CN101180535B - 用于探测运动中实心、细长待测物品内杂质的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于探测运动中实心、细长待测物品的设备，包括：电容式传感器包括测量电容，该测量电容具有待测物品的通路；为了向所述通路施加高频交变电场，所述设备还包括用于向所述测量电容施加高频交变电压的装置；探测电路用于对电容式传感器的输出信号进行模拟探测；所述交变电场的载波频率在1MHz和100MHz之间，优选为约10MHz；用于对由所述待测物品发出的准静电信号进行记录的传感器，和用于对所述高频电信号和静电信号进行估计和探测杂质的估计装置。通过静电信号的整合和附加信号的整合，还可以实现改进后的选择例。从而虚假反应减少了，并且可得到更大的可靠性和灵敏性。

Description

用于探测运动中实心、细长待测物品内杂质的方法和设备
发明领域
本发明涉及使用电子装置对生条、粗纱、纱线或者织物等实心、细长纺织品进行探测的领域。根据独立权利要求书中的描述，本发明涉及一种用于探测运动中实心、细长待测物品内杂质的方法和设备。优选应用在纺纱机或者打轴机中对纱线进行监测。
背景技术
在纺织产业中，要求对纱线等细长纺织物内所含的聚丙烯等杂质进行可靠的探测和适当的量化。一般使用光学装置来实现该目的。根据WO-98/33061 A1或者EP-1058112 A1，使用紫外或者红外光线对纱线进行扫描。由于光的吸收，尤其可以探测出如聚丙烯等杂质。EP-0399945 A2公开了使用两种不同波长的光线对纱线进行照明的方案。因此，可产生两个输出信号，并可确定这两个输出信号间的差值。如聚丙烯等杂质在该差值信号下会发生变化。所有的光学测量原理都具有如下缺点：即不能探测出相对施加光线来说是透明的、与该待测物品具有相同反射特性(“颜色”)的杂质，也不能探测出隐藏在待测物品内部并且不为外部可见的杂质。
通过使用电子装置可以避免光学测量原理的不完备性。EP-0924513A1中公开了一种通过电容来测定待测纺织物品中杂质所占比例的方法和设备。待测物品移动穿过平板电容，并受一交变电场的作用。从而可求出该待测物品的介电性能。通过所述介电性能求出两个电气值，然后将这两个电气值进行整合，得到一特征值，该特征值与所述待测物品的质量无关。将该特征值与预先求得的相关材料的特征值进行比较，并由此确定杂质的分布。这种测量原理的问题是：对湿度具有较大的敏感性。在EP-0924513A1公开的所述设备的优选实施例中，尝试通过使用一个与实际测量电容同步的参考电容来消除由空气湿度带来的干扰信号。这可通过增加一个与所述两块实际测量电容器极板平行放置的第三电容器极板来形成，其中上述三块电容器极板连接成电容电桥。然而，这种测量方法不能消除待测物品自身的湿度变化所带来的干扰信号。因此，该测量原理会引起非常多的虚假反应。
EP-0301395 A2公开了一种用于探测运动中电绝缘织物表面不均衡性的方法和设备。相对所述织物运动方向横向前进的电导线位于所述织物附近。织物表面存在的电荷会在该导线中产生电信号。
通过令待测细丝经过静止电极来监测运动中细丝的方法也是公知的。细丝中的不规则干扰电荷会在电极中产生一电压信号。这种传感器可参见如DE-3215695 A1、DE-9216181 U1或者DE-19535177 A1。但是，这种传感器产生的信号是不可靠的，并且会引起许多虚假反应。
根据CH-526459 A5，其中用到了摩擦电(摩擦带电)传感器，以用于构建细丝探测装置，该装置可执行如下两种监测功能：检查静止细丝的存在/不存在(即存在监测器)，以及检查纵向运动/静止(即运动监测器)。
EP-1037047 A1使用了摩擦电测量原理。其中描述了一种用于探测运动纺织材料内所含杂质的方法和设备。提供了一种用于从运动纺织材料中接收摩擦电信号的探针。将该探针的输出信号与一参考值进行比较，该参考值为不含杂质的纺织材料的特征值。根据该比较结果可以确定杂质是否存在。而且，这种测量原理也会引发许多虚假反应，且主要通过静电放电的方式来引发虚假反应。
伴随现有技术状况产生的虚假反应并不都是有用的，因为这些虚假反应会导致生产过程不必要的停工。生产中断会因此经常发生于使用者。对于纺纱机而言，后果尤其严重，中断会持续近10分钟。许多不必要的中断造成的经济损失是巨大的。
发明内容
因此，本发明的目的是提出一种用于探测运动中的实心、细长纺织物品内杂质的方法和设备，不存在前面提到的缺点。尤其地，该方法和设备较为简单并节约空间。而且，可以实现经过改良的选择例。相对现有技术中情况，虚假现象将大大减少，而且具有相同或者更高的可靠性及杂质探测方面的灵敏性。
正如在独立权利要求所限定的，通过本发明所述方法及设备，可实现这些及其他目的。从属权利要求中则描述了优选实施例。
本发明简化了公知的方法和设备，尤其简化了为EP-10370471 A1所公开的方法和设备，因为本发明无需将已存在的电荷从待测物品上引走，然后再将电荷重新控制沉积到该待测物品上。取而代之的是，本发明假设待测物品上已存在电荷，并且利用这些电荷获取与待测物品或者杂质有可能所占的比例相关的信息。本发明相对之前已知测量原理不同之处，代表了杂质探测方面的根本性转变。本发明简化了方法，而对于设备则节约了空间。
根据本发明，优选地，首先记录待测物品发出的静电信号(通过电荷测量的方法)和附加电容或者高频电信号，然后使用这两种信号来探测杂质。据此，可以实现具有出人意料改进的选择例。实践结果表明如下方法特别有益：即连续估计静电信号，并将这些静电信号作为触发来估计附加信号。这些静电信号提供了一个粗略的测量结果，而附加信号则提供了所需的精确测量结果。由于静电信号很难受到湿度的影响，因此避免了由湿度波动所带来的虚假反应。附加信号则优化了测量结果，并且在需要时还可考虑静电信号没能探测到的影响和参数。这样，除了确定杂质所占的比例外，根据该附加信号，还可确定待测物品的厚度。这尤其有益并且节约空间，因为对静电信号和附加信号的记录可以使用同一个传感器实现。
根据本发明用于探测运动中实心、细长待测物品中杂质的方法，所述待测物品受高频交变电场的作用。通过记录高频电信号，交变电场的载波频率在1MHz和100MHz之间，优选为约10MHz，可以求得该交变电场与待测物品相互作用后的特性。对由所述待测物品发出的第二准静态电信号进行记录。第一和第二电信号都用于探测杂质。
根据本发明所述用于探测运动中实心、细长待测物品中杂质的设备，包括：电容式传感器包括测量电容，该测量电容具有待测物品的通路；为了向所述通路施加高频交变电场，所述设备还包括用于向所述测量电容施加高频交变电压的装置；探测电路用于对电容式传感器的输出信号进行模拟探测；所述交变电场的载波频率在1MHz和100MHz之间，优选为约10MHz；用于对由所述待测物品发出的准静电信号进行记录的传感器，和用于对所述高频电信号和静电信号进行估计和探测杂质的估计装置。
在本文中，“静电信号”应理解为由静止不动的滞留在待测物品上的电荷所发出的信号。可以使用电流触头将这些电荷聚集起来，或者也可以使用无接触式方法来对这些电荷进行探测，例如通过静电感应的方式。对于前一种情况，虽然电荷是流动的，但是由于这些电荷的加速度和速度相对较小，所以当作静电信号来看仍是正确的。为了与高频交变电场的实际产生(如EP-0924513 A1中所公开的)形成对比，这两种情况都可以选择用术语“负电荷转移”来形容。
附图说明
在下文中，本发明的一个优选实施例将通过附图进行详细说明。因此，示意性地显示于：
图1为根据本发明所述设备的一个实施例的电气连接图，以及
图2为根据本发明所述方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
在图1中显示了根据本发明的设备1的电气连接图。该设备1包括测量电容2。因此，在该实施例中，包括平面双极板电容，该电容具有第一必要平面电容极板21和第二必要平面电容极板22。所述电容极板21、22均为约0.8mm厚，且都由如黄铜组成，并且都涂覆有如镍，以达到更高的耐磨性。所述两块电容极板21、22彼此相隔约1-3mm，优选地相隔为约1.5-2.0mm厚的气隙，该气隙形成了实心、细长待测物品9的通路26。待测物品9可以是纱线等。优选地，该待测物品9沿纵轴x运动穿过所述通路26。
为大家熟悉的是，纱线9等纺织材料及其他材料都能以静电方式充电。这种充电过程可以如通过在机械零件(如球囊限制器、螺纹张紧装置或者导孔等)上摩擦的方式来实现。聚丙烯(一种不受欢迎的杂质，并且在纺织产业中要求对其进行探测)呈负性充电，即在聚丙烯表面的某一层内会产生额外的电子。因此，测量电容2用于探测对这种电荷。一旦这些额外电荷进入通路26，电场就使电容极板21、22上的电压发生变化。通过输出导线27，可将电压的变化作为纱线9发出的静电信号来记录，输出导线27与所述第二电容极板22相连。
上述通过无接触式信号进行记录的方法可以用通过接触电极(图未示)来记录静电信号的方法替换，这时接触电极与纱线电流接触在一起。该替换例具有更高灵敏性的优点。然而其缺点是：电极和纱线间不可避免的磨损，这会污染设备并损坏电极；以及电极和纱线间的持续接触，这会使得难于确保较高的纱线速度。由于上述原因，无接触式信号记录方式具有更多的优点。使用测量电容2来记录静电信号的进一步原因是：如下文中将要说明的，可以使用同一测量电容2来记录附加电容信号。
在本发明的一个优选实施例中，将对纱线9发出的附加信号进行记录。在图1所示具有典型性但非限制性的实施例中，所述附加信号是电容信号。纱线9会受测量电容2中高频交变电场的作用，然后确定该交变电场与纱线9相互作用后的特性。
在图1所示的实施例中，除了测量电容2以外，还包括参考电容3，该参考电容3具有两块平面电容极板22、23，用以减少如空气温度或者空气湿度等外部影响。因此，中间电容极板22对两个电容2、3来说是公共的。
EP-0924513 A1已公开了用于对待测纺织物品9中的实心杂质进行电容式探测和量化的方法和设备，因此这种方法和设备也可以为本发明引用。本文以参考的方式引用了EP-0924513 A1，尤其是其中的段落[0022-0034]。由于参考了EP-0924513 A1，因此此处对估计方法进行详细描述将显得多余。据此，将仅提到至少有两种测量模式是可能的。在第一测量模式下，使用两个具有不同的激励或者载波频率的交变电场进行测量。首先，分别对各载波频率进行探测，得到两个具有相同类型的输出信号(如被测电压)；然后，用适当方式将这两个输出信号相互整合，以用于估计。在第二种测量模式中，仅使用一个载波频率来进行测量，但是输出电压和输出电流都作为输出信号。电压和电流信号之间的相位偏移经适当估计后可以提供关于纱线9的期望信息。这两种测量模式的结合也是可行的，即先以不同载波频率进行测量，然后测量各频率所对应的电压和电流信号间的相位偏移。
为了进行电容式记录，本发明所述设备1包括交变电压发生器4，用于向测量电容2和参考电容3施加高频交变电压。在电气工程的一般术语环境中，“高频”应理解为100kHz和300GHz之间的频率。优选地，所施加交变电压的频率在1MHz和100MHz之间。因此，可以说存在一具有两个电容2、3的电容式电压分压器，该电压分压器可被该待测物品9解谐。优选地，一阻抗变频器5与电容2、3的输出导线27相连。该阻抗变频器5可设计成集电极电路或者具有一个运算放大器的跨阻放大器电路。探测电路6连接在该阻抗变频器5的后面，用于对电容2、3的输出信号进行模拟探测。在图1所示的实施例中，为了对测量电容2的输出信号进行解调，探测电路6将对该测量电容2的输出信号与施加到电容2、3上的交变电压信号执行乘法运算。解调后的电容测量信号通向估计电路7。
与高频电容信号相比，静电信号是准静态的。例如，可使用5到10kHz的带宽来探测静电信号。为了从高频信号中获取准静电信号，可使用峰值整流器8，该峰值整流器8与测量电容2的输出导线27相连，并且优选地连接在所述阻抗分频器5后面。该峰值整流器8的输出信号同样通向估计电路7。
估计电路7根据静电信号和电容信号来估计实际结果，尤其是纱线9中所含的杂质，然后向该设备的输出导线79发出输出信号。可以确定杂质所占的量化比，并且能够确定杂质的材料，也能确定纱线厚度等其他参数。估计电路7可以设计成模拟电路或者数字处理器。如可以是特定用途集成电路(ASIC)的一部分，在该ASIC上还可以集成有如阻抗分频器5、探测电路6和/或峰值整流器8等其他元件。估计电路7可以包括用于估计静电信号的第一模块71，和用于估计附加信号的第二模块72。
图2示意性地显示了本发明所述方法的一个优选实施例的流程图。根据该图，记录待测物品9发出的静电信号101，尤其是那些之前已存在于待测材料上的额外电荷发出的静电信号。然后，记录该待测物品9发出的附加信号102。所述附加信号可以是电容信号。对静电信号的记录101可由表示在图1中的设备1来实现，并且尤其由测量电容2、阻抗变频器5和峰值整流器8来实现。对附加信号的记录102，也可通过表示在图1中的设备1来实现，并且尤其由测量电容2、阻抗变频器5和探测电路6来实现。
在估计电路7(见图1)的第一模块71中，对静电信号进行连续估计103。对估计103结果进行关于特殊事件的连续检查104。什么能够看作是“特殊”事件取决于各自的应用，特殊事件可以是对名义值的偏离，即超过或者达不到限定值；或者是突然的信号变化，即信号变化的导数超过或者达不到预定值；或者是该估计结果的其他特征。
例如在估计电路7(见图1)的第二模块72中，特殊事件的确定104会触发附加信号的估计105。随后，对该估计105的结果也进行关于特殊事件的检查106，其中特殊事件可以根据与含有静电信号的特殊事件104相同或不同的标准来定义。如果没有确定106特殊事件，表示例如由于静电放电的原因，错误显示了静电信号，则继续进行信号记录101、102。另一方面，如果对附加信号的估计105指示了一个特殊事件，那么极有可能在纱线的被测部分存在含杂质的污染物。在这种情况下，估计单元7会向输出导线79发出107杂质信号。该杂质信号可以是简单信号，在两位的是/非判定环境中，该简单信号可触发纱线切割、激活计数步骤、触发报警或者引起机器关闭等。然而，还可以获取关于被测杂质或者杂质成分的类型和/或质量等信息。，杂质成分可由估计单元7基于两个信号的估计来确定。当然，可以在输出步骤107过程之中或者之后继续进行信号记录101、102，为了简化的目的，这在图2中没有显示出来。
当然，本发明并非仅限于前面描述的实施例。例如，并非一定要使用具有平面电容极板的测量电容2来测量附加信号，也可以考虑其他的电容形状。附加信号可以是电气、光学等类型。方法步骤的顺序并非一定要与图2中的顺序一致；例如，对附加信号的记录102可以仅仅在确定104了静电信号中的特殊事件后才进行。也可以先检查附加信号106，并随后再对静电信号的特殊事件进行检查104。信号记录101、102、信号估计103、105和/或检查104、106也可在各种情况下同步进行。
参考数字列表
1  设备
2  测量电容
21 第一测量电容
21 第二测量电容
26 通路
27 输出导线
3  参考电容
32 电容极板
4  交变电流发生器
5  阻抗变频器
6  探测电路
7  估计电路
71、72 估计电路的第一和第二模块
79 设备的输出导线
8  峰值整流器

Claims (13)

1.一种用于探测运动中实心、细长待测物品(9)的方法，其中，所述待测物品(9)受高频交变电场的作用，然后通过记录(102)高频电信号的方式确定所述交变电场和所述待测物品(9)相互作用后的特性；其特征在于：
所述交变电场的载波频率在1MHz和100MHz之间；
对所述待测物品(9)发出的第二准静电信号进行记录(101)，然后将所述第一和第二静电信号一起用于探测杂质。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述交变电场的载波频率为约10MHz.
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，根据之前已存在于所述待测物品(9)上的额外电荷对所述第二静电信号进行记录。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，对所述准静电信号进行连续估计(103)，然后将该估计结果用于(104)触发对所述高频信号的估计(105)。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，将两个电变量确定为所述交变电场和所述待测物品(9)相互作用后的特性；然后将这两个电变量相互整合求得一特征值，该特征值与所述待测物品(9)的质量无关。
6.根据权利要求5所述方法，其特征在于，所述两个确定所得的电变量是对两个不同载波频率解调得到的两个电压信号，或是对一个载波频率解调得到的一个电压信号以及对相同载波频率解调得到的一个电流信号。
7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，使用同一个传感器来记录所述第一电信号(102)和记录所述第二电信号(101)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于使用测量电容(2)来记录所述第一电信号(102)和记录所述第二电信号(101)。
9.一种用于探测运动中实心、细长待测物品(9)的设备(1)，包括：
电容式传感器(2、3)包括测量电容(2)，该测量电容(2)具有待测物品(9)的通路(26)；
为了向所述通路(26)施加高频交变电场，所述设备(1)还包括用于向所述测量电容(2)施加高频交变电压的装置(4)；
探测电路6用于对电容式传感器(2、3)的输出信号进行模拟探测；
其特征在于，
所述交变电场的载波频率在1MHz和100MHz之间；
用于对由所述待测物品(9)发出的准静电信号进行记录的传感器(2)，和用于对所述高频电信号和静电信号进行估计和探测杂质的估计装置(7)。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述交变电场的载波频率为约10MHz。
11.根据权利要求9所述设备，其特征在于，所述传感器(2)用于根据之前已存在于所述待测物品(9)上的额外电荷来记录准静电信号。
12.根据权利要求9-11所述设备(1)，所述用于记录静电信号的传感器(2、3)和电容式传感器(2、3)由同一个传感器(2)实现。
13.根据权利要求9所述设备，其特征在于，电容式传感器(2、3)包括测量电容(2)和参考电容(3)，一阻抗变频器(5)与电容式传感器(2、3)的输出导线(27)相连，探测电路(6)连接在该阻抗变频器(5)的后面，为了对测量电容(2)的输出信号进行解调，探测电路(6)对该测量电容(2)的输出信号与施加到电容式传感器(2、3)上的交变电压信号执行乘法运算。
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