CN101460842A - 测量包芯纱中核心的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种测量包芯纱(9)中核心的方法，测量电容器(2)产生一个交变电场。包芯纱(9)被置入该交变电场。通过记录几个受交变电场影响的电气参数并将其相互结合，来评估含有包芯纱(9)的交变电场的特征，通过该交变电场的特征得到核心是否存在。本发明克服了现有偏见，可以通过电容方法检测到包芯纱的破损。
Description
技术领域
本发明涉及用电学方法测量纱线的领域。如独立权利要求的序言所述，其涉及测量包心纱中核心的方法和装置。
背景技术
包芯纱有一个长丝核心，其外围绕着鞘纤维。该核心可能是一种合成材料，如氨纶。鞘纤维通常包括棉花或聚酯。因此，包芯纱将核心材料的高强度或高弹性与纱线可信的的触感特征相结合。其中核心占包芯纱总质量份额一般是3％至6％。DE2952523A1，US3605395A或US-2002/139102A1这些文件已经公开了这样的包芯纱及其制作方法。
包芯纱制造过程中，往往会发生断芯现象。这种破损现象，会大大减少纱线的强度和/或弹性。这种破损一方面可能会导致在后续纺织或针织的工序中纱线的破损，并可能导致中断生产。如果没有发生前述现象，另一方面这一破损会进入成品纺织产品中。在使用过程中，这些破损成为可见，可感知和令人不安的隐患，将会大大降低产品的质量并会引起对纺织品的投诉。
因此，就需要在制造过程中识别出核心破损的包芯纱，并在进一步的处理中，如直接在纺丝工序或在管纱工序中，进行必要的措施如定性或消除破损。在制造过程以外场合，例如纺织实验室也需要识别这些破损。不过识别这些破损极其困难。已知的光学纱线传感器完全不适合，因为核心断裂处没有显着的直径变化，是不可从外面发现的，因此不可以用光学手段。
电容式传感器与光学纱线传感器相比，其优点在于其可以通过测量质量和/或相关参数“看到”纱线内的情况。在专家中，也存在认为电容纱线传感器不适合检测包芯纱核心破损的偏见。具体来说，一个核心破损只有一小质量的变化，因为要考虑到发生在每一个纱线不可避免的厚度变化，这将难以从传感器噪声和该处质量的波动中将其区别出来。虽然DE-2952523A1提出了用电容式传感器来确定多组分纱或其组成部分之一的破损，但是它没有具体阐述如何完成。
另一方面，电容式纱线传感器可以用于确定纱线中异物的比例。因此，如EP-0924513A1所述的方法和装置，可以用电容式传感器测量如纱线这样的纺织产品中固体物质的比例。其中，纱线通过电容器极板，并且影响到一个交变电场。通过测量电容器极板的相对介电常数或功率因数就可以衡量纱线的介质特征。为了评价前述特征，首先将两个电气变量从介电特性中取出，并合并为一个独立于纱线质量的特征值。特征值与事先确定的代表杂质的参考值相比较，用以确定杂质的比例。
发明内容
本发明提供了一种测量包心纱中核心的方法和装置。特别是提供一种可靠的方式识别核心的破损。
本发明所述的方法和装置如独立权利要求所定义的那样。最佳实施例的方案体现在从属权利要求中。
该发明克服了电容式传感器不能检出包芯纱核心破损这一广泛的偏见。通过研究和实验，申请人发现这是很有可能实现的。如何实现这样的检测如下所述。因此，应特别重视的信号评价。如果通过合适的方式，核心破损与棉纱厚度波动可以区分检测。用于检测在纺织品中异物的合适的测量方法和测量设备可以特别简单有效的实现这一目的。这种可能性是令人吃惊和意外的。关于发现异物，实际上就是认识到不属于纱线的组成部分，而核心不过是包芯纱的一个不可缺少的和基本的组成部分，这在一定程度上可被视为异物的相对概念。
本发明所述的一种测量包芯纱中核心的方法，产生一个交变电场，包芯纱被置于交变电场中。通过记录至少一个受交变电场影响的电气参数，来评估含有包芯纱的交变电场的特征，通过该交变电场的特征得到核心是否存在。优选的，至少有两个受交变电场影响电气变量被记录，并相互结合。并且相移、功率因数、损失角、相对介电常数、介电常数或电容值可以从上述结合中得到。通过上述的方法的读数可以消除不关心的纱线质量。
本发明所述测量包芯纱中核心的装置，包括测量电容器，测试电容器内有供被测产品通过的通道，用来为测试电容提供交流电压的交流电压发生器，通道内产生一个交变电场。评价电路电气连接到测量电容器，用来评价受交变电场影响的至少一个电气变量，评价电路用于输出表明核心是否存在的信号。
本发明可用于生产(在线)或纺织实验室(离线)。
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。
图1显示一个包芯纱的部分剖视图。
图2和图3显示本发明两个实施例的电路连接。
图4中，绘制了测量信号在纱线位置上的示意图，显示了本发明方法得到的信号，其中的信号(a)为一个简单的电容式传感器得到的，信号(b)是根据图2所示电容式传感器得到的。
具体实施方式
图1显示的是一个包芯纱9可能的结构。包芯纱9中有一个核心91，这个核心通常是一种弹性的合成丝。例如棉纤维那样的鞘纤维组成的外壳92包围核心91。如图1所示，外壳92部分开放，是为了方便展示核心91。其中显示了核心91上的破损90。破损90从外面是看不到的，但严重影响包芯纱9的强度和弹性。因此，需要能够发现它。
图2显示的是本发明第一个实施例的电路示意图。用来检测包芯纱9的核心91。包芯纱9可以沿着长轴方向通过测量电容器2的通道20。如背景技术所述，测量电容器2包括两个平行的相距一定距离的电容器板21、22。第一电容器板21接地，而第二电容器板22通过电阻102连接到交流电压发生器4。交流电压发生器4为测量电容器2提供交流电压，使之在通道20中产生交变电场。电流电频率在10千赫至100兆赫，最好是在约10兆赫。测量电容器2上的导线101通过放大器103连接到评价电路8的第一输入端81。第一输入端81收到的是测量电容器2上的电压信号。同样，测量电容器2上的导线101连接到运算放大器104的反相输入端-。交流电发生器4连接运算放大器的正相输入端+。运算放大器104的输出端连接到评价电路8的第二输入端82。第二输入端82得到的是检测电容器2的电流信号。如公知的那样，评价电路8的第一输入端81和第二输入端82分别连接到评价电路8中的测量单元83、84用来测量电气变量。评价电路8中含有带处理器的模拟电路或数字电路。其用来结合输入端81、82传来的信号。这种结合可以是，例如通过测量电容器2测得的电压和电流参数计算出一个独立于纱线质量功率因数。输出导线89用于输出该结合的信号。
EP-0924513A1揭示了处理图2所示测量电容器所提供信号的细节。EP-0924513A1特别是第[022]-[0034]段详细说明了本发明评价的参考方法。在此不再赘述。这里需要说明的是，至少有两种可能的测量模式。在第一种测量模式，具有两种不同的激发或载频的交流电场。产生两个相似类型的输出信号，例如测量电压，首先分别在各自的载频被测量，然后通过合适的的方式相互结合，进行评估。在第二种测量模式，以单一的载波.频率，但输出电压和输出电流被用来作为输出信号。电压和电流信号之间有相移，然后经过合适的评价，提供包芯纱9的相关资料。以上两种组合测量模式，即测量几个载波频率，和测量电压和电流之间的相移都是可行的。
前述两个电气测量变量相结合的优点在于，因纱线的质量可能阻碍核心91的检测，而通过这种方法可以消除。这在理论上的理由如下：测量电容器2测得的电气参数取决于在测量电容器内的质量和介质的类型(相对介电常数)。如果只有一个变量是衡量，那么可能无法确定观察到的信号变化是否是由质量变化所造成的，或者是相对介电常数造成的或两者兼有。当有两个测量的变量时可以做出判断。因为不需要考量纱线质量，基本上该方程组从两个测量中得到两个方程和两个未知数，可以在未知量“相对介电常数”存在的情况下得到方程的解。如图1所示，包芯纱中变化的核心部分的相对介电常数确实改变了。
图3显示的是本发明第二个实施例的电路示意图。该第二实施例采用了两个频率。一个测量电容器2包含两个平行的电容板21，22并且在其间有通道20，包芯纱9沿其纵轴在通道中移动。参考电容器3用来消除或减少不良环境影响，如设备的空气湿度和空气温度。参考电容3最好采用与测量电容器2相同的结构，不同之处在于被测产品9没有穿过它。测量电容器2和参考电容器3彼此串联，共同组成一个电容分压器。
该装置1还包含第一交流电发生器41用于产生在第一频率的第一交流电压部分，例如范围介于1MHz至100兆赫，最好是5兆赫至50兆赫，并举例来说大致等于10兆赫。该装置1还包含第二交流电发生器42用于产生在第二频率的第二交流电压部分，例如范围介于10千赫至1000千赫，最好是50千赫至500千赫，并举例来说大致等于200千赫。第一和第二次交流电压部分最好为正弦。他们通过模拟电压加法器43叠加在一起差分输出。第一和第二交流电压发生器41，42和电压加法器43可以组合在一起，至少在概念上，成为一个电压发生器4，以产生包括两个交流电压部分的输出电压。该输出的交流电压施加在测量电容器2和参考电容器3上。当然，也有其他类型的众所周知的电压发生器4可用于本发明。两个电压发电机41，42不是必须产生两个正弦交流电压部分。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。包括基频任何这些部分可用于测量。
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3所示，探测电路5首先包含一个用来放大前述输出信号的放大器52。输出信号放大器52连接到双工器53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。在移相器66中进行移相，该移相器最好是RC移相器。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上的第二信号部分借助乘法器73也采用相同的方式解调。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，然后连接评价单元8。
评价单元8包含带处理器的模拟电路或数字电路。如图3所示的实施例中，它包括一个中间评价模块85，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。评价单元8的中间特征值，结合第二信号部分成为输出信号，其用于识别被测产品9中的核心91是否存在。这种输出信号的一个例子就是前述中间特征值和第二信号部分的线性组合。例如可以通过与预设值相比较的方法来判断核心91是否存在。输出信号可通过输出导线89输出到装置上。还有其他的进一步操作，例如通过清纱器的切割装置将破损的部分切除。
图4所示的是使用本发明方法所测量得到的结果，其显示的是测量信号S在包芯纱9纵方向X上的情况。包芯纱9中核心91在长度约12毫米的区域90消失。
图4(a)表明，测量一个简单的电容式传感器。在无核心区域90，可以观察到测量曲线的上升，由其中可能得出核心91破损的结论。
图4(b)显示了图2中测量装置1测试得到的结果。像图2解释的那样，本测量的好处是，该结果与包芯纱9质量的波动无关。事实上，比较图4(a)和图4(b)可知，后者显示的核心91无破损的部分比较一致，并保持一定的值，这是因为后者不受核心91质量随机波动的影响。图4(b)所示测量曲线显示在无核心区域90有明显波动。无核心区域90在基准水平之上有明显的读数上升；峰顶和谷底的轮廓区别十分明显。
主要组件符号说明：
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 探测器电路
51 导线
52 放大器
53 双工器
54 高通滤波器
55 低通滤波器
56-58 低通滤波器
6 第一信号路径
61，62 第一，第二部分道路
63，64 放大器
66 移相器
7 第二信号路径
73 乘法器
8 评价单元
81，82 第一，第二输入端
83，84 测量单元
85.中间评价模块
89 输出导线
9 包芯纱
90 无核心区域
91 核心
92 鞘
101 测量电容器的输出导线
102 电阻
103 放大器
104 运算放大器
S 信号
x 包芯纱纵方向的位置。
Claims (13)
1、一种测量包芯纱(9)中核心(91)的方法，其特征在于，
产生一个交变电场，
通过记录至少一个受交变电场影响的电气参数，评估含有包芯纱(9)的交变电场的特征，
通过该交变电场的特征得到核心(9)是否存在。
2、如权利要求1所述的测量包芯纱中核心的方法，其特征在于，至少有两个受交变电场影响电气变量被记录，并相互结合。
3、如权利要求2所述的测量包芯纱中核心的方法，其特征在于，相移、功率因数、损失角、相对介电常数、介电常数或电容值可以从上述结合中得到。
4、如权利要求2或3所述的测量包芯纱中核心的方法，其特征在于，其中交变电场由叠加在一起的至少一个第一频率下的交变电场部分和与第一频率不同的第二频率下的第二交变电场部分组成，至少两个电气参数中的第一个参数在第一频率下测得，至少两个电气参数中的第二个参数在第二频率下测得。
5、如权利要求4所述的测量包芯纱中核心的方法，其特征在于，受交变电场影响的至少三个电气参数分别在不同的频率被记录，三个变量中的一个在第一频率记录，三个变量中的其他变量在在第二频率记录，并且至少三个变量互相结合。
6、如权利要求5所述的测量包芯纱中核心的方法，其特征在于，所述结合包含形成一个线性组合。
7、如权利要求4-6所述的测量包芯纱中核心的方法，其特征在于，第一频率介于1兆赫至100兆赫，最好是5兆赫至50兆赫，大致等于10兆赫，第二频率介于10千赫至1000千赫，最好是50千赫至500千赫，大致等于200千赫。
8、一种测量包芯纱(9)中核心(91)的装置，包括测量电容器(2)，测试电容器(2)内有供被测产品(9)通过的通道(20)，用来为测试电容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；
评价电路(8)电气连接到测量电容器(2)，用来评价受交变电场影响的至少一个电气变量，
其特征在于：
评价电路(8)，用于输出表明核心(91)是否存在的信号。
9、如权利要求8所述的测量包芯纱中核心的装置(1)，其特征在于，评价电路(8)用来将受交变电场影响的至少有两个电变量相互结合起来。
10、如权利要求9所述的测量包芯纱中核心的装置(1)，其特征在于，交流电压发生器(4)用来在通道(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工作的第一电场部分和一个在第二频率工作的第二电场部分，前述两个频率不相等，评价电路用于将至少两个电气变量相互结合，其中第一个变量在第一频率下被记录，第二个变量在第二频率下被记录。
11、如权利要求10所述的测量包芯纱中核心的装置(1)，其特征在于，其中评价电路(8)用于将至少三个电变量相互结合，其中第一个变量(101)记录在第一频率，另外的变量在第二频率。
12、如权利要求11所述的测量包芯纱中核心的装置(1)，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，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)用于传输第一频率的信号，第二信号路径(7)用于传输第二频率的信号。
13、如权利要求8-12所述的测量包芯纱中核心的装置(1)，其特征在于，装置(1)中的测量电容器(2)包含一个参考电容器(3)，其最好与测量电容器串联。
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