CN101470033A - 纬纱张力测量装置 - Google Patents

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Abstract

一种纬纱张力测量装置，其特征在于，包括：张力传感器(10)，用于测量纬纱张力(T)并产生作为纬纱张力函数而变化的电输出信号(Vout)。该装置设有针对输出信号(Vout)的放大装置(AMP、INA、PGA)，所述放大装置具有在数字脉冲控制下可变的增益值(G)，以及针对电输出信号(Vout)的模数转换装置，所述模数转换装置产生数字输出信号(VD)。控制单元(CU)接收数字输出信号(VD)并编程以通过定义适于选择一理想增益的命令信号(DI)的数字脉冲控制所述放大装置(AMP、INA、PGA)。

Description

纬纱张力测量装置
技术领域
本发明涉及用于纬纱给料流水线的纬纱张力测量装置。
背景技术
众所周知，张力传感器用于例如织布机、针织机、绕线机等现代纬纱加工机，用以测量和控制纬纱张力以维持其基本恒定，尤其用以消除在成品中形成缺陷并降低产量的张力波动。这类传感器也包含在纬纱给料器中。
上述传感器设有以正比于纬纱张力弯曲的方式与纬纱机械地相互作用的柔性构件。通过已知装置测量这种弯曲并将其转换成电信号，例如利用通过厚膜技术包含在柔性构件中的金属合金或电阻器的应变计的测量电桥，或与霍尔传感器配合的永磁体。因此，所产生的电信号以定义传感器的所谓“增益”的正比率正比于纬纱张力。
由于传感器所产生的电信号一般非常低，例如在具有电压输出的传感器的情形下为十分之几毫伏，该测量装置还设有电子放大级。
然而，由于机械和电气公差，标称相同的传感器具有略为不同的增益，因此需要增益调节步骤，所述增益调节步骤如今仍通过藉由调节螺钉手动改变调节器的值来实现，从而获得在传感器由受到适用于该步骤的标称张力的纬纱施加负载时具有预定振幅的电信号。
上述手动操作的缺点在于再现性低并且相当困难和耗时。
此外，为了基于根据加工显著改变的平均张力值优化增益，即使在机器使用时也要求改变增益，测量的分辨率取决于所述增益。尤其，当过程面对相对较高的平均张力(例如50克)时，较低的分辨率(例如1克)是令人满意的，而当过程面对仅几克(例如5克)的平均张力时，较高的分辨率(例如0.1克)是理想的。如果在传感器的整个检测范围(例如0-100克)使用高分辨率，则具有较大位数的A/D转换器是必需的，以提供各自与该量程特定的离散值对应的较大数目的不同组合，结果使成本提高。
发明内容
因此，本发明的主要目的是提供一种允许增益调节步骤部分甚至完全自动化的纬纱张力测量装置。
本发明的另一目的是关联于测量精度以基本相等的成本提供比已知系统具有更高性能的纬纱张力测量装置。
在下文中更为明显的上述目的和其它优点是通过具有权利要求1所述特征的装置达成的，而从属权利要求定义本发明的其它优点，尽管是次要特征。
附图说明
现在参照较佳的、非排他性实施例对本发明进行更为详细的说明，这些实施例在附图中以非限定性实例的方式示出，在附图中：
图1图解地示出根据本发明的纬纱张力测量装置；
图2图解地示出根据本发明的控制纬纱张力测量装置的电路；
图3图解地示出根据本发明第二实施例的控制纬纱张力测量装置的电路；
图4图解地示出根据本发明第三实施例的控制纬纱张力测量装置的电路；
图5图解地示出根据本发明第四实施例的控制纬纱张力测量装置的电路；
具体实施方式
在图1中，纬纱T从绕线轴R传至例如织布机、针织机、绕线机、纬纱给料器等通用机M(未示出)。
张力传感器10沿纬纱T的路径设置以测量后者的机械张力，为此其设有咬合住纬纱并偏离其路径的柔性机械构件12。因此，柔性构件12受纬纱张力横向分量的作用，并作为纬纱张力的函数不同程度地弯曲。
以其本身已知的方式，张力传感器10包括适于将柔性构件的弯曲转换成与纬纱张力成正比的电输出信号Vout的测量电路(未示出)，该电路将在下面更为详细地予以说明。
电输出信号Vout通过可调电子放大电路AMP放大到G倍。经放大的信号Vamp由采样与保持电路S&H接收，并通过产生数字输出信号VD的转换器AD从模拟信号转换成数字信号。
数字输出信号VD被传送至控制单元CU，例如微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)或数字信号控制器(DSC)，控制单元CU被编程以通过能藉由下文中更具体描述的步骤自动调整增益的命令信号DI控制电子放大电路AMP。控制单元CU包括例如通过将其与特定位数相乘或将其平移特定位数而将数字输出信号VD平移到1/G倍的平移模块R，用以防止由于控制单元所命令的增益变化引起的失真。
在本发明的第一实施例中，如图2所示，传感器中的测量电路由恒压源PS供电的惠斯登电桥W构成，同时从惠斯登电桥接收差分信号的电子放大电路包括：前置放大级，它由具有取决于连接在放大器两端的电阻器RG的值的固定增益的仪表差分放大器INA构成；以及由具有可编程增益并驱动以基于由控制单元CU产生的多个数字输入DI1、DI2、DI3、DI4的配置改变其增益值的电子放大电路PGA构成的末级放大级。
在使用时，上述电路允许在第一次设定传感器的过程中或者手动或者自动地调整增益。通过该自动背部轴，传感器由受预定标称张力作用的纬纱施加负载，而控制单元被编程以对所有可容许增益执行连续扫描步骤，并选择使所有经放大的信号和具有理想标定振幅的采样信号之间的差最小的增益。
此外，根据本发明的装置中的控制单元允许在传感器工作时调整增益，以基于检测出的平均张力或由用户设定的张力优化分辨率。具体地说，控制单元CU以这样一种方法编程：对于半量程和满量程之间的范围内的张力，选择等于标称增益的增益；对于四分之一量程和半量程之间的范围内的张力，选择双倍增益；对于八分之一量程和四分之一量程之间的范围内的张力，选择四倍增益，以此类推。因此，当过程面对相对较高的平均张力时，使用较低的分辨率，而当过程面对几克的平均张力时，使用较高的分辨率。当然，传感器测量范围的其它分配也是可行的，而且不一定要使放大级的增益连续翻倍。
如本领域内技术人员马上理解的那样，由于能由控制单元自动管理，根据本发明的纬纱张力测量装置相比现有技术允许更快、更经济地实现调整并具有更高程度的可再现性。
图3示出本发明另一实施例，其中仪表差分放大器INA’具有数字调节器TD，数字调节器TD具有连接在端子两旁的可变电阻值，而不是固定值的电阻。因此，由于控制单元CU’通过直接将命令数字信号DI1’、DI2’、DI3’送至数字调节器TD以改变其电阻值从而改变放大级的值，图3的实施例不设有末级放大级PGA。
电路的另一实施例如图4所示，其中仪表差分放大器INA”是包括基于从控制单元CU”接收的命令数字信号DI1”、DI2”、DI3”改变增益的电路的已知类型的差分放大器。
电路的又一实施例如图5所示，其中张力传感器由模拟电子霍尔传感器HS构成，该霍尔传感器与配有N/S磁化的永磁体PM配合工作。霍尔传感器与柔性机械构件形成一体并因此遵循纬纱张力的变化而移动。在图5的实施例中，通过可编程增益放大电子电路PGA提供放大，所述PGA由控制单元CU”’通过命令数字信号DI1”’、DI2”’、DI3”’、DI4”’驱动。
本文已对本发明若干较佳实施例进行了描述，当然本领域内技术人员可在权利要求书的范围内作出若干修改。例如，尽管在上述实施例中，纬纱张力传感器利用包含在微控制器或DSC中的采样电路和模数转换电路，然而也可采用包含放大装置的可编程模拟电路，例如所谓的“PSoC”系统(芯片上的可编程系统)。当然，控制单元CU也可包括一种或多种上述功能块，例如放大级、采样和保持级以及模数转换级。

Claims (11)

1.一种纬纱张力测量装置，其特征在于，包括：
张力传感器(10)，所述张力传感器设置成测量纬纱张力(T)并产生作为所述纬纱张力函数而变化的电输出信号(Vout)；
针对所述输出信号(Vout)的放大装置(AMP、INA、PGA)，所述放大装置具有在数字脉冲控制下可变的增益值(G)；
针对所述电输出信号(Vout)的模数转换装置，所述模数转换装置产生数字输出信号(VD)；
控制单元(CU)，所述控制单元连接成接收所述数字输出信号(VD)并编程以通过定义适于选择一理想增益的命令信号(DI)的数字脉冲控制所述放大装置(AMP、INA、PGA)。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述放大装置包括具有固定增益的前置放大级(INA)以及连接以从所述控制单元(CU)接收所述命令信号(DI1、DI2、DI3、DI4)并具有可编程增益的末级放大级(PGA)。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述前置放大级(INA)由仪表差分放大器(INA)构成。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述放大装置包括具有带连接在所述放大器两端的可变电阻值的数字调节器(TD)的仪表差分放大器(INA’)，所述TD连接以从所述控制单元(CU’)接收所述命令信号(DI1’、DI2’、DI3’)。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述放大装置包括仪表差分放大器(INA”)，所述仪表差分放大器(INA”)包括基于数字信号值改变其增益值并连接以从所述控制单元(CU”)接收所述命令信号(DI1”、DI2”、DI3”)的电路。
6.如权利要求1—5任何一项所述的装置，其特征在于，所述张力传感器包括受纬纱张力横向分量作用的柔性机械构件(12)并包括适于产生以所述柔性机械构件(12)的弯曲为函数变化的电输出信号(Vout)的电路(W)。
7.如权利要求1—5任何一项所述的装置，其特征在于，所述张力传感器包括受纬纱张力横向分量作用的柔性机械构件(12)以及与所述柔性机械构件形成一体并与带N/S磁化的永磁体(PM)配合作用的模拟电子霍尔传感器(HS)。
8.如权利要求1—7任何一项所述的装置，其特征在于，所述控制单元(CU)被编程以执行包括下列步骤的自动调整步骤：
对所有可容许增益执行连续扫描；以及
当所述传感器由受预定张力作用的纬纱施加负载时，选择使所有经放大的信号和振幅等于所要求标称振幅的采样信号之间的差最小的增益。
9.如权利要求1—8任何一项所述的装置，其特征在于，随着操作中检测出的平均张力减小，所述控制单元(CU)被编程以自动增大增益(G)。
10.如权利要求1—8任何一项所述的装置，其特征在于，随着用户设定的平均张力减小，所述控制单元(CU)被编程以自动增大增益(G)。
11.如权利要求9或10所述的装置，其特征在于，所述控制单元(CU)被编程以在每个包含逐渐减小值的连续平均张力范围内使用加倍的增益。
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