CN101168874A - 一种带测速的纱线信号处理方法和检测装置 - Google Patents

Abstract

一种带测速的纱线信号处理方法，利用同一直线上布置的两个电容极板对分别定期取得随纱线质量变化的信号和随纱线质量变化的信号，由设置在附件的电容极板对取得随环境温度湿度变化的信号，利用差分的方法三组信号进行处理得到降低和减少零漂影响的信号；并根据这三组信号设计一评估变量，得到纱线经过固定距离的时间，算出纱线速度；还能对信号进行滤波处理得到提高信噪比后的信号；并提供了一套包括3组或3组以上电容极板对的电容式传感器检测检测装置。

Description

一种带测速的纱线信号处理方法和检测装置

技术领域：

本发明涉及一种带测速的纱线信号处理方法和检测装置。

技术背景：

在纺纱过程中经常会出现疵点和条干不匀等纱线缺陷。要克服这些纱线缺陷，最为关键的是将纱线缺陷检测出来，并将纱线缺陷量化，提供诸如不匀率、变异系数、十万米九级有害纱疵数等指标。作为纱线缺陷检测的手段，电容式纱线信号检测用传感器得到了广泛使用，并成为国际上公认的标准检测手段。Uster公司的条干均匀度测试仪系列产品和纱疵分级仪系列产品均采用了电容式传感器，是全世界公认的标准仪器；应用这些标准仪器在世界范围内采样的基础数据制作成的Uster公报在全世界得到了广泛的使用和认同。

电容式纱线信号传感器有灵敏度高、耗电省、寿命长等诸多优点，非常适合我国的国情，得到了广泛使用。

在纺纱过程中出现纱疵是不可避免的。牵伸箱中转动件的偏心，罗拉的转动件的玷污或缺损，回转件的轴承磨损或损伤等均可造成常发性纱疵；还有众多因素形成的偶发性纱疵。这些纱疵如棉节、飞花、短粗节、长粗节、双纱或三纱、细节、竹节纱疵等对后道工序影响极大，轻者疵布降等，重者布匹开剪。因而这些纱疵都需要检测出来并加以消除的。

在纺纱过程中条干不匀也是影响产品质量的一个重要方面。

电容式纱线信号传感器也有缺点。虽然电容式传感器大多采用两组电容极板对，一组为测量纱线极板对、另一组为差分极板对，但差分极板对不外露，造成两组极板对间的温湿度不相同，不能相互补偿抵消；由于水的相对介电常数较一般的纺织材料的相对介电常数高出一个数量级，温湿度变化后仍会出现零漂现象。也可采用交流调制方法减少零漂，但这种方法对较快变化的温湿度无能为力，也会涉及到模拟系统的带宽和时常数问题。

在典型条件下，一根纱线拿出或放入极板对的中间位置，其电容的变化量只有大约零点几皮发(1皮发＝0.000,000,000,001法拉)。如此小的电容变化量，较易受背景噪声的影响。虽然我们已采用了矢量检测，相敏同步检波，滤波等技术手段和AISIC芯片，但如何进一步提高信噪比仍是业界的一大基础难题。

纱线的速度可用来标定纱疵的长度或测长。当前业界的条干均匀度测试仪和纱疵分级仪通过下列方法来定义或确定纱疵的长度：采用高精度的测速装置，使用伺服电机确保恒定的转速，使用车速设定值。前两者要求高、昂贵，后者误差较大。

发明内容：

本发明主要解决了现有技术中对温湿度等环境要求较高，容易产生零漂的问题，提供一种在降低或减少零漂的影响的同时，大大提高信噪比，并且可以实时测量纱线的线速度的电路处理方法。

本发明提供一种对环境要求较低、检测精度较高、可进行实时测速的纱线信号检测装置。

本发明同时还提供一种结构合理、维护方便、制造成本较低的纱线信号检测装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种带测速的纱线信号处理方法，其步骤如下：

a.利用同一直线上布置的两个电容极板对分别定期取得随纱线质量变化的信号V_a(t)和随纱线质量变化的信号V_b(t)，由设置在附件的电容极板对取得随环境温度湿度变化的信号V_c(t)。

b.利用差分的方法对得到的V_c(t)、V_a(t)和V_b(t)进行处理，得到降低和减少零漂影响的信号V′_a(t)和V′_b(t)。

c.利用步骤b得到的信号，定义一个评估估计变量α(τ)，根据取最大值方法得到时间T，然后将纱线经过固定距离的长度值除以经过固定距离的时间T得到纱线的线速度。

d.利用步骤b得到的信号，设计一个函数f(t)＝V′_b(T-t)，然后对该函数进行滤波处理，得到提供了信噪比后的信号y(t)。

作为上述方案的一种优选方案，所述步骤b中V′_a(t)和V′_b(t)分别为V_a(t)和V_b(t)减去V_c(t)所得，即V′_a(t)＝V_a(t)-V_c(t)、V′_b(t)＝V_b(t)-V_c(t)。

为了能计算出纱线的速度，在上述步骤c中估计α(τ)定义为：

$\mathrm{\α}\left(\mathrm{\τ}\right)=\frac{{\left|{\∫}_{-\∞}^{+\∞}{V^{\′}}_{\mathrm{\α}}\left(t\right){V^{\′}}_b(t+\mathrm{\τ})\mathrm{dt}\right|}^2}{{\∫}_{-\∞}^{+\∞}{\left|{V^{\′}}_a\left(t\right)\right|}^2\mathrm{dt}{\∫}_{-\∞}^{+\∞}{\left|{V^{\′}}_b(t+\mathrm{\τ})\right|}^2\mathrm{dt}}$

当α(τ)取得最大值时的τ就称为T，由于电容式传感器中的电容极板对A、B特性基本相同，所以可以认为V′_b(t)＝V′_a(t-T)，这样T就是纱线经过极板对A、B之间的距离所需要的时间，并且电容极板对A、B之间的距离是固定已知的，假设为L，则纱线线速度为：

V＝L /T

为了提高信噪比，将设计出一个函数f(t)＝V′_b(T-t)，对f(t)函数进行的滤波处理为：

$y\left(t\right)={\∫}_{-\∞}^{+\∞}f\left(\mathrm{\τ}\right){V^{\′}}_a(t-\mathrm{\τ})\mathrm{d\τ}$

信号y(t)为提高了信噪比后的信号

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种带测速的纱线信号检测装置，包括检测头、信号处理板，所述检测头上设有一套包括若干块电容极板对的电容式传感器。

作为上述方案的一种优选方案，一种带测速的纱线信号检测装置，包括检测头、信号处理板，其特征在于所述检测头上设有一套包括3组或3组以上电容极板对的电容式传感器。其中至少有两组电容极板对处在同一直线上，且两电容极板对空间位置对应的极板在同一平面上，电容极板对空间位置对应的极板边在同一直线上或平行，纱线穿过电容极板对A和电容极板对B，所述电容极板对C设置在电容极板对A和电容极板对B附近。

作为上述方案的一种优选方案，所述电容式传感器的测量部件由3组电容极板对组成，分别记为电容极板对A、电容极板对B和电容极板对C，电容极板对空间位置对应的极板的大小和形状相同，电容极板对的极板之间间距相同。

作为上述方案的一种优选方案，所述电容极板对A和电容极板对B相距0.5cm-20cm。

上述所采用的3组电容极板对A、B、C均进行严格筛选，以保证这3组极板对以及相应前置电路的输出信号一致。其中电容极板对A、B为测量纱线极板电容极板对，电容极板对C为差分极板电容极板对，用于抵消或消除环境温度变化所引起的测量误差。

电容极板对配以检测电路完成电容极板对间的纱线粗细的物理信号到电信号的转换过程。这个转换过程包括激励用的振荡信号的产生，被调制的信号的同步相敏检波，滤波，放大部分。

从电容极板对A、B、C及其检测电路得到三路信号，这三路信号是相关的，经过算法处理(在信号处理板上)后达到降低或减少零漂，提高信噪比，实时测量纱速的目的。

作为上述方案的一种优选方案，所述电容极板对A和电容极板对B设置在一带U形截面凹槽的检测机架上，且两组电容极板对的极板分别固定在该U形截面凹槽两侧。

作为上述方案的一种优选方案，在U形截面凹槽一侧设有一可容纳电容极板对C的腔体，电容极板对C固定于其内。

上述三组电容极板对极板分别镶嵌在U形截面凹槽两侧壁，极板平面与凹槽侧壁齐平。

作为上述方案的一种优选方案，检测头上包裹有一机壳，机壳上开有通槽，将镶嵌在通槽内的电容极板对裸露在空气中，并在通槽两端的外侧设有导线瓷环，该导线瓷环将运行中的纱线定位于电容极板对A和电容极板对B的间隙中。

本发明提供的改进了的纱线信号检测手段，可用于纺织企业的生产过程中的纱线质量的在线监测控制，如电子清纱器；也可用于纱线实验室，如条干均匀度测试仪、纱疵分级仪等，用于对纱样做详细的测试分析，为找出纱线缺陷成因、改进设备、改进管理、提高纱线质量提供基础数据和决策依据。

本发明的优点在于能够降低或减少零漂的同时提高了信噪比，并且可以实时测量纱线的线速度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明电容式传感器的一种结构示意图。

图2是本发明信号处理板电路原理框图。

图3是本发明检测头的一种结构示意图。

具体实施方式：

根据图1所示，本发明清纱器检测装置主要包括一套电容式传感器检测头，该电容式传感器包括至少3组电容极板对，分别为电容极板对A、电容极板对B和电容极板对C，其中电容极板对A和电容极板对B为测量纱线极板，两组电容极板对位于同一直线上，且空间位置对应的极板在同一平面上，空间位置对应的极板边在同一直线上或平行，空间位置对应的极板的大小和形状相同；电容极板对A和电容极板对B的极板对间间距相同，如图3所示在检测头上安装时，检测头上包裹有一设有U形截面凹槽8的机壳，所述电容极板对A和B分别设置在凹槽8两端，在凹槽两端外侧分别设有一导线瓷环11；在凹槽8附近设有一腔体9，所述电容极板对C设置于该腔体内，该三组电容极板对均对外露，使所受环境湿度温度影响一致；在纱线分别通过电容极板对A和电容极板对B，且纱线运动可以从电容极板对A到电容极板对B，也可以方向反一下，从电容极板对B到电容极板对A。所述电容极板对C为一差分极板，其位于电容极板A对和电容极板B对附近。

根据图2所示，本发明中从电容式传感器处得到的信号要进入一信号处理电路板处理，该信号处理电路板由模拟通道切换模块4、程控增益模块5、高速AD模块6和DSP模块7组成。

根据图2所示，3路输入信号由模拟通道切换模块4做3选1后送入程控增益模块5。选择3路中的那路信号，何时切换，保持时间长短由DSP模块7中的程序决定；由模拟通道切换模块4来的信号经程控增益模块5做适当倍数的放大和零点调整后送入高速AD模块6。放大倍数和零点调整值均可数控，3路输入信号有各自独立的放大倍数值和零点调整值，值的大小和切换时刻由DSP模块7中的程序决定；来自程控增益模块5的信号进入高速AD模块6，实现模拟信号到数字信号的转换，转换结果被送入DSP模块7；DSP模块7为数字信号处理模块，纱线信号处理方法经离散化处理后，以程序的形式固化在DSP模块7中，实现减小漂移、降噪、测速。

所述信号处理电路板中的模拟通道切换模块4主要由模拟开关(这里使用CD4051)；程控增益模块5主要由乘法型模拟到数字转换器(这里使用AD7528)和运算放大器(这里使用TL074)组成；高速AD模块6可使用独立的，也可使用信号处理器内置的，这里使用信号处理器内置的；DSP模块7主要为信号处理器，这里使用TMS320LF2407。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了电容极板对、机壳、U形凹槽等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种带测速的纱线信号处理方法，其特征在于步骤如下：

a.利用同一直线上布置的两个电容极板对分别定期取得随纱线质量变化的信号V_a(t)和随纱线质量变化的信号V_b(t)，由设置在附件的电容极板对取得随环境温度湿度变化的信号V_c(t)。

b.利用差分的方法对得到的V_c(t)、V_a(t)和V_b(t)进行处理，得到降低和减少零漂影响的信号V′_a(t)和V′_b(t)。

c.利用步骤b得到的信号，定义一个评估估计变量α(τ)，根据取最大值方法得到时间T，然后将纱线经过固定距离的长度值除于经过固定距离的时间T得到纱线的线速度。

d.利用步骤b得到的信号，设计一个函数f(t)＝V′_b(T-t)，然后对该函数进行滤波处理，得到提高了信噪比后的信号y(t)。

2.根据权利要求1所述的带测速的纱线信号处理方法，其特征是所述步骤b中V′_a(t)和V′_b(t)分别为V_a(t)和V_b(t)减去V_c(t)所得，即V′_a(t)＝V_a(t)-V_c(t)、V′_b(t)＝V_b(t)-V_c(t)。

3.根据权利要求1所述的带测速的纱线信号处理方法，其特征是所述步骤c中估计α(τ)定义为：

$a\left(\mathrm{\τ}\right)=\frac{|{\∫}_{-\∞}^{+\∞}{V^{\′}}_a\left(t\right){V^{\′}}_b(t+\mathrm{\τ})\mathrm{dt}{|}^2}{{\∫}_{-\∞}^{+\∞}\left|{V^{\′}}_a\left(t\right){|}^2\mathrm{dt}{\∫}_{-\∞}^{+\∞}\right|{V^{\′}}_b(t+\mathrm{\τ}){|}^2\mathrm{dt}}$

当α(τ)取得最大值时的τ就称为T，由于电容式传感器中的电容极板对A、B特性基本相同，所以可以认为V′_b(t)＝V′_a(t-T)，这样T就是纱线经过极板对A、B之间的距离所需要的时间，并且电容极板对A、B之间的距离是固定已知的，假设为L，则纱线线速度为：

V＝L/T

4.根据权利要求1所述的带测速的纱线信号处理方法，其特征是所述步骤d中对f(t)函数进行的滤波处理为：

$y\left(t\right)={\∫}_{-\∞}^{+\∞}f\left(\mathrm{\τ}\right){V^{\′}}_a(t-\mathrm{\τ})\mathrm{d\τ}$

信号y(t)为提高了信噪比后的信号。

5.一种带测速的纱线信号检测装置，包括检测头、信号处理电路，其特征在于所述检测头上设有一套包括3组或3组以上电容极板对的电容式传感器，其中至少有两组电容极板对处在同一直线上，且两电容极板对空间位置对应的极板在同一平面上，纱线穿过电容极板对A(1)和电容极板对B(2)，所述电容极板对C(3)设置在电容极板对A(1)和电容极板对B(2)附近。

6.根据权利要求5所述的带测速的纱线信号检测装置，其特征是所述电容式传感器的测量部件由3组电容极板对组成，分别记为电容极板对A(1)、电容极板对B(2)和电容极板对C(3)，电容极板对空间位置对应的极板边在同一直线上或平行，电容极板对空间位置对应的极板的大小和形状相同，电容极板对的极板之间的间距相同。

7.根据权利要求5或6所述的带测速的纱线信号检测装置，其特征是所述电容极板对A(1)和电容极板对B(2)相距0.5cm-20cm。

8.根据权利要求5所述的带测速的纱线信号检测装置，其特征是所述电容极板对A和电容极板对B设置在一带U形截面凹槽(8)的检测机架上，且两组电容极板对的极板分别固定在该U形截面凹槽(8)两侧。

9.根据权利要求8所述的带测速的纱线信号检测装置，其特征是在U形截面凹槽(8)一侧设有一可容纳电容极板对C(3)的腔体，电容极板对C(3)固定于其内。

10.根据权利要求5或6或8或9所述的带测速的纱线信号检测装置，其特征是检测头上包裹有一机壳(10)，机壳(10)上开有通槽，将镶嵌在通槽内的电容极板对裸露在空气中，并在通槽两端的外侧设有导线瓷环(11)，该导线瓷环将运行中的纱线定位于电容极板对A(1)和电容极板对B(2)的间隙中。

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