CN101405598B - 一种测量运动中实心、细长被测物体的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种测量纱线的方法，包括一个交变电场，纱线受交变电场影响。该交变电场包括至少一个在第一频率(f1)例如10兆赫工作的第一电场部分，和一个在第二频率(f2)例如200千赫工作的第二电场部分，前述两个频率不相等；有至少三个受交变电场影响的电变量(101-103)，在每一个频率(f1、f2)下分别记录，变量(101-103)中的一个变量(101)对应第一频率(f1)，另外一个变量(103)对应第二频率(f2)，上述至少三个变量(101-104)相互结合产生杂质信号(120)，该信号独立于纱线的湿度。特别是纱线中的杂质可以从湿度波动环境中区分出来，其提供了一种改进的清纱技术。

Description

一种测量运动中实心、细长被测物体的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种测量实心、细长物体，特别是如条纱，粗纱，纱线或织物这样的纺织品的电子测量方法。根据前述的的独立要求所述，它涉及到一种移动、实心、细长物体的测量方法和装置。本发明特别适合用于识别每单位长度的被测产品中的固体异物，如聚丙烯，和/或测定被测产品的湿度 

背景技术

在纺织行业，存在着对纱线这样的细长物体进行可信的检验的需要。特别是，需要测量每长度单位上纱线质量和例如聚丙烯这样的杂质。目前通常适用光学传感器来解决这一问题。不过这些方法的缺点在于，他们不能识别对相对光学透明的杂质，即和被测产品具有相同的光谱反射率或是隐藏在被测产品内部的从外面不可见的杂质。上述的光学测量的不足之处，可以应用电子装置，特别是电容式传感器来解决。 

为了得到更多的纱线和其间可能存在的杂质的特征，现有的技术已经建议使用不同的传感器扫描纱线，并结合不同的传感器信号进行评价。例如WO-01/92875A1号专利所述，沿纱线的路径连续设置两个传感器。其中一个传感器可以是光学传感器，另一个可以是光学或电容传感器。这种串行安排两个传感器的缺点在于，，这些源于某一个纱线的位置的传感器信号并不是同时产生，而是有先后顺序。这两个信号在结合前必须同步，即 必须消除他们工作时间上的差别。为此，必须知道纱线速度，但该速度往往是变化并且不精确的。例如EP-0401600A2和EP-0884409A1号专利文件所述，揭示了同时扫描单个纱线位置的光学和电容式传感器。整合两种不同的传感器，这样的设计困难在于：电容式传感器的测量电极必须是透明的，以使光学传感器的光能够穿过。 

例如EP-0924513A1所示的一种用来测量实心杂质比例的电容式方法和装置。纱线通过一个平板电容器，并通过一变化的电场。通过测量平板电容器的功率因数的相对介电常数可以测得纱线的介电特性。EP-0924513A1评价介电特性的方法如图1所示。两个电气变量201，202从介电特性中取出，并合并为一个依赖于纱线质量的特征值211。特征值211与事先确定的代表杂质的参考值231相比较，用以确定杂质的比例220。有两种可能的方法确定这两个电气变量201，202。第一个可能的方法是在在两个不同的频率下测量电容器的电容。第二个可能的方法是在一个频率下测量电容器的功率因数，即电压和电流之间的相移。虽然根据EP-0924513A1的测量原理能够确定纱线中已知的固体杂质比例220，但无法区分的实心杂质和湿度波动的纱线。它假设纱线纤维的湿度是之前测量的，并在测量过程中保持恒定。这个假设并不总是在实践中可行。环境的不均匀性，纤维湿度的改变或波动，即使在装有空气调节装置的房间都会影响测量，何况在那些没有空气调节装置的地方时。这些湿度波动的纱线被误认为杂质会导致错误的识别和被清纱器不必要的清除。 

发明内容

本发明优先适用于纺纱或绕线工序(在线)中的清纱阶段。本发明要 解决的主要的问题是，用一种可靠的方式保证光学清纱器能够分辨并清除杂质，而同时不清除湿度波动的纱线。能够有效的测量杂质比例则作为要解决的次要问题。因此，本发明是如EP-0924513A1那样在先技术的进一步改进的方法和装置，用本发明测量产品可以在很大程度上不受测量环境湿度波动的影响。本发明特别适用于识别如聚丙烯这样的实心杂质，可以有效的将杂质与环境的湿度波动影响区分。 

本发明的进一步应用在于实验室(离线)检测细长纺织品。在这里，需要特别精确的测量纱线的质量和湿度，同时需要对两者去耦。在实践中，纺织品实验室检测并不总是在装有空调的房间进行，空气湿度和纱线的湿度并不总是对应于预期的标准条件。在这种情况下，为了能够将结果与其他测量值或国际标准比较，需要测量纱线湿度。 

独立的权利要求中所述的方法和装置在于涵盖所有可能的保护范围。而最佳实施例的内容体现在从属权利要求中。 

发明是基于：电容式传感器的输出信号主要受纱线质量，纱线湿度和杂质三个未知的变量影响。需要三个方程或测量来确定前述未知变量。像EP-0924513A1所述的仅有两个电测量变量的组合，是不够的。因此本发明，至少需要增加一个反映纱线介电特性的第三变量。基本上，纱线质量，纱线湿度和杂质这三未知量可以由三个测量的变量确定。如果这三个未知变量中有一个是我们所不关心的，其他的未知变量仍可评估，其余两个未知变量中的一个可以以一种绝对的方式而不只是一个相对的方式进行评估，其余未知变量可以通过消除计算以超过确定系统的方式实现较高的准确性评估。

本发明所述的方法为了测量运动的实心、细长物体，将待测产品置于交变电场中，并影响该交变电场。所述交变电场是由至少一个第一频率下的第一交变电场部分与第二频率下的第二交变电场部分组成，前述两个频率不同。用前述交变电场测量被测产品的方法是，有至少三个受交变电场影响的电变量，在每一个频率下分别记录。从而，其中的一个变量对应第一频率，其他的变数对应第二频率。上述至少三个变量相互结合。首选的频率值约为第一频率10兆赫，第二频率200千赫。 

本发明所述的装置为了测量运动的实心、细长物体，包含了测量电容器和为被测产品设计的开放通道。有电压发生器产生交流电压，并施加在测量电容器上，在被测产品通过的通道内形成交变电场。该电压发生器适合在开放通道内形成交变电场，所述交变电场是由至少一个第一频率下的第一交变电场部分与第二频率下的第二交变电场部分组成，前述两个频率不同。本装置包含有一电气连接到测量电容的评价电路，用于将前述受交变电场影响的变量相互结合。有至少三个受交变电场影响的电变量，在每一个频率下分别记录。从而，其中的一个变量对应第一频率，其他的变数对应第二频率。评价电路用于将上述至少三个变量相互结合。 

本发明优先用于检测如聚丙烯之类的实心杂质，用于测量被测产品每单位长度上的质量和/或湿度。 

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。 

下述的附图用于更好的解释本发明与背景技术的区别以及本发明的技术细节。这种解释基于清纱领域的实施例。如上所述，本发明不应仅限 于以上实施方式，下面的解释也不应当作为对发明保护范围的限制。 

图1显示EP-0924513A1所述信号的评价方法； 

图2是用类似于图1的方式，说明了本发明所述方法的4种信号的评价方式； 

图3所示的是在一定纱线长度上如本发明所示的各种测量信息的示意图：图(a)为识别杂质，图(b)为潮湿位置； 

图4是本发明所述装置的两个实施例的电路图。 

具体实施方式

本发明所述的方法，有一个变化的电场，其中包括至少两个不同的频率。被测产品影响变化电场。图2显示的是本发明所述的信号评价方法，包含4种变化。4种变化的共同点在于，随电场变化的至少三个电变量101-104分别是f1-f4中各个频率的影响下记录。这些电变量101-104，例如是被测量电容器2测得的电流或电压(见图4)。记录电变量101-104的频率f1-f4，是发生在变化电场的频率。一种情况下，他们是最好选定在介乎1兆赫到100兆赫之间，最好是介于5兆赫到50兆赫，例如大致在10兆赫；另一种情况下，介乎10千赫到1000千赫之间，最好在50千赫到500千赫，举例来说大致在200千赫。 

如图2(a)所示，本实施例中三个变量101-103是在频率f1-f3下记录的值。三个频率f1、f2、f3中至少有两个频率不相等，即不会出现以下情况：(f1＝f2＝f3)，但三个频率中也许两个相等，如f1＝f2≠f3。推荐的频率值是f1＝f2＝10兆赫，f3＝200千赫。三个变量101-103相互结合。所述结合例如包括建立三个变量101-103的一个合适的线性组合。用这种 组合可以发现杂质信号120，该信号基本上是独立于被测产品的质量和湿度。 

如图2(b)所示，第一变量101和第二变量102是在同一个频率f1下记录的，例如f1＝10兆赫，而第三变量103是在不同的频率f2下记录的，f1≠f2，例如f2＝200千赫。首先，一个中间特征值是111由第一变量101和第二变量102产生，这个值基本上是独立于被测产品质量。中间特征值111可以是一个相移，功率因数或损失角，具体的方法由EP-0924513A1详细描述。EP-0924513A1特别是其[0022]-[0034]段作为本文件的参考文件。在EP-0924513A1已经详细描述产生中间特征值111的方法。在本发明中，中间特征值111是结合第三变量103的。用这种组合可以发现杂质信号120，该信号基本上是独立于被测产品的质量和湿度。 

如图2(c)所示，该实施例进一步体现了本发明所述方法。第一变量101和第二变量102是在同一个频率f1下记录的，而第三变量103是在不同的频率f2下记录的，f1≠f2。中间特征值112由第二变量102和第三变量103产生，这个值基本上是独立于被测产品质量。中间特征值112例如可以是一种介电常数，相对介电常数或电容。中间特征值是112会受第一变量101的影响，就证明杂质信号102存在，该信号基本上是独立于被测产品的质量和湿度。 

如图2(d)所示的实施例，第一变量101和第二变量102是在同一个频率f1下记录的，例如f1＝10兆赫，而第三变量103和第四变量104是在相同的频率f2下记录的，并且f1≠f2，例如f2＝200千赫。第一变量101和第二个变量102合并产生为第一中间特征值111，第三变量103 和第四个变量104合并成为第二中间特征值113。随后，第一中间特征值111和第二中间特征值113合并产生杂质信号120，该信号基本上是独立于被测产品的质量和湿度。 

比较图2和图1可以发现，本发明所述的技术方案与在先技术EP-0924513A1相比，尤其是有以下特点： 

变量101-104中至少有三个变量被记录下来； 

变量101-104是在至少两个不同的频率f1-f3下记录的； 

本发明并不与任何特定的杂质参考特性相比较； 

输出信号120信号基本上是独立于被测产品的质量和湿度。 

图3所示的是示例测量信号S在纱线x轴方向变化的示意图。信号S由图2(b)所示的实施例测得。第一曲线S1显示的是中间特征值111，第二曲线S2显示的是第三测量变量103，第三曲线S3显示的是杂质信号120，该信号是由中间特征值S1和第三测量变量线性组合而成，例如：S3＝S1-3×S2。 

图3(a)显示的是一个含有如聚丙烯带这样的实心杂质颗粒在一段纱线区间x’上的例子。在这段区间上中间特征值S1是增加的，而第三测量变量S2略为下降呈现负值。杂质信号S3相应在很大程度上增加，显示存在一个明显杂质颗粒。通常，在清纱器上设定一个预定的上限C。一旦杂质信号S3超过这一上限C就触发清纱动作，这将适用于中间特征曲线S1，以及更突出的，适用于杂质信号S3。 

图3(b)显示的是一段较大湿度纱线在一段区间x”上的例子。在这一区间，中间特征值S1增加，与图3(b)所示存在杂质的情形相似，并 且超过清纱上限C。但是第三测量变量S2也对湿度敏感，也同样增加，使得杂质信号S3仍然是围绕零并不超过上限C。 

如图3(a)，显示的是正确的触发清纱的情况，如EP-0924513A1所述的那样，只有中间特征值S1被用来作为清纱信号。当存在杂质颗粒时，线性组合S3实际上增加的更大，从而同样正确的是，所以也可以触发清纱。只有从图3(b)可以看出本发明的实际优点所在。如果使用中间特征值S1会启动一个错误清纱。只有本发明所述的结合中间特征值S1与第三测量变量S2而产生的杂质信号S3将能够区分实心杂质颗粒和环境湿度波动的影响。本发明的优点在于，可以避免由如图3(b)所示的信号S1引起的错误触发。 

图4(a)所示的是装置1的第一个实施例的电气线路图。该实施例适用于图2(b)所示的评价方法。测量电容器2包括两个平行的电容器板21、22和平行贯通的通道20，实心、细长被测产品9例如纱线可以沿着其长轴通过该通道20。在该装置中可选择一个参考电容器3来屏蔽或减少不利的周边影响，例如空气湿度或空气温度。参考电容器3最好是与测量电容器2采用相同的结构并平行连接，不同的是被测产品9没有贯穿它。该装置1包含有第一交流电压发生器21以产生工作于第一频率的第一交流电压，例如选定在介乎1兆赫到100兆赫之间，最好是介于5兆赫到50兆赫，例如大致在10兆赫。该装置1还包含有第二交流电压发生器42以产生工作于第二频率的第二交流电压，例如介乎10千赫到1000千赫之间，最好在50千赫到500千赫，举例来说大致在200千赫。第一和第二交流电压最好是正弦的，他们相互叠加在一模拟电压加法器42上差分输 出。第一和第二交流电压发生器41，42，以及电压加法器43可以至少在概念上被组合成电压发生器4，用以生产一包含两个交流电压部分的输出交流电压。由此产生的输出交流电压适用于测量电容器2和参考电容器3。 

当然，众所周知其他类型的电压发生器，也可应用于本发明所述装置。因此，可以不通过两个交流电压发电器41，42来产生两个正弦交流电压。例如，可以通过众所周知的周期变化的矩形脉冲来实现，其傅立叶展开包含一定基频的奇数倍的频率正弦部分。任何这些部分可用于测量，包括基频。 

探测电路5检测电容器2，3输出的模拟信号，导线51的一端连接到电容器2，3的输出端。如图4a所示，探测电路5首先包含一个放大器52来放大前述输出信号。输出信号放大器52连接到双工器33来将输出信号划分成第一和第二部分，并根据这两个应用的频率，将这两个信号部分分别分配到第一信号路径6和第二信号路径7。其间要通过一个高通滤波器54和低通滤波器55。第一高频率的信号路径6上的第一信号部分再次被分到两部分路径61、62并在两个不同的阶段解调。前述解调基本上同步进行，通过乘法器63、64将前述信号部分与施加在电容器2、3上的第一交流电压信号相乘。为了获得正交信号，移相器66最好是设计成一个90°交流移相器。实际上确实也有可能要选择不同的相移方法。低频信号路径7上的第二信号部分也采用相同的方式解调，借助乘法器73。在例子中的所有这三个信号都要通过低通滤波器56-58平滑，然后连接评价装置8。 

评价装置8包含一个模拟电路或数字电路处理器。如图4(a)所示的 实施例中，它包括一个中间评价模块81，其将第一高频率的信号路径6的两个信号部分结合成一中间特征值。评价装置8的中间特征值，在事后结合第二信号部分成为杂质信号，其用于识别被测产品9中的杂质。图3中所述的线性结合S3就是这样一种杂质信号。在适合的评价的方法下甚至可能得到杂质的比例，甚至杂质的材料。在先技术EP-0924513A1已经提供了检验杂质份数的方法和装置，本发明也可使用相同的技术。杂质信号可通过输出导线89输出到装置上。另外，杂质信号在评价装置中可作进一步处理，例如，与一个预定上限C相比(参见图3)。这个时候，存在着给清纱器切割装置一种可能的输出信号，其内容为“清纱”或“不清纱”。 

图4(b)所示的是装置1的第二个实施例的电气线路图。其与图4(a)所示的实施例的区别在于：第二低率的信号路径7的第二号部分再次被分到两部分路径71、72并在两个不同的阶段解调。这一特征对应于图2(d)所述的方法。第二信号的路径与第一信号路径6相似，包括两个乘法器73、74和一个移相器76。评价装置8包括一个第一中间评价模块81，其将第一高频率的信号路径6的两个信号部分结合成第一中间特征值，一个第二中间评价模块82，其将第二低频率的信号路径7的两个信号部分结合成第二中间特征值，第一中间特征值结合第二中间特征值形成评价装置8的一个输出信号。图4(b)所示的其他电路内容与图4(a)所示的第一实施例中的内容相同并使用相同的附图编号。 

当然，本发明的保护范围不仅限于上面所讨论的内容。因此，例如：两个以上的不同频率的4个以上变量也是基于本发明的原理可衡量，并可 相互结合的。这里再次强调，讨论的例子以上，本发明不限制于清纱工作。还有进一步可能的应用，例如在该领域的实验室测试纱线。在这种情况下，主要是考虑纱线的质量和纱线湿度，基于本发明同样可以建立相互独立的评估。根据本发明的描述，本领域的普通技术人员可能获得的进一步的变形，也应属于本发明保护范围。 

附图编号目录 

1装置 

2测量电容器 

20通道 

21、22电容器板 

3参考电容器 

41、42第一、第二交流电压发生器 

43电压加法器 

5探测电路 

51导线 

52放大器 

53双工器 

54高通滤波器 

55低通滤波器 

56-59低通滤波器 

6第一信号路径 

61、62第一，第二部分路径

63、64乘法器 

66移相器 

7第二信号路径 

71、72第一、第二部分路径 

73、74乘法器 

76移相器 

8评价装置 

81、82第一、第二中间评价模块 

89输出导线 

9被测产品 

101-104测量变量 

111-113中间特征值 

120杂质信号 

201、202测量得到的变量 

211特征值 

220杂质比例 

231参考值 

C上限 

S信号 

S1中间特征值信号 

S2第三测量变量信号 

S3杂质信号

x纱线的位置 

x’纱线上杂质的位置 

x”湿度信号的位置

Claims (15)

1.一种测量运动中实心、细长被测纺织产品(9)的方法，其中包括一交变电场，

所述交变电场是由至少一个第一频率(f1)下的第一交变电场部分与第二频率(f2)下的第二交变电场部分组成，前述两个频率不同，

被测产品(9)影响到该交变电场，

受交变电场影响的变量(101)在第一频率(f1)记录，

另一个受交变电场影响的变量(102)在第二频率(f2)记录，

被记录下来的变量(101、102)相互结合；

其特征在于：

有至少三个受交变电场影响的电变量(101-104)在每一个频率(f1-f3)下分别记录，变量(101-104)中的一个变量(101)在第一频率(f1)记录，另外一个变量(102)在第二频率(f2)下记录，上述至少三个变量(101-104)相互结合。

2.如权利要求1所述的测量运动中实心、细长被测纺织产品的方法，其特征在于，所述结合包括用线性方程结合。

3.如权利要求1或2所述的测量运动中实心、细长被测纺织产品的方法，其特征在于，其中在第一频率(f1)记录的两个变量(101，102)互相结合形成中间特征值(111)，随后在第二个频率(f2)记录的第三变量(103)和中间特征值(111)相结合。

4.如权利要求3所述的测量运动中实心、细长被测纺织产品的方法，其特征在于，中间特征值(111)是一个相移、功率因数或损失的角度。

5.如权利要求1或2所述的测量运动中实心、细长被测纺织产品的方法，其特征在于，分别在第一频率和第二频率记录的两个变量(102，103)相互结合成为一个中间特征值(112)，其后第三变量(101)与中间特征值(112)相结合。

6.如权利要求5所述的测量运动中实心、细长被测纺织产品的方法，其特征在于，中间特征值(112)是一个介电常数、相对介电常数或电容。

7.如权利要求1所述的测量运动中实心、细长被测纺织产品的方法，其特征在于，第一频率(f1)介乎1兆赫到100兆赫之间；第二频率(f2)介乎10千赫到1000千赫之间。

8.如权利要求7所述的测量运动中实心、细长被测纺织产品的方法，其特征在于，第一频率(f1)介于5兆赫到50兆赫，第二频率(f2)在50千赫到500千赫。

9.如权利要求8所述的测量运动中实心、细长被测纺织产品的方法，其特征在于，第一频率(f1)在10兆赫，第二频率(f2)在200千赫。

10.如权利要求1所述的测量运动中实心、细长被测纺织产品的方法，其中杂质信号、质量信号和/或湿度信号是由至少三个变量(101-104)结合而成。

11.一种测量运动中实心、细长被测纺织产品的装置，包括测量电容器(2)，测量电容器(2)内有供被测产品(9)通过的通道(20)，用来为测量电容(2)提供交流电压的交流电压发生器(4)，通道(20)内产生一个交变电场；

交流电压发生器(4)在通道(20)内产生一个交变电场，该交变电场包括至少一个在第一频率(f1)工作的第一电场部分和一个在第二频率(f2)工作的第二电场部分，前述两个频率不相等；

评价电路(8)电连接到测量电容器(2)，用来结合受交变电场影响的电气变量(101-104)，其特征在于：

评价电路(8)用于将至少三个电气变量(101-104)相互结合，前述变量受交变电场影响并在每个频率(f1-f3)下被记录，其中变量(101-104)中的一个变量(101)在第一频率(f1)下被记录，变量(101-104)中的另一个变量(102)在第二频率(f2)下被记录。

12.如权利要求11所述的测量运动中实心、细长被测纺织产品的装置，其特征在于，其中探测电路(5)连接在测量电容器(2)和评价电路(8)之间，用于测试测量电容器(2)的输出信号。

13.如权利要求12所述的测量运动中实心、细长被测纺织产品的装置，其特征在于，探测电路(5)包含一双工器(53)将前述输出信号分配到到两个信号路径(6，7)，其中第一信号路径(6)用于传输第一频率(f1)的输出信号，第二信号路径(7)用于传输第二频率(f2)的输出信号。

14.如权利要求11-13中任何一项所述的测量运动中实心、细长被测纺织产品的装置，其特征在于，其中测量电容器(2)包含一个参考电容器(3)，其与测量电容器(2)平行。

15.如权利要求11-13所述的测量运动中实心、细长被测纺织产品的装置的用途，其特征在于，用于识别杂质、评估单位长度上的质量和/或湿度。

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