,))

j = 1 j = 1

d'où la distribution F(Xj) est immédiatement obtenue. hence the distribution F (Xj) is immediately obtained.

A titre d'exemple, m est n peuvent atteindre respectivement 576 et 384; pour les fibres textiles en général, des valeurs de m = 244 et n = 190 peuvent convenir. For example, m is n can reach 576 and 384 respectively; for textile fibers in general, values of m = 244 and n = 190 may be suitable.

Dans une autre forme de réalisation de l'invention, le détecteur consiste en une rangée de m éléments détecteurs adjacents à semiconducteurs (photodiodes ou CCD) qui sont balayés successivement à une fréquence réglable, donnant des signaux électriques successifs proportionnels à l'éclairement correspondant. Dans une configuration de l'appareil, le détecteur 10 est disposé parallèlement à x et voit donc une ligne de l'échantillon parallèle aux fibres comme indiqué à la fig. 4. Chaque élément détecteur 11 correspond à une valeur particulière x. Quand l'image de l'échantillon et le détecteur sont déplacés relativement l'un par rapport à l'autre dans la direction y, le détecteur voit successivement toutes les fibres de l'échantillon. Le déplacement mutuel de l'image et du détecteur peut être réalisé de différentes manières. Dans une forme de réalisation de l'invention, le déplacement mutuel est obtenu en déplaçant l'échantillon lui-même dans la direction y. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, le déplacement mutuel est obtenu en déplaçant le détecteur dans la direction y. En pratique, la seconde solution est préférable à la première. In another embodiment of the invention, the detector consists of a row of m adjacent detector elements with semiconductors (photodiodes or CCD) which are successively scanned at an adjustable frequency, giving successive electrical signals proportional to the corresponding illumination. In one configuration of the apparatus, the detector 10 is arranged parallel to x and therefore sees a line of the sample parallel to the fibers as shown in FIG. 4. Each detector element 11 corresponds to a particular value x. When the sample image and the detector are moved relatively to each other in the y direction, the detector successively sees all of the fibers in the sample. The mutual displacement of the image and the detector can be achieved in different ways. In one embodiment of the invention, the mutual displacement is obtained by moving the sample itself in the y direction. In another embodiment of the invention, the mutual displacement is obtained by moving the detector in the y direction. In practice, the second solution is preferable to the first.

Un détecteur typique comprenant m = 256 éléments a une longueur de 6,25 mm. Pour mesurer des échantillons allant jusqu'à 250 mm de long, les dimensions linéaires de l'image doivent alors être 40 fois plus petites que celles de l'échantillon. Le déplacement mécanique requis est donc 40 fois plus petit dans le second arrangement que dans le premier et peut, de ce fait, être beaucoup plus rapide. Dans une autre réalisation de l'invention, le déplacement mutuel est obtenu en plaçant un miroir ou un prisme dans le trajet des rayons formant l'image et en le faisant tourner autour de l'axe x. Dans chacun de ces arrangements destinés à produire un déplacement mutuel de l'image et du détecteur, le déplacement relatif durant une période de balayage du détecteur doit être égal à la largeur de la surface sensible 11 du détecteur 10, qui est typiquement de 25 |xm. De cette façon, l'image totale sera balayée sans chevauchement des différents balayages du détecteur. Soit n le nombre de balayages du détecteur nécessaires pour couvrir l'image totale. Au jème balayage, on mesure successivement: A typical detector comprising m = 256 elements has a length of 6.25 mm. To measure samples up to 250 mm long, the linear dimensions of the image must then be 40 times smaller than those of the sample. The mechanical displacement required is therefore 40 times smaller in the second arrangement than in the first and can therefore be much faster. In another embodiment of the invention, the mutual displacement is obtained by placing a mirror or a prism in the path of the rays forming the image and by rotating it around the x axis. In each of these arrangements intended to produce a mutual displacement of the image and the detector, the relative displacement during a scanning period of the detector must be equal to the width of the sensitive surface 11 of the detector 10, which is typically 25 | xm. In this way, the total image will be scanned without overlapping the different scans of the detector. Let n be the number of detector scans necessary to cover the total image. In the jth scan, we measure successively:

kE(xj, yj) où i = 1,..., m kE (xj, yj) where i = 1, ..., m

A chaque balayage, le signal mesuré est cumulé avec le précédent, individuellement pour chacun des éléments m. At each scan, the measured signal is accumulated with the previous one, individually for each of the elements m.

5 5

10 10

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30 30

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40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

5 5

661118 661118

Finalement: Finally:

n kG(x;) = k Z E(x-, y-) où i = I,m n kG (x;) = k Z E (x-, y-) where i = I, m

1 j = lX J 1 j = lX J

qui conduit à nouveau à la distribution de longueur cumulée (F(x,). which again leads to the cumulative length distribution (F (x,).

Dans une autre forme de réalisation de l'appareil, le même type de détecteur est utilisé, mais disposé perpendiculairement aux fibres, parallèlement à l'axe y comme indiqué à la fig. 5. In another embodiment of the apparatus, the same type of detector is used, but arranged perpendicular to the fibers, parallel to the y axis as shown in fig. 5.

Le détecteur 12 voit donc une ligne de l'échantillon correspondant à une valeur x particulière. Un déplacement mutuel de l'image et du détecteur est réalisé par une des méthodes décrites dans la forme précédente de réalisation de l'appareil, avec les mêmes considérations concernant la vitesse de déplacement, la période de balayage du détecteur et sa largeur. The detector 12 therefore sees a line of the sample corresponding to a particular x value. Mutual movement of the image and the detector is achieved by one of the methods described in the previous embodiment of the apparatus, with the same considerations regarding the speed of movement, the scanning period of the detector and its width.

Avec cette disposition du détecteur, l'analyse se réalise comme suit: durant une période de balayage, correspondant à une valeur X| particulière, la somme des valeurs mesurées pour chaque élément du détecteur est calculée et mémorisée, ce qui vaut; With this arrangement of the detector, the analysis is carried out as follows: during a scanning period, corresponding to a value X | particular, the sum of the values measured for each element of the detector is calculated and stored, which is valid;

m k£E(x.,yj) m k £ E (x., yj)

j = l1 J j = l1 J

En faisant la même chose pour chaque valeur Xj, on obtient la distribution kG(Xj) oùi = 1, ...,m et de là Ffo), où n est le nombre de balayages du détecteur nécessaires pour couvrir l'image totale. By doing the same for each value Xj, we obtain the distribution kG (Xj) wherei = 1, ..., m and thence Ffo), where n is the number of detector scans necessary to cover the total image.

Dans les deux formes de réalisation de l'appareil utilisant une rangée linéaire de photodétecteurs, c'est-à-dire avec la rangée alignée le long de l'axe x ou de l'axe y, une autre forme d'arrangement optique plus simple peut être utilisée avantageusement. Lorsqu'on utilise une rangée linéaire, il n'est pas nécessaire que toute la surface de l'échantillon soit éclairée simultanément. Il suffit qu'une ligne à la fois sur l'échantillon, correspondant à la ligne vue par la rangée de détection, soit éclairée. Dans ce cas, tout le système d'éclairement tel qu'indiqué aux fig. 1 et 2 peut être remplacé par un système plus simple tel qu'indiqué à la fig. 5a. Un faisceau étroit de lumière 36 issu de préférence d'un laser 37 passe à travers une lentille cylindrique 38 au-delà de laquelle il forme un rideau de lumière divergent 39. Celui-ci est orienté de manière à éclairer une ligne 40 de l'échantillon 41, dans la direction y pour l'exemple de la fig. 5b. En chaque point (x, y) correspondant à cette ligne particulière, l'éclairement E(x, y) au-delà de l'échantillon est en relation avec la densité locale de l'échantillon s(x, y) comme précédemment. Les valeurs E(x, y) correspondant à la ligne éclairée peuvent alors être mesurées directement par une rangée linéaire de détecteurs 42 placée au-delà de l'échantillon et couvrant la largeur totale de l'échantillon. Comme cette largeur peut être plus grande que les rangées de détecteurs généralement disponibles, des moyens sont préférentiellement utilisés pour concentrer les rayons de lumière passant à travers l'échantillon sur une rangée de détecteurs plus petite que la largeur de l'échantillon. Cela correspond à rendre le rideau de lumière convergent plutôt que divergent au-delà de l'échantillon. Les moyens utilisés dans ce but peuvent consister simplement en une lentille convergente, de préférence une lentille de Fresnel, qui est légère et mince, placée juste en dessous ou juste au-dessus de l'échantillon. D'autres moyens consistent en une rangée de guides de lumière, de préférence des fibres optiques, captant la lumière passant à travers l'échantillon et guidant cette lumière vers une rangée de détecteurs, chaque guide de lumière correspondant à un détecteur individuel, dans le même ordre. - In the two embodiments of the apparatus using a linear array of photodetectors, i.e. with the array aligned along the x-axis or the y-axis, another form of optical arrangement more simple can be used advantageously. When using a linear array, it is not necessary that the entire surface of the sample is illuminated simultaneously. It is sufficient that one line at a time on the sample, corresponding to the line seen by the detection row, be lit. In this case, the entire lighting system as shown in fig. 1 and 2 can be replaced by a simpler system as shown in fig. 5a. A narrow beam of light 36 preferably from a laser 37 passes through a cylindrical lens 38 beyond which it forms a divergent light curtain 39. The latter is oriented so as to illuminate a line 40 of the sample 41, in the y direction for the example of FIG. 5b. At each point (x, y) corresponding to this particular line, the illumination E (x, y) beyond the sample is related to the local density of the sample s (x, y) as before. The values E (x, y) corresponding to the illuminated line can then be measured directly by a linear row of detectors 42 placed beyond the sample and covering the total width of the sample. As this width may be greater than the generally available rows of detectors, means are preferably used to concentrate the rays of light passing through the sample on a row of detectors smaller than the width of the sample. This corresponds to making the light curtain converge rather than diverge beyond the sample. The means used for this purpose may simply consist of a converging lens, preferably a Fresnel lens, which is light and thin, placed just below or just above the sample. Other means consist of a row of light guides, preferably optical fibers, capturing the light passing through the sample and guiding this light towards a row of detectors, each light guide corresponding to an individual detector, in the same order. -

Comme les valeurs de E(x, y) doivent être déterminées sur la surface totale de l'échantillon, un déplacement relatif de l'échantillon par rapport au système optique est effectué le long de l'axe x. As the values of E (x, y) have to be determined on the total surface of the sample, a relative displacement of the sample with respect to the optical system is carried out along the x axis.

Dans une autre forme de réalisation de l'appareil, le même système d'éclairement et de détection est utilisé, mais le rideau-de lumière éclaire une ligne de l'échantillon parallèle à l'axe x. Dans ce cas, l'orientation de la rangée de détecteurs et la direction du déplacement relatif sont adaptées en conséquence. In another embodiment of the apparatus, the same illumination and detection system is used, but the light curtain illuminates a line of the sample parallel to the x axis. In this case, the orientation of the row of detectors and the direction of relative movement are adjusted accordingly.

Dans chaque forme de réalisation de l'appareil travaillant en fond clair comme décrit plus haut, sauf les formes où l'éclairement est réalisé à l'aide d'un rideau de lumière, une feuille de matière translucide, par exemple du verre opalin, peut être adjointe au système entre le condenseur 3 et l'échantillon 6. La présence de cette matière diffusante améliore l'homogénéité de l'illumination du plan de l'échantillon. In each embodiment of the apparatus operating in the light background as described above, except the forms where the illumination is carried out using a light curtain, a sheet of translucent material, for example opaline glass, can be added to the system between the condenser 3 and the sample 6. The presence of this diffusing material improves the homogeneity of the illumination of the plane of the sample.

Son effet est également de réduire fortement l'éclairement de l'image 8. De plus, il diminue aussi le contraste entre les fibres et le fond illuminé, donc la visibilité des fibres. Celle-ci dépend entre autres de la distance entre la plaque diffusante et l'échantillon: plus la distance est petite, plus la visibilité est faible. On peut tirer parti de cette propriété en ajustant la position de la feuille diffusante de manière à accorder la gamme de niveaux lumineux de l'image avec la gamme dynamique de sensibilité du détecteur. Dans certaines formes de réalisation de l'invention, la feuille de verre 5 supportant l'échantillon peut être la feuille diffusante elle-même. En l'absence de feuille diffusante dans n'importe quelle forme de réalisation de l'appareil décrite ci-dessus, un filtre neutre ou un filtre coloré peut être placé entre le condenseur et l'échantillon pour adapter l'éclairement à la sensibilité du détecteur. Un filtre anticalorique peut également être utilisé pour éviter un échauffement excessif de l'échantillon. Its effect is also to greatly reduce the illumination of the image 8. In addition, it also decreases the contrast between the fibers and the illuminated background, therefore the visibility of the fibers. This depends, among other things, on the distance between the diffusing plate and the sample: the smaller the distance, the lower the visibility. This property can be taken advantage of by adjusting the position of the diffusing sheet so as to match the range of light levels of the image with the dynamic range of sensitivity of the detector. In certain embodiments of the invention, the glass sheet 5 supporting the sample can be the diffusing sheet itself. In the absence of a diffusing sheet in any embodiment of the apparatus described above, a neutral filter or a colored filter can be placed between the condenser and the sample to adapt the illumination to the sensitivity of the detector. A heat filter can also be used to prevent the sample from overheating.

L'appareil représenté aux fig. 6 et 7 correspond à la configuration du fond noir. Dans cette forme de réalisation de l'appareil, un échantillon mince de fibres 13 est placé sur une feuille de verre transparente 14, les fibres étant toutes disposées parallèlement à un axe x avec une extrémité alignée le long d'un axe y, perpendiculaire à x. Des sources de lumière, de préférence deux ou plus, sont placées au-dessus de l'échantillon de manière à produire une illumination résultante uniforme de l'échantillon 13. The apparatus shown in fig. 6 and 7 corresponds to the configuration of the black background. In this embodiment of the apparatus, a thin sample of fibers 13 is placed on a transparent glass sheet 14, the fibers all being arranged parallel to an x axis with one end aligned along a y axis, perpendicular to x. Light sources, preferably two or more, are placed above the sample so as to produce a uniform resulting illumination of the sample 13.

Dans une réalisation préférentielle de l'invention, les sources consistent en une lampe tubulaire 15 avec un filament rectiligne, en un réflecteur cylindrique 16 placé derrière la lampe 15, l'axe du cylindre coïncidant avec le filament, et en un condenseur 17, par exemple une lentille cylindrique, placée face à la lampe; les axes de ces éléments étant tous parallèles à l'axe x. Les sources sont disposées de manière que les faisceaux de lumière émergents 18 couvrent toute la surface de l'échantillon, les axes 19 des faisceaux étant inclinés par rapport à l'axe z de telle sorte qu'aucune réflexion spéculaire sur la feuille de verre 14 ne se fasse dans la direction z ou dans les directions avoisinantes. Une lentille 20 est placée à une distance d, au-dessus de l'échantillon le long de l'axe z et centrée sur la surface d'illumination où se trouve l'échantillon 13. Cette lentille 20 recueille la lumière 21 diffusée vers l'arrière, comprenant la réflexion et la réfraction dans les fibres, pour former l'image de l'échantillon dans le plan image 22 situé à une distance d2 au-dessus de la lentille 20. In a preferred embodiment of the invention, the sources consist of a tubular lamp 15 with a straight filament, a cylindrical reflector 16 placed behind the lamp 15, the axis of the cylinder coinciding with the filament, and a condenser 17, by example a cylindrical lens, placed in front of the lamp; the axes of these elements all being parallel to the x axis. The sources are arranged so that the emerging light beams 18 cover the entire surface of the sample, the axes 19 of the beams being inclined relative to the z axis so that no specular reflection on the glass sheet 14 does not take place in the z direction or in the neighboring directions. A lens 20 is placed at a distance d, above the sample along the z axis and centered on the illumination surface where the sample is located 13. This lens 20 collects the light 21 scattered towards the rear, comprising reflection and refraction in the fibers, to form the image of the sample in the image plane 22 situated at a distance d2 above the lens 20.

Dans le plan image, l'échantillon apparaît donc clair sur un fond sombre. De manière à obtenir un fond aussi sombre que possible, il faut éviter que la lumière directe 18 des sources passant à travers la feuille de verre transparent 14 soit renvoyée vers le haut. Dans ce but, un piège à lumière 23 peut être placé sous la feuille de verre transparent. La fig. 8 montre une coupe verticale d'un exemple de piège à lumière consistant en une boîte munie de parois absorbantes 24 peintes en noir, disposées de manière que les rayons lumineux 25 entrant dans la boîte ne puissent être renvoyés vers le haut qu'après un grand nombre de réflexions par chacune desquelles ils sont fortement atténués. In the image plane, the sample therefore appears clear on a dark background. In order to obtain as dark a background as possible, it is necessary to prevent direct light 18 from the sources passing through the transparent glass sheet 14 from being returned upwards. For this purpose, a light trap 23 can be placed under the sheet of transparent glass. Fig. 8 shows a vertical section of an example light trap consisting of a box provided with absorbent walls 24 painted black, arranged so that the light rays 25 entering the box can only be returned upwards after a large number of reflections by each of which they are strongly attenuated.

Utilisant la même disposition que pour la configuration en fond clair décrite ci-dessus, l'éclairement à la position (x, y) dans le plan image s'exprime par : Using the same arrangement as for the bright field configuration described above, the illumination at position (x, y) in the image plane is expressed by:

E(x, y) = a E0's(x,y) E (x, y) = a E0's (x, y)

où E„' est l'éclairement constant dans le plan objet. where E „'is the constant illumination in the object plane.

a est une constante tenant compte du rapport entre l'éclairement dans le plan image et l'éclairement correspondant dans le plan objet. a is a constant taking into account the relationship between the illumination in the image plane and the corresponding illumination in the object plane.

s(x, y) est une fonction proportionnelle à la quantité de fibres en cette position du plan objet correspondant à la position (x, y) dans le s (x, y) is a function proportional to the quantity of fibers in this position of the object plane corresponding to the position (x, y) in the

5 5

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

661118 661118

6 6

plan image (la correspondance entre ces positions est homothétique grâce aux propriétés de formation d'image par la lentille). image plane (the correspondence between these positions is homothetic thanks to the properties of image formation by the lens).

En mesurant E(x, y) en tout point du plan image et en l'intégrant le long de y, on obtient: By measuring E (x, y) at any point in the image plane and integrating it along y, we obtain:

G(x) = JwE(x,y) dy = j>E'0s(x,y) dy G (x) = JwE (x, y) dy = j> E'0s (x, y) dy

= a E„'F(x) (2) = a E „'F (x) (2)

qui donne la distribution de longueur cumulée F(x). which gives the cumulative length distribution F (x).

Par rapport à la configuration en fond clair, on voit que la distribution recherchée F(x), et de là f(x), peut être obtenue dans les deux cas à partir de G(x) avec une relation différente entre F(x) et G(x) dans chaque cas. Donc, toutes les méthodes de détection utilisées en fond clair pour obtenir G(x) [ou une forme discrète de cette fonction G(Xj)] sont applicables en fond noir. Compared to the configuration in bright field, we see that the sought distribution F (x), and from there f (x), can be obtained in both cases from G (x) with a different relation between F (x ) and G (x) in each case. Therefore, all the detection methods used in bright field to obtain G (x) [or a discrete form of this function G (Xj)] are applicable in dark field.

En conséquence, selon l'invention, la forme de réalisation correspondant aux fig. 6 et 7 telle que décrite ci-dessus peut être combinée avec n'importe quel type de détecteur et ses arrangements correspondants, ainsi que décrit plus haut, pour la forme de réalisation utilisant la méthode du fond clair. Les méthodes d'analyse correspondantes des signaux doivent simplement être modifiées en conséquence, étant donné les différences entre les équations (1) et (2). Consequently, according to the invention, the embodiment corresponding to FIGS. 6 and 7 as described above can be combined with any type of detector and its corresponding arrangements, as described above, for the embodiment using the bright field method. The corresponding methods of signal analysis simply need to be changed accordingly, given the differences between equations (1) and (2).

Dans la configuration en fond noir, on ne peut placer de matériau translucide derrière l'échantillon, contrairement à la configuration en fond clair. Selon l'invention, une autre forme de réalisation de l'appareil, représentée aux fig. 9 et 10, peut opérer soit en fond clair, soir en fond noir, moyennant une légère modification. Dans cette configuration, un échantillon mince de fibres 26 est disposé sur une feuille de verre transparente 27, toutes les fibres étant parallèles à un axe x, et une extrémité des fibres alignée sur un axe y, perpendiculaire à x. Des sources de lumière, de préférence deux ou plus, sont placées sous la feuille de verre 27 de manière à produire une illumination résultante uniforme de l'échantillon. Dans une réalisation préférentielle de l'invention, les sources consistent en une lampe tabulaire 28 ayant un filament rectiligne, un réflecteur cylindrique 29 placé derrière la lampe, l'axe du cylindre coïncidant avec le filament, et un condenseur 30, par exemple une lentille cylindrique placée face à la lampe 28, les axes de ces éléments étant tous parallèles à l'axe x. Les sources sont disposées de manière que les faisceaux lumineux émergents 31 couvrent toute la surface de l'échantillon 26, les axes 32 des faisceaux étant inclinés par rapport à l'axe z de manière qu'aucun rayon direct 31 passant à travers la feuille de verre 27 ne se propage dans la direction z ou dans les directions avoisinantes. In the dark field configuration, translucent material cannot be placed behind the sample, unlike the bright field configuration. According to the invention, another embodiment of the apparatus, shown in FIGS. 9 and 10, can operate either in a light background, evening in a black background, with a slight modification. In this configuration, a thin sample of fibers 26 is placed on a transparent glass sheet 27, all the fibers being parallel to an x axis, and one end of the fibers aligned on a y axis, perpendicular to x. Light sources, preferably two or more, are placed under the glass sheet 27 so as to produce a uniform resulting illumination of the sample. In a preferred embodiment of the invention, the sources consist of a table lamp 28 having a rectilinear filament, a cylindrical reflector 29 placed behind the lamp, the axis of the cylinder coinciding with the filament, and a condenser 30, for example a lens cylindrical placed facing the lamp 28, the axes of these elements all being parallel to the x axis. The sources are arranged so that the emerging light beams 31 cover the entire surface of the sample 26, the axes 32 of the beams being inclined relative to the z axis so that no direct ray 31 passing through the sheet of glass 27 does not propagate in the z direction or in the neighboring directions.

Une lentille 33 est placée à une distance di au-dessus de l'échantillon le long de l'axe z et centrée sur la surface d'illumination où se trouve l'échantillon. Cette lentille recueille la lumière 34 diffusée vers l'avant, comprenant la réflexion et la réfraction dans les fibres, pour former l'image de l'échantillon dans le plan image 35 situé à une distance d2 au-dessus de la lentille. A lens 33 is placed at a distance di above the sample along the z axis and centered on the illumination surface where the sample is located. This lens collects the light 34 diffused towards the front, comprising reflection and refraction in the fibers, to form the image of the sample in the image plane 35 located at a distance d2 above the lens.

Ce système opère donc en fond noir: l'échantillon apparaît clair sur un fond sombre. Cependant, en plaçant simplement une feuille diffusante, par exemple du verre opalin, sous l'échantillon 26, entre les sources lumineuses et la feuille de verre 27, le système fonctionne en fond clair. Dans certaines formes de réalisation de l'invention, la feuille de verre 27 peut être la feuille diffusante elle-même. This system therefore operates in a black background: the sample appears clear on a dark background. However, by simply placing a diffusing sheet, for example opaline glass, under the sample 26, between the light sources and the glass sheet 27, the system operates in bright field. In certain embodiments of the invention, the glass sheet 27 can be the diffusing sheet itself.

Dans les deux configurations de la présente forme de réalisation de l'appareil, c'est-à-dire avec ou sans feuille diffusante, correspondant respectivement à la méthode du fond clair ou du fond noir, n'importe lequel des détecteurs avec leurs arrangements respectifs tels que décrits ci-dessus avec référence aux fig. 1,2, 6 et 7 peut être utilisé, avec les méthodes d'analyse correspondantes. In the two configurations of the present embodiment of the apparatus, that is to say with or without diffusing sheet, corresponding respectively to the brightfield or darkfield method, any of the detectors with their arrangements respective as described above with reference to Figs. 1,2, 6 and 7 can be used, with the corresponding analysis methods.

Dans une forme de réalisation de l'appareil décrit dans l'invention, deux détecteurs ou plus peuvent être disposés de façon à permettre la détection simultanée de l'image de l'échantillon en fond clair et en fond noir. Par exemple, en se référant à l'appareil représenté aux fig. 1 et 2, la lentille 7 forme l'image de l'échantillon en fond clair dans le plan image 8. Cependant, simultanément, une autre lentille observant l'échantillon 6, avec son axe optique incliné par rapport à l'axe z, les deux axes étant dans le même plan y-z, formerait l'image de l'échantillon en fond noir. In one embodiment of the apparatus described in the invention, two or more detectors can be arranged so as to allow the simultaneous detection of the image of the sample in bright background and in dark background. For example, with reference to the apparatus shown in Figs. 1 and 2, the lens 7 forms the image of the sample in bright field in the image plane 8. However, simultaneously, another lens observing the sample 6, with its optical axis inclined relative to the z axis, the two axes being in the same yz plane, would form the image of the sample in black background.

Les formes de réalisations optiques décrites ci-dessus ont l'avan-5 tage de permettre la mesure de la distribution de longueur de mélanges contenant des fibres antistatiques ou conductrices. Cependant, un système de mesure capacitive délivre un signal mieux défini, proportionnel à la masse de fibres contenues entre les électrodes, et est beaucoup moins sensible à plusieurs facteurs tels que l'épaisseur de io l'échantillon, l'uniformité d'étalement de l'échantillon ainsi que le diamètre et la couleur des fibres. Dans la majorité des cas où l'on n'utilise pas de fibres conductrices, un capteur capacitif est préférable. Cependant, afin d'obtenir un instrument universel, une meilleure solution consiste à utiliser les deux types de capteurs sur le même 15 échantillon et à comparer les deux signaux par un algorithme détectant les anomalies. Par exemple, la présence de fibres antistatiques se traduira par la présence de pointes dans l'histogramme délivré par le capteur capacitif. Il est donc possible d'obtenir une sélection automatique du meilleur signal ou une combinaison des deux signaux 20 afin de produire un meilleur signal. The optical embodiments described above have the advantage of allowing the measurement of the length distribution of mixtures containing antistatic or conductive fibers. However, a capacitive measurement system delivers a more defined signal, proportional to the mass of fibers contained between the electrodes, and is much less sensitive to several factors such as the thickness of the sample, the uniformity of spread of the sample and the diameter and color of the fibers. In the majority of cases where conductive fibers are not used, a capacitive sensor is preferable. However, in order to obtain a universal instrument, a better solution is to use the two types of sensors on the same sample and to compare the two signals by an algorithm detecting anomalies. For example, the presence of antistatic fibers will result in the presence of spikes in the histogram delivered by the capacitive sensor. It is therefore possible to obtain an automatic selection of the best signal or a combination of the two signals 20 in order to produce a better signal.

Un capteur capacitif destiné à fournir une mesure presque instantanée de la distribution complète de longueur est représenté à la fig. 11. Le capteur consiste en deux plaques, de préférence rectangulaires, situées dans deux plans parallèles au plan de l'échantillon, 25 l'une au-dessus et l'autre en dessous de l'échantillon durant la mesure. Chacune de ces plaques recouvre la totalité de la surface de l'échantillon de telle façon que la fibre la plus longue soit plus courte que la longueur de la plaque. Une de ces plaques (représentée à la fig. 11) est divisée en un nombre relativement important de bandes 30 rectangulaires. Chacune de ces bandes a une dimension, dans la direction x des fibres, beaucoup plus petite que la longueur moyenne des fibres, par exemple une dimension de 5 mm pour des fibres de laine ou une matière similaire à longues fibres. L'autre dimension est choisie de manière à couvrir toute la largeur de l'échantillon. Cha-35 cune de ces bandes rectangulaires est constituée d'un conducteur électrique et est isolée des autres bandes. Par exemple, la plaque peut être réalisée sous la forme d'un circuit imprimé où un support d'époxy est utilisé comme matériau isolant et les bandes sont formées de fines couches de cuivre. La seconde plaque, du côté 40 opposé, peut être une simple grande plaque rectangulaire de métal (ou une couche de cuivre sur un support de circuit imprimé rectangulaire) ayant approximativement les mêmes dimensions extérieures que la première plaque divisée en bandes. La seconde plaque est alimentée de préférence par un générateur à haute fréquence. Les 45 bandes de la première plaque sont commutées successivement à des amplificateurs haute fréquence par un multiplexeur analogique. A un instant donné, la bande numéro i agit comme une électrode de mesure; les deux bandes adjacentes numérotées (i — 1) et (i + 1) agissent comme électrodes de garde. Les bandes successives de i = 1 50 à i = 50 par exemple sont balayées de cette manière. Dans une forme de réalisation préférentielle du circuit électronique, une électrode supplémentaire de compensation du signal, ayant approximativement la même surface qu'une des bandes rectangulaires, mais pas nécessairement les mêmes dimensions linéaires, est déposée d'un 55 côté de la première plaque près des bandes. Le but de cette électrode de compensation est d'apporter une correction pour les variations de température et d'humidité de l'atmosphère. Dans une forme de réalisation de l'appareil suivant l'invention, une série de commutateurs analogiques est disposée de telle sorte que les éléments capacitifs de 60 mesure soient connectés chacun à leur tour à un pont tel qu'illustré à la fig. 12. Un générateur de tension à haute fréquence 43 alimente le pont. Un signal est obtenu à la sortie du transformateur 44, dont l'amplitude dépend de la différence entre les capacités du condensateur de compensation 49 et de l'élément capacitif de mesure connecté « au circuit à cet instant. Ce signal est amplifié (45) et introduit à l'entrée d'un détecteur d'amplitude 46. A capacitive sensor for providing an almost instantaneous measurement of the full length distribution is shown in fig. 11. The sensor consists of two plates, preferably rectangular, located in two planes parallel to the plane of the sample, one above and the other below the sample during the measurement. Each of these plates covers the entire surface of the sample so that the longest fiber is shorter than the length of the plate. One of these plates (shown in Fig. 11) is divided into a relatively large number of rectangular strips. Each of these strips has a dimension, in the x direction of the fibers, much smaller than the average length of the fibers, for example a dimension of 5 mm for wool fibers or a similar material with long fibers. The other dimension is chosen to cover the entire width of the sample. Each of these rectangular strips consists of an electrical conductor and is isolated from the other strips. For example, the plate can be made in the form of a printed circuit where an epoxy support is used as an insulating material and the strips are formed of thin layers of copper. The second plate, on the opposite side, can be a simple large rectangular metal plate (or a layer of copper on a rectangular printed circuit support) having approximately the same external dimensions as the first plate divided into strips. The second plate is preferably powered by a high frequency generator. The 45 bands of the first plate are switched successively to high frequency amplifiers by an analog multiplexer. At a given instant, the strip number i acts as a measurement electrode; the two adjacent bands numbered (i - 1) and (i + 1) act as guard electrodes. Successive bands from i = 1 50 to i = 50 for example are scanned in this way. In a preferred embodiment of the electronic circuit, an additional signal compensation electrode, having approximately the same surface as one of the rectangular strips, but not necessarily the same linear dimensions, is deposited on one side of the first plate near tapes. The purpose of this compensation electrode is to provide a correction for variations in temperature and humidity of the atmosphere. In one embodiment of the apparatus according to the invention, a series of analog switches is arranged so that the capacitive measuring elements are each connected in turn to a bridge as illustrated in FIG. 12. A high frequency voltage generator 43 supplies the bridge. A signal is obtained at the output of the transformer 44, the amplitude of which depends on the difference between the capacities of the compensation capacitor 49 and the capacitive measurement element connected to the circuit at this instant. This signal is amplified (45) and introduced at the input of an amplitude detector 46.

La détection est effectuée préférentiellement soit au moyen d'un redresseur suivi d'un filtre passe-bas, soit en mélangeant le signal de The detection is preferably carried out either by means of a rectifier followed by a low-pass filter, or by mixing the signal

sortie du transformateur à un signal de même fréquence et d'amplitude fixe, suivi d'un filtrage passe-bas du signal résultant. La sortie du détecteur est reliée à un convertisseur analogique-digital 47 afin d'obtenir des signaux digitaux qui sont traités par le système de calcul 48. transformer output at a signal of the same frequency and fixed amplitude, followed by low-pass filtering of the resulting signal. The detector output is connected to an analog-digital converter 47 in order to obtain digital signals which are processed by the calculation system 48.

Dans une autre forme de réalisation de l'appareil suivant l'invention, une série de commutateurs analogiques est disposée tel qu'illustré à la fig. 13 de telle sorte que chacun des éléments capacitifs de mesure ou le condensateur de compensation 50 puisse être connecté soit à un générateur de tension fixe 51, soit à l'intégrateur de courant 52. Dans une première étape, tous les commutateurs, sauf le commutateur 56, sont fermés de telle sorte que chaque condensateur soit chargé à une tension fixe, déterminée par le générateur 51. Dans une seconde étape, tous les condensateurs sont déchargés tour à tour dans le système intégrateur 52 en fermant les commutateurs successifs et le commutateur 56. In another embodiment of the apparatus according to the invention, a series of analog switches is arranged as illustrated in FIG. 13 such that each of the capacitive measurement elements or the compensation capacitor 50 can be connected either to a fixed voltage generator 51 or to the current integrator 52. In a first step, all the switches except the switch 56, are closed so that each capacitor is charged at a fixed voltage, determined by the generator 51. In a second step, all the capacitors are discharged in turn into the integrator system 52 by closing the successive switches and the switch 56 .

Comme la sortie du système intégrateur est proportionnelle à: As the output of the integrator system is proportional to:

Jidt, i étant le courant de décharge et AQ = CAV, Jidt, i being the discharge current and AQ = CAV,

on obtient la capacité de chaque condensateur par: the capacitance of each capacitor is obtained by:

C - VS -

où AQ représente une variation de charge dans un condensateur de capacité C et AV la variation de tension correspondante. where AQ represents a charge variation in a capacitor of capacity C and AV represents the corresponding voltage variation.

Une amélioration dans la configuration du champ électrique est obtenue si la seconde plaque est également formée de bandes, commutées de manière synchrone par rapport aux bandes de la première plaque, mais aux dépens d'un circuit plus élaboré. An improvement in the configuration of the electric field is obtained if the second plate is also formed of bands, switched synchronously with respect to the bands of the first plate, but at the expense of a more elaborate circuit.

L'augmentation de capacité de chacun des éléments individuels du condensateur de mesure, due à la présence des fibres, est proportionnelle à la masse des fibres contenues dans cet élément, par exemple la bande numéro i. A la suite des amplificateurs haute fréquence connectés à des circuits en ponts formés par chaque bande et l'électrode de compensation, un démodulateur délivre un signal proportionnel à la masse de la partie de fibres contenue dans chaque élément individuel du condensateur. The increase in capacity of each of the individual elements of the measurement capacitor, due to the presence of the fibers, is proportional to the mass of the fibers contained in this element, for example the strip number i. Following the high frequency amplifiers connected to bridge circuits formed by each band and the compensation electrode, a demodulator delivers a signal proportional to the mass of the part of fibers contained in each individual element of the capacitor.

Le balayage électronique de i = 1 à i = 50 fournit un signal correspondant à une distribution de longueur cumulée pondérée par la section. Electronic scanning from i = 1 to i = 50 provides a signal corresponding to a cumulative length distribution weighted by the section.

Dans chacun des deux capteurs, optique ou capacitif, le principe de disposer un grand nombre d'éléments sensibles utilisés en succession par balayage électronique pour établir la distribution de longueur pose un problème dû aux différences de niveau électrique et de sensibilité entre ces éléments. Ces différences sont relativement significatives pour des éléments de rangées et de matrices de photodiodes In each of the two sensors, optical or capacitive, the principle of having a large number of sensitive elements used in succession by electronic scanning to establish the length distribution poses a problem due to the differences in electrical level and sensitivity between these elements. These differences are relatively significant for elements of rows and arrays of photodiodes

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ou de CCD, mais elles apparaissent également entre des signaux produits par des bandes individuelles du condensateur. Une procédure est établie pour compenser ces différences, comprenant un étalonnage périodique automatique de chaque élément et la correction des signaux produits par chaque élément individuel, par des facteurs de correction obtenus durant la procédure d'étalonnage et stockés dans la mémoire (RAM) d'un ordinateur qui contrôle et lit le capteur. or CCD, but they also occur between signals produced by individual bands of the capacitor. A procedure is established to compensate for these differences, including automatic periodic calibration of each element and correction of the signals produced by each individual element, by correction factors obtained during the calibration procedure and stored in the memory (RAM) of a computer that monitors and reads the sensor.

Par période d'une journée, par exemple, ou chaque fois que l'appareil est allumé, une procédure d'étalonnage démarre automatiquement avant la première mesure, sans échantillon dans le capteur. For a period of a day, for example, or each time the device is switched on, a calibration procedure starts automatically before the first measurement, with no sample in the sensor.

Pour les capteurs optiques, à un niveau fixé d'illumination correspondant à celui utilisé durant les mesures, le «niveau zéro» de chaque élément photodétecteur, correspondant à l'absence de fibres, est mesuré et mis en mémoire sous forme digitale. Le niveau d'illumination est alors réduit de 50% par exemple et le signal produit par chaque élément est à nouveau mesuré et mis en mémoire. La comparaison des signaux obtenus aux deux niveaux d'illumination définit la sensibilité ou le gain de chaque élément. Pour le capteur capacitif, le «niveau zéro» est également mesuré et mémorisé pour chaque bande du condensateur connectée dans le pont, en l'absence d'échantillon. Le facteur «sensibilité» est obtenu en réalisant un second étalonnage avec une feuille d'un matériau diélectrique homogène à l'intérieur des plaques du condensateur, donnant un signal de référence qui est mis en mémoire pour chaque élément. For optical sensors, at a fixed level of illumination corresponding to that used during the measurements, the "zero level" of each photodetector element, corresponding to the absence of fibers, is measured and stored in digital form. The level of illumination is then reduced by 50% for example and the signal produced by each element is again measured and stored in memory. Comparing the signals obtained at the two illumination levels defines the sensitivity or gain of each element. For the capacitive sensor, the “zero level” is also measured and stored for each band of the capacitor connected in the bridge, in the absence of a sample. The “sensitivity” factor is obtained by performing a second calibration with a sheet of homogeneous dielectric material inside the plates of the capacitor, giving a reference signal which is stored in memory for each element.

Pour un capteur optique, le nombre d'éléments dans une matrice est relativement élevé. Pour réduire la taille de la mémoire, la moyenne du signal d'étalonnage correspondant aux éléments d'une ligne transversale par rapport à la direction x des fibres peut être établie avant la mise en mémoire. For an optical sensor, the number of elements in an array is relatively high. To reduce the memory size, the average of the calibration signal corresponding to the elements of a transverse line with respect to the x direction of the fibers can be established before storage.

Dans les cas où l'échantillon ne se déplace pas par rapport au capteur durant la mesure, le temps total de mesure étant très court, de l'ordre d'une milliseconde, l'échantillon peut être animé d'un mouvement, pendant la période de mesure, à une vitesse n'excédant pas 10 à 30 m/min. quand les classes de la distribution de longueur ont au moins 1 mm de long. Il est par exemple possible de placer les capteurs directement sur la machine de préparation mécanique où les échantillons sont constitués, et de faire les mesures dans une zone où les échantillons sont transférés. In cases where the sample does not move relative to the sensor during the measurement, the total measurement time being very short, of the order of a millisecond, the sample can be animated with a movement, during the measurement period, at a speed not exceeding 10 to 30 m / min. when the classes of the length distribution are at least 1 mm long. It is for example possible to place the sensors directly on the mechanical preparation machine where the samples are made, and to make the measurements in an area where the samples are transferred.

En utilisant un ordinateur pour contrôler le capteur et traiter les signaux produits dans l'appareil constituant une réalisation de la présente invention, il est possible d'effectuer une mesure très rapide de la distribution de longueur d'un échantillon de fibres textiles. L'ordinateur peut être une unité basée sur un microprocesseur avec un programme de contrôle consacré à la prise de mesures. L'appareil complet peut donc être très compact. By using a computer to control the sensor and process the signals produced in the apparatus constituting an embodiment of the present invention, it is possible to make a very rapid measurement of the length distribution of a sample of textile fibers. The computer can be a unit based on a microprocessor with a control program dedicated to taking measurements. The complete device can therefore be very compact.

7 7

5 5

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

R R

6 feuilles dessins 6 sheets of drawings

Claims

661118

2

1. Method for measuring the length distribution of fibers, comprising the following steps:

- place a sample of fibers on a plane, the fibers being relatively parallel to each other,

Scanning a surface of said plane containing the entire sample so as to produce electrical signals representative of the presence or absence of fibers at a sequence of points or of elementary surfaces forming said surface, and

- processing said signals so as to produce, from these, a representation of the length distribution of the fibers of the sample, said scanning being carried out in at least one direction of said plane by an electrical communication of a sequence d 'scanning elements.

2. The method of claim 1, wherein the scanning is performed electro-optically, an image of said surface being projected onto a plane provided with electro-optical detection means.

3. Method according to claim 2, wherein the electro-optical detection means have a surface of sensitive elements and the scanning is carried out by electrical switching of successive sensitive elements, the surface of the sensitive elements covering said image.

4. The method of claim 1, wherein the scanning is performed so as to produce electrical signals representative of the amount of fiber when fibers are present.

5. Method according to claim 4, wherein the scanning is carried out by the electrical switching of capacitive sensitive elements, and said signals are representative of the quantity of fibers or of the absence of fibers at a sequence of elementary surfaces, each of between them being defined by a capacitive element.

6. The method of claim 1, wherein the processing of said signals comprises corrections for the non-uniformity of the corresponding signals obtained by scanning in the absence of sample.

7. Apparatus for implementing the method according to claim 1, comprising:

Means for supporting a sample of fibers on a plane, the fibers being relatively parallel to one another,

Means for scanning a surface of said plane containing the entire sample so as to produce electrical signals representative of the presence or absence of fibers at a sequence of points or of elementary surfaces forming said surface, and

- Means for processing said signals so as to produce, from these, a representation of the length distribution of the fibers of the sample, said scanning means comprising electrical switching means allowing scanning in at least one direction of said plane, by electrical switching of a sequence of scanning elements.

8. Apparatus according to claim 7, wherein the scanning means comprise optical means for projecting an image of said surface on a plane in which the scanning means comprise several sensitive electro-optical elements.

9. Apparatus according to claim 8, wherein the scanning means comprise a surface of sensitive electro-optical elements and the switching means are arranged so as to activate each of the sensitive elements successively, said sensitive element surface covering said image. .

10. Apparatus according to claim 7, in which the scanning means are such that they produce electrical signals representative of the quantity of fibers when fibers are present.

11. Apparatus according to claim 10, in which the scanning means comprise several capacitive sensitive elements, each capacitive sensitive element defining a respective elementary surface of said plane surface.

12. Apparatus according to claim 11, wherein the capacitive sensitive elements are defined by parallel strips of conductive material, located in a plane spaced from the sample support means, the strips being arranged side by side transversely relative to to the direction of the sample fibers.

13. Apparatus according to claim 8, wherein the optical means comprise at least one light source arranged so as to illuminate said surface of said plane, the support means comprising a sheet of transparent or translucent material.

14. Apparatus according to claim 13, in which the support means comprise a sheet of transparent material and the light source or sources are arranged so as to produce a dark background illumination of the sample.

15. Apparatus according to claim 13, in which the optical means comprise a lens arranged so as to produce said image for bright field illumination of the sample.

16. Apparatus according to claim 7, in which the means for processing said signals comprise means for correcting said signals to compensate for the non-uniformity of the signals obtained by the scanning means in the absence of a sample.

17. Apparatus according to claim 16, in which the scanning means comprise optical means for projecting an image of said surface on a plane in which the scanning means comprise several sensitive electro-optical elements and said correction means are adapted to correct the non-uniformity of the illumination of said surface and to correct the non-uniformity of the responses of the sensitive electro-optical elements.

18. Apparatus according to claim 11, in which a capacitive compensating element is coupled to the processing means adapted so as to use the signals of the capacitive compensating element to apply a correction as a function of the environmental conditions influencing the sample. .

19. Apparatus according to claims 7 to 17, wherein the processing means comprise digital computing means.