CN1014830B - 带有可作弹性运动的纤维探测器的纤维拉力测量装置 - Google Patents

Abstract

纤维拉力测量装置，包括可相对于支撑板作弹性运动的纤维探测器及振动测量装置。其中纤维探测器是一端固定的板簧或弹簧杆，它的自由端有导纱器。此探测器的一部分伸入盛有磁化阻尼液体的容器里，以保证此测量装置无惯性地按照纤维的振动频率运动，而不至受外部干扰的影响，上述的振动测量装置由应变计或行程测量装置组成，此行程测量装置具有对温度变化的补偿能力。

Description

本发明为一台带有可作弹性运动的纤维探测器的纤维拉力测量机。

在长丝纱的生产和加工中，尤其是变形和假捻变形时，纤维拉力是一个重要的工艺参数。即便是短时间的振动也会影响纤维的质量。因此，根据这一情况就要求一台可使用的纤维拉力测量机必须具备足够高的固有频率。这种固有频率使纤维测量机能够按照纤维拉力的振动频率进行工作，否则机器频率将会引起拉力测量装置的振动。

本发明根据这一技术问题，提供了一种纤维拉力测量机。这种测量机的构造简单，对于外界的扰动基本不受影响，并可无惯性地控制纤维拉力的振动进行工作。它解决了本文前面描述的那种纤维拉力测量机的问题。为了保证对纤维探测器运动的独立阻尼，而将探测器伸入磁化阻尼液体中。这一结构显示了这种类型的拉力测量机的特征。

最有利的结构是：可作弹性运动的纤维探测器的活动端设置一个可沿受力方向动的凸出部分。该部分形成阻尼活塞。该活塞伸入固定在支撑板上的装有磁化液体的容器内。在该容器的底部有一块磁铁，特别是有一块永久磁铁。尤其是该凸出部分或称阻尼活塞是由非磁性材料制成的。

纤维拉力测量机的一项改进结构是：可作弹性运动的纤维探测器是一端卡紧的板簧。该板簧的固定端固定在支撑板上;它的另一端是活动的。活动端为纤维的输导端，它带有一个作为阻尼活塞的凸出部分。该凸出部分伸入磁化液体中。磁化液体盛放在一个固定在支撑板上的罐状容器中。在罐的底部，比如在罐的下面或在罐的内底部固定 一块磁铁，特别是一块永久性磁铁，以便将磁化液体吸附在它的位置上。

另一项有利的结构是：纤维探测器是一个一端卡紧的弹簧杆。该弹簧杆穿过位于磁力影响下的装有磁化液体的阻尼室。在该阻尼室中，相对的一对侧壁形成一个通孔。该通孔的尺寸可以使纤维探测器在孔内作弹性运动。另外一对侧壁是磁铁，罐满整个阻尼室内腔的磁化液体处于磁铁的作用下。

特别是，纤维探测器是由平行弹簧组成的。这样就使纤维探测器的活动端只作平行移动。因此，作用于纤维的反作用力的方向不会改变。

纤维探测器的弹性运动是由适当的测量仪器，例如应变计测定的。一种与温度无关的测量系统是由一个行程测量装置组成的。它可以直接测量纤维探测器振动的行程长度。

在此关系到发送器和接收器这一对装置。其接收次数表示测量信号，该信号随振动幅度变化。例如可以设置一个光发射器和一个光电管，例如光电二极管。

优先采用的一种结构适用于各种行程测量，特别适用于带有行程测量装置的纤维探测器。在这种结构中，一个光发射器和一个光接收器面对着可作弹性运动的纤维探测器的活动端固定。纤维探测器带有一个反射器，例如光学棱镜。在此具有优越性地规定，棱镜角略偏于90°，而且，纤维探测器的可作弹性运动的活动端与由发射器接收器组成的合件之间的相对距离是可以调整的。在这种结构中以很简单的方式就可以得到“0点校正”。就是说，温度的变化也会造成探测器测量端和由发射器接收器组成的合件之间的距离发生变化。当温度变化时，接收次数也发生变化。这是由于反射光线不平行于发射光线的 缘故。为了消除温度的影响，可以将合件与反射器之间的相对距离调整到所希望的或标准的无负荷状态下的接收信号。上述的这种纤维拉力测量机由于其特殊结构，即便没有阻尼装置也可工作。本发明的纤维拉力测量机的一项特殊的改进是，它具有一个可做弹性运动的纤维探测器。该纤维探测器为由平行板簧形成的一个矩形或方形截面的空壳体。该壳体上与作用力方向，即纤维拉力对于导纱器的作用方向相平行的侧壁上，对称于过外壳轴线并垂直于力方向的平面的弯曲面，形成一个占外壳长度的大部分的构架形空槽。这些空槽有彼此平行的边缘，并一直延伸到两端圆形扩展部分。与外壳的固定端固定在一起的是一个刚性测量杆。该测量杆延伸到外壳中，实际上一直延伸到外壳的活动端。纤维探测器的外壳活动端有一个导纱器，即延外壳轴线延长的那一部分。在对着刚性测量杆活动端的部位上形成一个测量头。考虑到温度补偿，测量杆的材料最好与方形外壳的材料相同。为了改变弹性特性曲线，并以此使外壳的挠曲摆动适应所需要的纤维拉力，改进的外壳的上下面都有空槽。

以上描述的这种改进了的纤维拉力测量机的方形外壳的头部有一个沿力方向的凸出部分。该部分为一个阻尼活塞。该阻尼活塞伸入盛放在固定于支撑板上的罐状容器内的磁化液体中。该容器位于一块磁铁，特别是一块永久磁铁上;或者在容器的内底部安放一块这样的磁铁。特别有利的是，盛放磁化液体的罐状容器是用非磁性材料制成的。

按照本项发明，使用这种纤维拉力测量机可以测量高频率的纤维拉力振动，例如30至40Hz的振动。使用测量放大器可以进一步扩大测量范围。测量放大器的特性曲线在可作弹性运动的纤维探测器固有频率范围内上升，并以此来全部或部分补偿与频率有关的纤维探 测器的特性曲线。

下列附图更详细地解释了本项发明：

图1、为纤维探测器的带有单一的平行弹簧的结构形式，

图2、为平行弹簧组成方形外壳的结构形式。

图3、是图2的Ⅲ-Ⅲ剖面图。

图4.5、纤维探测器穿入阻尼室中的结构形式。

图6、是图2的测量装置部分的详细剖面图。

图1中的纤维探测器1由两个相同宽度的板簧2组成。板簧2通过活动端的中间块4与固定端的固定块3组成了平行弹簧2-4。间隔块6位于平行弹簧2-4的固定端3与支撑板7之间。通过螺栓将固定端3与支撑板7固定连接在一起。支撑板7也是一个支架。活动端（中间块4）有一个导纱器8和一个沿作用力方向11，即纤维拉力对导纱器8的作用方向，延伸出来的凸出部分或称阻尼活塞9。该阻尼活塞伸入一个装有磁化液体13，在本文前面称作容器12的罐12中。在表示的结构中，该容器位于一块磁铁14，特别是一块永久性磁铁上。通过这块磁铁，将该容器与支撑板7固定在一起。由导纱器8牵引的纤维10也可以由导纱器8中的一个导纱孔中引出。

图2和图3是本发明的另一种较好的结构形式。图3是图2的Ⅲ-Ⅲ剖面图。由于测量机构具有较高的敏感性，弹性常数可以相对大一些，因而在此条件下固有频率也较高。所以高频率的纤维拉力波动也是可以测量的，特别是设置了本发明装置的振动阻尼9，12-14。如果使用一个相应的无惯性装置，例如一个光电扫描装置，便可记录约为50Hz的纤维拉力振动。借助于一个可作频率修正的放大器来修正测杆的频率特性，以此来记录几百Hz的拉力波动频率。

所表示的结构形式由一个正方形筒制成的方形外壳16组成。图 3中所示的图2Ⅲ-Ⅲ剖面即该外壳的横截面。间隔块6上方的螺拴5将外壳的固定端3与支撑板7连接在一起。前面的活动端带有一个有导纱器8和一个沿力方向（箭头11）延伸的凸出部分，或称阻尼活塞9的头部15。在外壳16的侧壁22中有形成“构架形状”的空槽17。该空槽在纵向上占据了外壳的大部分。这些空槽的边缘互相平行，其端部是圆形的。该圆形端部的直径在图中与外壳16的横截面内壁间距尺寸相同。这样便在外壳横截面的中心上形成所需的最小阻力矩（也是最小的截面惯性矩）。在附图的结构形式中，横壁上也有空槽17，以改变其刚性。

阻尼活塞9伸入装有磁化液体13的容器12中，以此达到对由机器引起的振动的阻尼。借助容器12中的磁铁，特别是具有优越性的永久磁铁稳定的磁化液体13使得本发明的拉力测量机与位置无关。

在外壳16内部，一根刚性压紧的带有测量插头20的刚性测量杆23一直延伸到外壳的活动端（头部15）头部的对面。在活动端以及头部15中固定着一个带有夹持器24的测量头19。该测量头能够与外壳活动端15和导纱8一起作由纤维拉力引起的运动。比如说，由一个光电系统对该运动作实际上无惯性的扫描。这样，即使纤维拉力振动的频率很高，也仍然可以进行可靠的测量。

虽然图1未表示可与前面叙述的光电扫描装置比较的纤维拉力测量机扫描装置，但同样可以具有优越性地实现这种结构，如把带有夹持器24的测量头19安装在中间块4上，而带有测量头20的测量杆23被固定在固定端3的两个板簧之间。另外，气动扫描装置在所描述的两种结构中都可以使用。

使用非磁性材料制成的阻尼活塞或称凸出部分9和凹入部分或称罐12具有其优越性。如同用这种非磁性材料制造外壳16，测量头夹 持器24和测量杆23一样，用这种材料制造平行板簧2-4的中间块3，4有利于避免出现不同的热膨胀。

本发明中的阻尼装置可用于各种可进行相对运动测量的纤维拉力测量机。这种相对运动是指由于纤维拉力的作用而对支撑板作相对运动的纤维探测器与支撑板之间的相对运动。该阻尼器有效地防止由纤维探测器的自然振动现象引起的测量误差。

在图4和图5的结构示例中，板簧2穿过阻尼室25。通过间隔块6和螺拴5将该板簧固定在它的固定端3上。纤维10位于导纱器8上。导纱器8固定在活动端4上。板簧上的行程测量装置，或者具体说是应变计能够记录沿力方向11的振动。阻尼室25的各个侧面封闭，一直连到开口26和27处。用于穿过板簧2的开口应尽量地小一些，但不要使开口妨碍弹性运动。阻尼室中完全灌满磁化液体。阻尼室的两侧装有永久磁铁14。

图6是图2，特别是图2中的测量头19和测量头20的详图。测量头19带有一个棱镜28。棱镜的a角略小90°。测量头一边带有一个发射源29，另一边带有一个接收器30。例如，该发射源可以是一个光源，接收器可以是一个光电二极管31。因为a角不是90°，所以发出的光不是平行反射。因此，反射光线只是在测量头19和20之间的规定距离A上进入光电二极管31的中心，以此达到测量应力U时的最佳指针摆动。这种指针摆动情况被视为纤维探测器无负荷状态的校准信号。如果由于温度变化，使外壳16和测量杆23产生膨胀而导致距离A发生变化，则在O负荷情况下产生一个改变了的校准信号U。沿着导板32推移测量杆23，直到重新调整了校准信号U为止。通过这种方法来消除温度的影响。做为一种结构示例，在支撑板中滑动地引导测量杆23。为了调整测量杆，在支撑板32中设置了一个调 整螺拴33。该调整螺拴可以在支撑板中转动，并通过螺纹与测量杆23连接在一起。测量杆23的背面通过压缩弹簧支承在支撑板32上。

编号名称

1.纤维探测器

2.板簧

3.固定块，固定端，夹紧端

4.中间块，活动端

5.螺拴，螺钉连接

6.间隔块

7.支撑板

8.导纱器

9.凸出部分，阻尼活塞

10.纤维

11.作用力方向，偏转方向

12.容器，罐

13.磁化液体

14.磁铁，永久磁铁

15.头部，活动端

16.外壳

17.（构架形状）空槽

18.内腔

19.测量头

20.测量头

21.弯曲面

22.侧壁

23.测量杆

24.夹持器，测头夹持器

25.阻尼室

26.开口

27.开口

28.棱镜

29.发射器，光源

30.接收器

31.光电二极管

32.支撑板

33.调整螺拴

34.压缩弹簧

Claims (6)

1、带探测器的纤维拉力测量装置包括一个导纱器(8)，它牵引纤维(10)；由刚性材料制成的板簧装置(2-4)安装在导纱器上，压住导纱器以反抗由纤维施加给导纱器(8)的力；测器导纱器运动并发出一个纤维拉力输出信号的测量器，其特征在于上述板簧包括一个自由端，在其上装有起阻尼活塞作用的突出部分(9)，该部分(9)插入盛有阻尼液(13)的罐体(12)中。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于上述板簧装置（2-4）作为弹性运动纤维探测器（1），它的一端压紧平行板簧（2-4），其固定端（3）固定在支撑板（7）上，其自由端（4）上装有导纱器（8），上述罐体（12）安置在一磁铁上。

3、根据权利要求2所述的装置，其特征在于上述磁铁是永久磁铁（14）。

4、根据权利要求3所述的装置，其特征在于上述磁铁安置在罐体的内底部。

5、根据权利要求1所述的装置，其特征在于上述突出部分（9）是用非磁化材料制成的。

6、根据权利要求1所述的装置，其特征在于平行板簧的结构是由平行叠置的，中空外壳（16）组成，该外壳有矩形或方形截面板簧的侧壁（22）平行地沿（11）的方向延伸，并在侧壁上有骨架结构的空隙（17）对称于弯曲面（21），延伸过外壳大部分长度，在外壳（16）的卡紧端（3）上固定在一起的刚性测量杆（23）延伸至外壳（16）中，大致达到自由端（15）处，外壳（16）的自由端（15）支承着导纱器（8），以及有位于刚性测量杆（23）这一端内侧的行程测量装置（19），该测量装置是与刚性自由端在一起的，以此来测定测量杆自由端和外壳自由端之间的相对运动，外壳上还装有沿作用力（11）方向凸出的用作阻尼活塞的突出部分（9），该突出部分伸入容器（12）中的磁化液体（13）中。

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