CN101522967A

CN101522967A - 用于测量束状、连续纤维组的规定长度的质量和/或湿度的纺织机器的设备和纺织机器

Info

Publication number: CN101522967A
Application number: CNA2007800367589A
Authority: CN
Inventors: 彼得·罗谢尔
Original assignee: Rieter Ingolstadt GmbH
Current assignee: Rieter Ingolstadt Spinnereimaschinenbau AG; Rieter Ingolstadt GmbH
Priority date: 2006-10-02
Filing date: 2007-10-01
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2027-10-01
Also published as: CN101522967B; EP2069561A1; ATE542934T1; DE102006046713A1; WO2008040703A1; EP2069561B1

Abstract

本发明涉及设备(20、20’)，其用于纺织机器(1)，特别是用于如并条机(1)、梳刷机或精梳机等纺纱准备机器(1)或如精纺机或粗纺机的纺纱机，其用于测量束状、连续纤维组(FB)的规定长度的质量和/或湿度，该设备具有包含测量室(22)的微波谐振器(21、21’)，纤维组(FB)可被馈送通过测量室，并且该设备进一步包括用于检测微波谐振器(21、21’)的谐振频率和/或品质的装置。此外，微波振荡器(50)被提供，其包括有源放大器装置(27、28)和与放大器装置(27、28)相关联的反馈网络，该网络具有频率确定谐振装置，其等效于LC谐振电路(R1、C1、L1)。微波谐振器(21、21’)是微波振荡器(50)的频率确定谐振装置，以使微波振荡器(50)的频率是微波谐振器(21、21')的谐振频率。此外，本发明涉及包含本发明的设备(20、20’)的纺织机器(1)。

Description

用于测量束状、连续纤维组的规定长度的质量和/或湿度的纺织机器的设备和纺织机器

本发明涉及用于测量移动的、束状纤维组(skein-like fiber batch)每单位长度的质量和/或湿度的用于纺织机器的设备。根据本发明的设备特别用于如并条机、梳刷机或精梳机等纺纱准备机器，或者用于如纺纱机或卷线机等纺纱厂中的机器。它包括具有测量室的微波谐振器和用于确定微波谐振器的谐振器频率和/或品质因数(Q-因数)的装置，其中纤维组可通过该测量室。

此外，本发明涉及纺织机器，特别是如并条机、梳刷机或精梳机等纺纱准备机器，或者如纺纱机或卷线机等纺纱厂中的机器。

纺织机器的操作通常使得有必要测量束状、可移动纤维组的每单位长度的质量。本文的术语“束状纤维组”是指，例如：纤维梳条、纱线或麻线。每单位长度的质量表示包含在每单位长度中的纤维组的质量。测量该参数得到的结果被特别用于控制特定的纺织机器。此外，这些测量的结果可被用于评估正在生产的纤维组的品质。

由于下一代纺织机器的需要，特别是由于所计划的增加的工作速度，迄今主要被使用的用于确定移动纤维组的每单位长度的质量的机械传感机器将不再胜任。

另一方面，微波的应用代表了用于测量纤维组的单位长度的质量的新方法。这包括了使将被测量的纤维组连续地通过微波谐振器中的测量室。因为纺织纤维组的介电特性不同于周围空气的介电特性，因此纤维组通过微波谐振器影响了谐振频率和谐振器的品质因数。

将由微波发生器产生的具有变化频率的微波信号耦合到微波谐振器中是用于确定微波谐振器的谐振频率和品质因数的已知方法。通常，这包括在规定频率范围内连续地或以规定的步进(step)进行移动；对于每个耦合到谐振器的微波信号的频率，微波谐振器中产生的振荡幅度被确定。

以这种方式被记录的谐振曲线允许确定微波谐振器的谐振频率(即，幅度最大时的频率)和品质因数。该过程的第一步是根据谐振曲线确定微波谐振器的带宽。这里应用下面的规则：带宽为谐振曲线中幅度大于或等于最大幅度的1/

的区域。然后，品质因数可通过谐振频率除以带宽而被容易地确定。

当制造和/或加工纺织纤维组时，最重要的是纤维组的干质量，即，材料本身。然而，纤维组，特别是当它们包含棉等自然纤维时，它们往往吸收湿气。干质量和湿度影响微波谐振器的谐振频率和品质因数。然而，因为它们是以不同的方式影响的，因此对微波谐振器的谐振频率和品质因数的测量结果可被用于确定纤维组的干质量以及它的含水量。为了清楚起见，应该注意到，本文使用的术语“每单位长度的质量”是指每单位长度的干材料的绝对质量，而术语“湿度”是指纤维组的每单位长度观测到的水分的绝对质量。

在已知的方法中，测量时间至少与经过前面规定的频率范围所需的时间一样长。然而，因为微波谐振器的幅度仅在改变振荡器的频率之后调整期(settling period)已经过去时才获得它的最终值，因此不可能以无限的速度经过频率范围。例如，当线性频率改变的情况下，通过用将要覆盖的频率范围除以微波谐振器的带宽的平方，可估计出所需的最小的测量时间。然而，如果所需精度要求严格的化，那么所需的测量时间将进一步被增加。

然而，如果测量时间被增加到使得瞬时调整过程不再起到重要的作用的程度，那么当纤维组移动通过谐振器时，用于谐振曲线的所测得的幅度值是与该纤维组的不同段(segment)相关的。这反过来导致当纤维组更快速地移动时，不准确度变得更加严重。

因此，已知方法的缺点是，对纤维组的每单位长度的质量和/或它已经吸收的湿度的测量所需的精度是根本不可能实现的，特别是如果纤维组正在快速地移动时更是如此。

因此，本发明的目的是提出避免刚刚提到的缺点的纺织机器或用于纺织机器的设备。特别地，测量时间应该被缩短，从而改善对纤维组的每单位长度的质量和/或它已经吸收的湿度的测量的精度。

该任务是通过独立的权利要求的性质实现的。

根据本发明的设备包括微波振荡器，该微波振荡器包括有源放大器装置和与该放大器装置相关联的反馈网络，该反馈网络具有频率确定谐振装置(frequency-determining resonant arrangement)。以这种方式形成的微波振荡器的基本操作原理是，放大器的输入端的输入信号由该放大器放大，并且以这种方式在放大器的输出端产生的信号通过反馈网络被耦合回到放大器的输入端。这种类型的微波振荡器也被称作反馈振荡器、二端口振荡器，或在更早的文献中，被称作四极振荡器。实际上，振荡仅发生在形成振荡的被称作幅度条件和相位条件都被满足的情况下。

幅度条件规定：振荡器仅在放大器克服反馈网络中产生的衰减的情况下振荡，即，在放大器和反馈网络的总放大的值是1的情况下振荡，而相位条件规定：振荡仅在放大器和反馈网络中的相移总和取2π的正整数倍数或负整数倍数(包括0)的值时发生。

为了获得规定频率的振荡，反馈网络包括谐振装置，它的作用是：对于特定频率，换句话说，对于谐振频率，幅度条件和相位条件被满足。因此，谐振装置也确定了微波振荡器的频率。

因此，频率确定谐振装置能够以LC谐振电路的形式进行电振荡。因此，它能够表示为具有电感、电容、和电阻(为了考虑损耗)的LC谐振电路的等效电路图。因此，微波振荡器工作的方式与LC振荡器的操作相对应。

LC振荡器的总体结构和操作的主要模式在如U.Tietze，Ch.Schenk，Halbleiter-Schaltungstechnik(半导体电路工程)，第四版，柏林1978中被描述，从第419页开始。

在根据本发明的设备中，微波谐振器是反馈网络中的频率确定谐振装置，使得微波谐振器的谐振频率确定微波振荡器的频率。

因为微波谐振器的谐振频率取决于位于其中的纤维组的每单位长度的质量，因此微波振荡器的频率允许关于测量室中的纤维组的每单位长度的质量作出结论，而无需以本领域中众所周知的方式记录并评估谐振曲线。因此，产生测量结果所需的时间被大大地缩短，并且因此测量值的精度可被增加，即使是纤维组的通过速度上升也是如此。在进行测量期间，单个测量结果不因纤维组的段的移动而产生虚假信息。

只需注意到以下限制：只有在含水量是已知的条件下，纤维组的每单位长度的质量才可单独根据微波振荡器的频率而被足够精确地确定。例如，含水量可由分开的湿度测量计来确定。

优选地，用于产生与微波振荡器的频率相对应的频率信号的频率测量装置被提供。以这种方式产生的频率信号可被用于控制纺织机器和/或确定纤维组的品质。

取决于频率信号将对其提供以进一步处理或使用的设备的性质，频率信号可优选地以模拟信号和/或数字信号的形式来提供。

在特别优选的实施方式中，有源放大器装置具有幅度控制元件，其具有可由幅度控制信号调节的放大因数。在这种情况下，幅度检测器被提供以产生幅度控制信号。本文的幅度控制信号用以下方式产生：有源放大器装置(包括幅度控制元件)与反馈网络提供的放大一起产生的总放大保持为常数值1。

现在，幅度控制信号对应于微波谐振器的品质因数。这是因为，对于给定的激励，谐振器电路中的振荡的幅度取决于其品质因数。当品质因数增加时，并联的谐振电路的振荡幅度也增加，并且放大也增加。因此，如果总放大将被保持在常数值1，那么有源放大电路的放大因数必须被降低。相反地，当谐振电路的品质因数减小时，谐振电路中的振荡幅度也减小，并且它的放大也减小，使得放大装置的放大因数必须被增加。因此，现在，可测量微波谐振器的品质因数，而无需记录并评估谐振曲线所需的大量工作。然后，幅度控制信号表示的品质因数可以用已知的方式评估。

在一个优选的实施方式中，幅度检测器被用于将对应于有源放大器装置的输入信号的幅度信号的量与设定值进行比较，其结果是输入信号以恒定的幅度振荡。在这种情况下，防止了对有源放大器装置的输入过驱动(overdrive)，而无需进一步测量。

在进一步的优选实施方式中，幅度检测器被用于将对应于有源放大器装置的输出信号的幅度信号的量与设定值进行比较，其结果是输出信号以恒定的幅度振荡。在这种情况下，防止了对有源放大器装置的输出过驱动，而无需进一步测量。

如果有源放大器装置在其线性幅度范围内工作，那么得到幅度控制信号与微波谐振器的品质因数之间的线性关系。这简化了对品质因数的确定。

优选的装置是，对于有源放大器装置，包含与幅度控制元件串联的、具有恒定放大因数的放大器。按照这种方式，“放大”和“放大控制”功能可通过已经为了这些目的而被优化的模块来实现。

幅度控制信号可以模拟信号和/或数字信号的形式被产生。例如，它可作为模拟信号被提供给模拟幅度控制元件，并且，同时，作为数字信号被提供，用于进一步评估。

优选地，信号评估级(signal evaluation stage)被提供，其根据频率信号和幅度控制信号产生了束状、移动纤维组的每单位长度的质量的测量值和/或含水量的测量值。按照这种方式产生的测量结果可被直接地应用于控制纺织机器和/或确定纤维组的品质。

优选地，微波振荡器是以这种方式被设计的，即，有源放大器装置在其线性幅度范围内工作。在这种情况下，对放大器装置的输出信号的幅度的控制被简化。所涉及的测量精度也被改善。特别地，避免了因对有源放大器装置过驱动而产生的测量误差。

在一个实施方式中，微波谐振器包含耦合装置，其将测量室耦合到有源放大器装置的输入信号和输出信号。其优点是只需要一个耦合装置。只包含单个耦合装置的微波谐振器也被称作单端口谐振器。

优选地，变压器被提供以实现耦合装置与有源放大器装置的输入和输出的耦合。除了这种类型的电感耦合，以电容和/或电阻方式的耦合也是可能的。

优选地，微波振荡器被实现为三点(Hartley或Colpitts)振荡器。在本文中，优选地，电感(Hartley)振荡器被使用。三点电路构造相对简单，并且当使用单端口谐振器时，三点电路特别适用。电感三点电路的基本原理例如在已经引用的U.Tietze和Ch.Schenk的书的第423开始被解释。

可选择地，微波谐振器可被实现为两端口谐振器。它包括耦合入装置和耦合出装置，通过该耦合入装置，放大器装置的输出信号被耦合入测量室，通过该耦合出装置，测量室被耦合出至放大器装置的输入信号。具有两个耦合装置的微波谐振器也被称作两端口谐振器。

微波振荡器可被实现为Meissner振荡器的形式，特别是当该谐振器被实现为两端口谐振器时。Meissner振荡器的基本原理例如在已经多次引用的U.Tietze和Ch.Schenk的书的第421页开始被描述。

优选地，幅度检测器包含整流电路以对幅度信号进行整流，并包括差分放大器以根据已整流的幅度信号和可指定的参考信号产生幅度控制信号。这为幅度检测器产生了相对简单的结构。

在进一步优选的实施方式中，幅度检测器包含从幅度信号耦合出具有相同相位的一个分量(也被称作同相信号)和具有90度相移的另一个分量(也被称作正交信号)的优选为混合耦合器的装置、对同相分量进行平方的第一平方电路、对相移了90度的分量进行平方的第二平方电路、产生与平方的同相分量和平方的相移分量之和成正比的比例信号的求和放大器、以及通过将比例信号与规定的参考信号进行比较而产生幅度控制信号的差分放大器。按照这种方式被设计的幅度检测器可实现对总放大的快速调控。

优选地，至少存在一个FPGA。优选地，通过被适当配置的FPGA可实现信号评估级。然而，也可通过被适当配置的FPGA实现频率测量装置和/或幅度检测器。优选地，单个FPGA被配置成实现这些模块中的几个或所有模块的功能。

FPGA(“现场可编程门阵列”的缩写)是可编程的逻辑器件，其功能可通过内部结构的特殊配置被规定。因为这个原因，一个且同一个FPGA可实现几乎无限范围的电路。这提供了比专用集成电路(ASIC)更高的成本优势。与功能必须由顺序执行程序规定的微处理器相比，FPGA提供了并行信息处理的选择，其导致了高处理速率。

优选地，微波谐振器和相关联的电路特别是变压器、放大器、幅度控制元件、输入端的终端电阻、输出端的终端电阻、频率测量装置、幅度检测器和/或信号评估级中的至少一些被包含在共同的外壳中。这可以用一种简单的方式提供整个装置所需的针对纺织环境中出现的灰尘、飞扬的纤维、温度变化、机械影响等的防护。

优选地，该装置包括具有规定协议的通信接口，用于将该装置连接到纺织机器的通信端口。现代纺织机器具有大量控制中所涉及的模块。通信端口被提供以将这些模块进行链接。因此，如果根据本发明的设备具有根据适当的协议工作的通信接口，那么该设备可在制造时容易地安装到纺织机器，或改装到现有机器。如果总线接口被使用，那么所需的电缆线路总数可被最小化。CAN总线接口是特别合适的。

根据本发明的纺织机器的特征是，其具有至少一个根据本发明的设备。

本发明的进一步优点将在下面的特定实施方式的实施例中被描述。它们示出了：

图1是作为根据本领域目前水平的纺织机器的例子的并条机；

图2是根据本发明的并条机；

图3是根据本发明的具有单端口微波谐振器的设备；

图4是根据图3的设备的等效电路图；

图5是根据本发明的具有单端口微波谐振器的又一个设备；

图6是根据图5的设备的等效电路图；

图7是根据本发明的具有二端口微波谐振器的设备；

图8是根据图7的设备的等效电路图；

图9是根据本发明的具有二端口微波谐振器的又一个设备；

图10是根据图9的设备的等效电路图；

图11是幅度检测器的实施方式；

图12是幅度检测器的又一个实施方式；以及

图13是微波谐振器的实施方式的实施例。

图1示出了根据本领域目前水平构造的作为纺织机器1的例子的并条机。提供到并条机1的纤维组FB在LR的方向上移动，通过梳条导向装置(sliver guide)2、入口传感器单元3、偏转单元4、牵伸系统(draftingsystem)5、出口导向装置6和梳条存储机构7。

仅示意性地示出的梳条导向装置2包含偏转管8，其被定位成提供给它的纤维组FBzu可采用来自于被放置在并条机1的旁边的梳条筒9的纤维梳条FBzu的形式。然而，梳条导向装置2也可被设计成：它可采用直接从运转的梳刷机提供给它的纤维梳条FB_zu。同样地，并且在实际中是最常见的情况，梳条导向装置2可被设计为同时采用大量来自于各种可利用梳条筒9的纤维梳条FB_zu。当纤维梳条FB_zu在下面被提到时，不应该排除所指的是几个纤维梳条FB_zu的可能性。

输入的纤维梳条FB_zu由梳条导向装置2传输到入口单元3。入口单元3包括入口喇叭口(inlet funnel)3a和感测辊3b、3b′驱动对，感测辊3b、3b′驱动对由固定的轴承上的辊3b和负载被应用到的可移动辊3b′组成。

一方面，感测辊对3b、3b′用于将纤维梳条FB_zu拉动通过入口喇叭口3a，从而，一方面压缩它，另一方面逐段地确定正在通过的纤维梳条FB_zu的单位长度的质量。为了最后的任务，位移传感器3c被提供来检测可移动辊3b′的移动。最后，按照这种方式，纤维梳条FB_zu的直径被测量，根据测得的直径计算FB_zu的每单位长度的质量。在入口区域中，换句话说，在牵伸系统5的上游，正在通过的纤维梳条FB_zu的每单位长度的质量被确定。换句话说，机械感测被使用。在这里单独被测量的段AB具有几毫米的长度。对于每个被测量的段，位移传感器3c产生测量结果MW。

具有梳条偏转杆4a、4b、4c和4d的偏转单元4的任务是：在横穿移动方向的方向上，均匀地加宽来自于入口单元3的纤维梳条FB_zu，从而释放在入口单元3中所产生的对纤维梳条FB_zu的压缩。

当纤维梳条FB_zu从入口单元3传输到牵伸系统5时，纤维梳条FB_zu受到由感测辊对3a、3a’和进给辊对5a、5a’的不同圆周速度而产生的进给张力的影响。

牵伸系统5包含一对进给辊5a、5a’、一对中心辊5b、5b’和一对传送辊5c、5c’。辊对5a和5a’、5b和5b’、5c和5c’是以这种方式被驱动：即，在传输方向上从一个辊对到下一个辊对速度增加。因此，纤维梳条在初步牵引区域VVF以及主牵引区域VF中都被牵引，初步牵引区域VVF产生于进给辊对5a、5a’与中心辊对5b、5b’之间的空间中，主牵引区域VF形成于中心辊对5b、5b’和传送辊对5c、5c’之间。

牵伸系统5的下部的辊5a、5d、5c被固定在合适的位置，而上部的辊5a’、5b’、5c’被安装在可移动的轴承上，并且上部的辊5a’、5b’、5c’通过未示出的加载的装置被挤压在下部的辊5a、5b、5c上，从而在纤维梳条FB_zu上施加牢固的把持。

出口导向装置6包括出口喇叭口6a以及引出辊6b、6b’驱动对，其中一个辊6b被固定在合适的位置，另一个辊6b’被安装在可移动轴承上。出口喇叭口6a的作用是压缩被牵伸的纤维梳条FB_vz，从而产生紧密的纤维梳条FBab。

引出辊6b、6b’首先用于将纤维梳条FB_ab拉出出口喇叭口6a，并且还进一步压紧纤维梳条FB_ab。除了这样，移动地被安装的辊6b’与另一个位移传感器6c相关联，以产生测量值MW’，该测量值MW’对应于露出来的纤维梳条FB_ab的每单位长度的质量。这意味着，在传统的并条机1上，使用机械传感器以确定露出来的纤维梳条FB_ab的每单位长度的质量的原则也被应用于牵伸系统5的下游的出口区域。

在本文中未详细说明的梳条存储机构7提供了将并条机1产生的纤维梳条FB_ab依次存储在梳条筒12中。

牵伸系统5可通过控制单元13而受控制。操作单元14被分配给控制单元13，其允许用户指定控制值，该控制值然后被提供以作为控制单元13的输入量。按照这种方式被用户指定的输入量包括，例如，正在被创建的纤维梳条FB_ab的期望传送速度LG和期望的梳条重量BG。本文中的传送速度LG是指被牵伸的纤维梳条FB离开牵伸系统5的速度。另一方面，梳条重量BG描述了从并条机1中取出的纤维梳条FB_ab的每单位长度的平均质量。输入给控制单元13的另一个量是当前的测量结果MW，其从入口传感器单元3自动地传送到控制单元13。仅一部分所选的输入给控制单元13的量被示出。实际上，其它输入量被提供给控制单元13。

控制单元13是以这样的方式被设计的，即，根据其输入量，它通过未示出的驱动装置作用而控制输入辊对5a、5a’的旋转速度、中心辊对5b、5b’的速度、传送辊对5c、5c’的速度。在未受调控的操作中，固定的初步牵伸被指定给初步牵引区域VVF，并且固定的主牵伸被指定给主牵引区域VF。

另一方面，在受调控的操作中，对牵伸进行改变，也被称作控制调节，以向传送到牵伸系统5的纤维梳条FB_zu提供更好的一致性。根据位移传感器3c得到的测量结果，进行这种类型的控制调节。在牵伸系统5的上游进行测量的控制系统通常被称作开环控制。在这种类型的控制系统中，必须考虑到所提供的纤维梳条FB_zu的段AB到待进行控制调节的点REP的所经过的距离或传输时间。所经过的距离和传输时间是由牵伸系统的进给速度联系起来的。

被提供给牵伸区域VF的纤维组FB_zu包括一段跟着一段的一系列段。本文中，图解说明时正在被传感器单元3c所测量的段被给与参考符号AB_n。段AB_n-1位于段AB_n的下游。为了简便起见，其它段未给出标识性参考符号。对于每个段，获得至少一个测量结果MW，其对应于被考虑的段AB的每单元长度的质量，并且被传送给控制单元13。

当被测的段AB_n到达控制动作点REP即AB′_n指示的位置时，控制单元13发起合适的控制调节。例如，如果段AB_n具有高出的每单位长度的平均质量，那么牵伸被增加以使纤维梳条FB平坦(even out)。

特别地，表示输入的纤维梳条FB_zu的每单位长度的质量的被测值MW的精度对于产生的纤维梳条FB_ab的品质是很重要的。产生的纤维梳条FB_ab的一致性越大，品质越好。

本领域目前众所周知的用于监控产生的纤维梳条FB_ab的品质的方法是使用评估单元15，其根据测量喇叭口6a提供的被测值MW’计算变动系数(variation coefficient)；该系数表示对于给定参考长度的纤维梳条FB_ab的梳条不规则百分比(percentage sliver irregularity)。参考长度也被称作切断长度，并且变动系数也被称作CV％值。实际上，使用的切断长度在几厘米到几米的范围内。然而，只有当被测值本身具有高精度时，才能获得可靠的CV％值。例如，被确定的CV％值可被显示在显示器16上，或者可被存储以用于以后的评估。

图2示出了根据本发明的、作为纺织机器1的实施例的并条机1。其特征在于，入口单元3的区域中的根据本发明的第一设备20和出口导向装置6的区域中的根据本发明的第二设备20′。根据本发明的第一设备20替代了图1中示出的并条机1的传感器3c。本文中，设备20也将被用于确定被提供给牵伸系统5的纤维梳条FB_zu的段AB的每单位长度的质量，并产生包含该信息的被测值。

按照已知的方式使用被测值MW以控制并条机1。在无需接触的情况下利用微波确定每单位长度的质量。由于没有惯性质量，因此不存在提升并条机工作速度的阻碍。通过评估根据本发明的设备20的测量室22的介电特性，完成对纤维梳条FB的每单位长度的质量的确定。设备20产生的被测值MW表示纤维组FB_zu的每单位长度的干质量，其避免了在控制纺织机器1时由于纤维梳条FB_zu的含水量的改变而产生的误差。因为由根据本发明的设备20进行测量所需的时间短于已知的微波测量设备进行测量时所需的时间，因此即使当纤维组FB_zu高速移动时，被测值MW仍然保持精确。完全避免了对连续的许多段AB的每单位长度的质量进行平均。每个被测值MW精确地表示1段AB。

根据本发明的另一个设备20′逐段对将被存放的纤维组FB_ab的每单位长度的质量进行测量。对应于每单位长度的质量的被测值MW′是以已知的方式被提供给评估单元15，并且被用于产生指示品质的量。被测值MW′是根据测量室21′的介电特性获得的。介电特性是以与根据本发明的设备20工作的方式相似的方式被确定的。然而，将注意到，因为在这里将被测量的纤维组FB_ab的速度通常更高，因此将根据本发明的设备20′放置在出口导向装置6的区域中是特别有用的。

图3示出了根据本发明的设备20的第一个可能的实施方式。它包括具有测量室22的微波谐振器21。纤维梳条FB可被在移动方向LR上连续地输送测量室22通过入口开口23并通过出口开口24。微波谐振器21包括耦合装置25。因此，它被实现为单端口谐振器。如图3中示意性所示，耦合装置25可为电感耦合环。然而，在根据本发明的装置的任何基本操作原理不发生任何改变的情况下，其它耦合装置也是必要的，例如：电容耦合杆。耦合装置25通过变压器26将谐振器21并且因此测量室22与有源放大器装置27、28的输入信号ES以及输出信号AS耦合。

通过变压器26的方式的耦合应该被认为是示例。例如，如果电路中的接地点被适当地移动，那么在装置的任何基本操作原理不发生任何改变的情况下，变压器26可被省略。

有源放大器装置27、28的输入侧的末端是电抗29，输出侧的末端是电抗30。它包括具有恒定放大因数的放大器27和与之串联的幅度控制元件28，该幅度控制单元28的放大可通过幅度控制信号ASS来调节。幅度信号APS是从放大器27和幅度控制元件28之间的节点获得的；由于恒定的放大因数，因此幅度信号APS与输入信号ES成正比。幅度信号APS被传送到频率测量装置31和幅度检测器32。

频率测量装置31根据幅度信号APS产生频率信号FS；频率信号对应于微波振荡器的频率。另一方面，幅度检测器32将幅度信号APS与规定的设定值SW进行比较，并根据该比较结果产生幅度控制信号ASS，该幅度控制信号ASS被用于控制幅度控制元件28的放大因数。幅度控制信号ASS也被提供给信号评估级33。频率信号FS也从频率测量装置31被提供给信号评估级33。

信号评估级33评估该信号，并产生对应于位于测量室22中的纤维组FB的每单位长度的质量的被测值MW和对应于位于测量室22中的纤维组FB的含水量的被测值MF。

图4示出了图3说明的设备20的等效电路图。对于任何特定的谐振频率，原则上，微波谐振器20的电操作能够显示为单个并联谐振电路的等效电路图，或显示为具有单个串联谐振电路的等效电路图的形式。微波谐振器20是由串联谐振电路表示还是并联谐振电路表示的问题，最终是根据使用的耦合类型确定哪个是最方便的问题。

在不限制讨论的一般性的情况下，示出了并联谐振电路的等效电路图将在下面被讨论。此外，已知的对偶原理可被用于找到使用串联谐振电路的等效电路，并通过电容输入和/或输出耦合来替换电感输入和/或输出耦合装置。这些变化可通过使用用于产生导出电路的相似的系统方法被找到。

因此，微波谐振器21的电特征可由并联的电阻器R1、电容器C1和电感器L1表示。因此，从电的角度来看，微波谐振器21是由包含R1、C1和L1的并联谐振电路表示的。测量室22中存在的纤维组FB的干材料含量的质量和湿气含量的质量影响了电阻R1的值和电容C1的值。因此，并联谐振电路R1、C1、L1的品质因数和谐振频率都被改变。然而，因为纤维梳条的干材料的比例对并联谐振电路R1、C1、L1的特征参数的影响与纤维梳条FB的含水量对并联谐振电路的特征参数的影响遵循不同的定律，因此对并联的谐振电路R1、C1、L1的品质因数和谐振频率的了解允许测量室22中存在的纤维组FB的含水量的每单位长度的质量和干成分的每单位长度的质量被找到。图3中示出的、并与微波谐振器21相关联的耦合装置25通过电感器L2被示出在图4中。

在根据本发明的设备20的中心是微波振荡器50。它包括具有通过反馈网络进行反馈的有源放大器装置27、28。反馈网络主要是由变压器26、电感器L2和表示微波谐振器21的并联谐振电路R1、C1、L1组成的。反馈网络的传输因数在并联谐振电路R1、C1、L1的谐振频率处是最高的，并且因此微波振荡器50在并联谐振电路R1、C1、L1的谐振频率处谐振。因此，并联谐振电路R1、C1、L1也被称作频率确定并联谐振电路。

反馈网络在并联谐振电路R1、C1、L1的谐振频率处的传输因数还取决于它的品质因数。在图4中示出的实施方式中，通过调节幅度控制元件28的放大因数，放大器装置27、28的输入信号ES的幅度保持恒定。这是通过将与输入信号ES成正比的幅度控制信号APS与幅度检测器32中的设定值SW进行比较完成的。如果存在差别，那么通过幅度控制信号ASS对幅度控制元件28的放大因数进行改变直到差别消失。在这里，通过增加幅度控制元件28的幅度，并联谐振电路R1、C1、L1的品质因数的减小被补偿。相反地，并联谐振电路R1、C1、L1的品质因数的增加导致幅度控制元件28中的放大的减小，从而有源放大器装置27、28和反馈网络的总放大始终是恒定的。现在，幅度控制信号ASS的值是并联谐振电路R1、C1、L1的品质因数的度量。

因此，无需像已知微波设备中完成的那样记录谐振曲线，示出的设备20可产生对应于微波谐振器21的谐振频率的信号FS和对应于微波谐振器21的品质因数的信号ASS。在这里，图4中示出的微波振荡器50根据电感的三点电路的原理工作。

图5示出了根据本发明的设备的又一个实施例。相关联的等效电路图在图6中被示出。与图3和图4中示出的实施方式相比，放大器27和幅度控制元件28的顺序已经被翻转。幅度信号APS′正比于放大器装置27、28的输出信号AS。幅度控制信号ASS是根据幅度信号APS′和设定值SW′产生的，这用于调节幅度控制元件28的放大。示出的电路保证了有源放大器装置27、28的输出信号以恒定的幅度振荡。同样，根据图5和图6的设备保证了有源放大器装置27、28和反馈网络的总放大保持恒定。由于并联谐振电路R1、C1、L1的品质因数的降低引起的反馈网络的放大因数的减小是通过增加放大控制元件28中的放大而被平衡的。因此，对此所需的幅度控制信号ASS是对微波谐振器21的品质因数的度量。

图7示出了根据本发明的设备20的又一个可能的实施方式。在这里，微波谐振器21是通过两端口谐振器的形式被实现的。在这种情况下，向内耦合装置(inward coupling arrangement)34是与微波谐振器21相关联的，通过该向内耦合装置34，放大器装置27、28的输出信号AS被耦合入测量室22。此外，向外耦合装置(outward coupling arrangement)35是与微波谐振器21相关联的，通过该向外耦合装置35，放大器装置27、28的输入信号ES被耦合出测量室22。该装置的剩余结构实质上对应于图3和图4中示出的实施方式。

在根据图8的设备的等效电路图中，向内耦合装置34是由电感器L3表示的。向外耦合装置35是以相同的方式由电感器L4表示的。在这里示出的微波振荡器50根据Meissner振荡器的原理工作。在这里的反馈网络包括电感器L3和L4以及并联谐振电路R1、C1、L1。在这种类型的装置中，并联谐振电路R1、C1、L1的谐振频率再次确定振荡器50的频率。同样地，并联谐振电路R1、C1、L1的品质因数确定了反馈网络的放大因数。以在图3和图4的上下文中已经说明的方式，对应于并联谐振电路R1、C1、L1的谐振频率的频率信号FS被产生，同样产生包含与并联谐振电路R1、C1、L1的品质因数有关的信息的幅度控制信号ASS。然后从这两个信号FS和ASS得到测量室22中存在的纤维组FB的每单位长度的质量的被测值和含水量MF被测值。

图9和图10示出了根据本发明的设备20的又一个实施方式，它的振荡器50是根据Meissner振荡器的原理工作的。然而，与图5和图6中示出的实施方式一样，幅度控制元件28被分配给有源放大器装置27、28的输入，而放大器27被分配给输出。

图11示出了幅度检测器32的实施方式。幅度信号APS或者幅度信号APS′首先由整流电路36进行整流，从而产生已整流的幅度信号APS＂。整流电路36被构造为单向电路，并且它包括二极管38、电阻器39和电容器40。然而，整流器36也可采取中心抽头或桥接电路的形式。

通过差分放大器将已整流的幅度信号APS＂与参考信号REF进行比较，从而产生幅度控制信号ASS。如果示出的幅度检测器32用在前述的设备20中的一个中用于幅度控制，那么调控的时间常数是由包含电阻器39和电容器40的RC电路的时间常数确定的。电阻器39和电容器40的适当的尺寸设定可保证时间常数是短的，从而保证快速的调控。

图12示出了幅度检测器32的又一个优选的实施方式。幅度信号APS或APS′首先通过混合耦合器41被分解到具有未调节的相位的分量(也被称作同相分量)以及相位已经被移动了90度的分量PVK(也被称作正交分量)中。同相分量PGK通过第一平方电路42进行平方，从而产生平方信号PGKQ。相移分量PVK也被第二平方电路43进行平方，从而产生平方信号PVKQ。然后，第一平方信号PGKQ和第二平方信号PVKQ通过求和放大器44被加在一起。然后，通过使用差分放大器45将作为结果得到的信号RS与可调节的参考信号REF进行比较。然后，在差分放大器45的输出端获得幅度控制信号ASS。

可对该电路的功能进行如下说明：同相信号PGK是对应于幅度信号APS、APS’的时变幅度与余弦函数cos(2πft)的乘积，其中f是幅度信号APS、APS’的振荡频率，t是时间。另一方面，正交信号PVK是时变幅度与正弦函数(2πft)的乘积。如果两个信号PGK和PVK被平方并被相加，那么平方的和，即，信号RS，等于时变幅度的平方。在相加期间，正弦函数的平方和余弦函数的平方总计等于值1。按照这种方式，获得了幅度的平方，并且消除了载波信号，而无需低通滤波器或另一个依赖于频率的信号处理(除了前面的混合耦合器)。因此，以最小的时间延迟获得了幅度的平方。从实现快速控制并获得短的测量时间的角度来看这是有利的。

图13示出了两部分式的微波谐振器21的透视图。它包括上面的谐振器部分46和下面的谐振器部分47；当微波谐振器21工作时，这两部分通过某种适当的方式被结合在一起。微波谐振器21的入口开口23具有槽口的形式。它被配置成，在用于测量的微波谐振器的谐振模式中，电磁场的电场线平行于入口开口23，磁场线垂直于它。这保证了电磁场从入口开口23向外辐射被最小化。在该透视图中不可见的出口开口24位于入口开口23的相反侧。在这里，再次地，电磁场线平行于出口开口24。

本发明不局限于示出的和描述的示例性实施方式中。专利权利要求的概述中的修改在任何时候都是可能的。

特别地，根据本发明的设备可被用于确定纤维梳条的密度，或者在考虑含水量的情况下确定纤维梳条的每单位长度的质量。该设备可被设计为执行算法以通过使用微波谐振器的品质因数和频率分别确定含水量和密度。

微波谐振器可至少部分地包括这样的材料，即，其相对于微波是透明的(陶瓷、石英玻璃)，并且它的介电常数尽可能与温度无关。这最特别地涉及位于微波谐振器中用于引导正在被测量的纤维梳条的元件。

此外，微波谐振器可由实质上平行的半圆柱构造。在这种情况下，并且特别是当它被用于梳刷机或并条机的出口时，它可被设计为具有对纤维梳条的同心导向装置的圆柱。此外，特别是当它被用于并条机的入口处时，它可具有用于横向插入纤维梳条的插入槽。

可采取以下措施以避免设备测量中由于温度的影响产生的误差：用低热膨胀系数的材料(例如：不胀钢(invar))构造谐振器，提供用于对谐振器或对整个传感器(包括连接到谐振器的电路的至少一部分)进行热绝缘的装置，和/或提供用于对谐振器或传感器进行加热(例如：使用加热箔)或冷却(例如：借助珀耳帖效应元件)的装置。

也可采取下面的流程以校准根据本发明的设备：通过确定实际频带细度和/或确定实际湿度、确定空谐振，借助于在预运转阶段实验测量时获得的校准曲线，对于多种纤维梳条材料或纤维梳条混合物对谐振器进行校准，其中采取了步骤以保证谐振器完全清除了纤维梳条和任何可能聚积的污垢残留(在首先将纤维梳条分离之后移除纤维梳条、将残留和污垢吹出)。

特别地，根据本发明的纺织机器可为梳刷机或并条机，其中根据本发明的设备被安装为出口传感器。在这些情况中，该设备可被安装在出口圆柱体和轧光辊(calender roller)对之间的牵伸系统的出口处，或者可被定位于紧靠轧光辊对后面。该设备优选地与品质监控系统相关联，借此，如果被制造的纤维梳条的品质下降到门限值之下，那么纺织机器被关闭。

特别地，如果根据本发明的纺织机器是并条机，那么可提供根据本发明的设备作为入口传感器。该设备可被定位于紧靠牵伸系统的前面或被定位于入口区域中，并且可被连接到调控设备，该调控设备可补偿将被牵伸的纤维梳条的每单位长度的质量的变化。

Claims

1.一种设备(20、20’)，其用于纺织机器(1)，特别是用于如并条机(1)、梳刷机或精梳机的纺纱准备机器(1)或用于如纺纱机或卷线机等纺纱厂中的机器，所述设备(20、20’)用于测量束状、可移动纤维组(FB)的每单位长度的质量和/或湿度，所述设备(20、20’)具有包含测量室(22)的微波谐振器(21、21’)，所述纤维组(FB)可通过所述测量室(22)，并且所述设备(20、20’)具有用于确定所述微波谐振器(21、21’)的谐振频率和/或品质因数的装置，所述设备(20、20’)的特征在于，

微波振荡器(50)被提供，所述微波振荡器(50)具有有源放大器装置(27、28)和与所述有源放大器装置(27、28)相关联的反馈网络，所述反馈网络包含等效于LC谐振电路(R1、C1、L1)的频率确定谐振装置，并且其中所述微波谐振器(21、21’)是所述微波振荡器(50)的所述频率确定谐振装置，以使所述微波振荡器(50)的频率是所述微波谐振器(21、21’)的所述谐振频率。

2.根据前述的权利要求所述的设备(20、20’)，其特征在于，频率测量装置(31)被提供以产生对应于所述微波振荡器(50)的频率的频率信号(FS)。

3.根据前述的权利要求所述的设备(20、20’)，其特征在于，所述频率信号(FS)以模拟信号和/或数字信号的形式产生。

4.根据前述的权利要求中之一所述的设备(20、20’)，其特征在于，所述有源放大器装置(27、28)包含幅度控制元件(28)，所述幅度控制元件(28)具有可由幅度控制信号(ASS)调节的放大，从而幅度检测器(32)被提供以产生所述幅度控制信号(ASS)，以使所述有源放大器装置(27、28)与所述反馈网络的总放大保持恒定。

5.根据权利要求4所述的设备(20、20’)，其特征在于，所述有源放大器装置(27、28)是在其线性幅度范围内工作的。

6.根据权利要求4或5所述的设备(20、20’)，其特征在于，所述幅度检测器(32)被设计为将对应于所述有源放大器装置(27、28)的输入信号(ES)的幅度信号(APS)的幅度与设定值(SW)进行比较，以使所述有源放大器装置(27、28)的所述输入信号(ES)以恒定幅度振荡。

7.根据权利要求4或5所述的设备(20、20’)，其特征在于，所述幅度检测器(32)被设计为将对应于所述有源放大器装置(27、28)的输出信号(AS)的幅度信号(APS′)的幅度与设定值(SW′)进行比较，以使所述有源放大器装置(27、28)的所述输出信号(AS)以恒定幅度振荡。

8.根据权利要求4至7所述的设备(20、20’)，其特征在于，所述有源放大器装置(27、28)包含具有恒定放大因数的、与所述幅度控制元件(28)串联的放大器(27)。

9.根据权利要求4至8所述的设备(20、20’)，其特征在于，所述幅度控制信号(ASS)以模拟信号和/或数字信号的形式产生。

10.根据前述权利要求之一所述的设备(20、20’)，其特征在于，信号评估级(33)被提供，所述信号评估级(33)根据频率信号(FS)和/或所述幅度控制信号(ASS)获得所述束状、可移动纤维组(FB)的每单位长度的质量的测量结果(MW、MW’)和/或湿度的测量结果(MF)。

11.根据前述权利要求之一所述的设备(20、20’)，其特征在于，所述微波振荡器(50)被设计成使得所述有源放大器装置(27、28)是在所述有源放大器装置(27、28)的线性幅度范围内工作的。

12.根据前述权利要求之一所述的设备(20、20’)，其特征在于，将所述测量室(22)耦合到所述有源放大器装置(27、28)的所述输入信号(ES)和所述输出信号(AS)的耦合装置(25)被分配给所述微波谐振器(21、21′)。

13.根据前述权利要求之一所述的设备(20、20’)，其特征在于，变压器(26)被提供以实现将所述耦合装置(25)耦合到所述有源放大器装置(27、28)的所述输入信号(ES)和所述输出信号(AS)。

14.根据前述权利要求之一所述的设备(20、20’)，其特征在于，所述微波振荡器(50)被构造为三点振荡器。

15.根据权利要求1至11之一所述的设备(20、20’)，其特征在于，向内耦合装置(34)被分配给所述微波谐振器(21、21′)，通过所述向内耦合装置(34)，所述放大器装置(27、28)的所述输出信号(AS)被耦合入所述测量室(22)，并且向外耦合装置(35)被分配给所述微波谐振器(21、21′)，通过所述向外耦合装置(35)，所述放大器装置(27、28)的所述输入信号(ES)被耦合出所述测量室(22)。

16.根据前述权利要求所述的设备(20、20’)，其特征在于，所述微波振荡器(50)被实现为Meissner振荡器。

17.根据前述的权利要求之一所述的设备(20、20’)，其特征在于，所述幅度检测器(32)具有对所述幅度信号(APS、APS′)进行整流的整流电路(36)和根据已整流的放大信号(APS＂)与可指定的参考信号(REF)产生所述幅度控制信号(ASS)的差分放大器(37)。

18.根据权利要求1至16之一所述的设备(20、20’)，其特征在于，所述幅度检测器(32)具有用于从所述幅度信号(APS)耦合出具有未改变相位的分量(PGK)和具有相移90度的分量(PVK)的优选为混合耦合器(41)的装置、用于对未改变相位的所述分量(PGK)进行平方的第一平方电路(42)、用于对已相移90度的所述分量(PVK)进行平方的第二平方电路(43)、用于产生与所平方的未改变相位的分量(PGKQ)和所平方的相移的分量(PVKQ)之和成正比的比例信号(PS)的求和放大器(44)、和用于通过将所述比例信号(PS)与可指定的参考信号(REF)进行比较来产生所述幅度控制信号(ASS)的差分放大器(45)。

19.根据权利要求1至17之一所述的设备(20、20′)，其特征在于，至少一个FPGA被包含。

20.根据权利要求1至18之一所述的设备(20、20′)，其特征在于，所述微波谐振器(21、21’)和连接到所述微波谐振器的电路(26、27、28、29、30、31、32、33)中的至少一部分，特别是所述变压器(26)、所述放大器(27)、所述幅度控制元件(28)、输入处的终端电阻(29)、输出处的终端电阻(30)、所述频率测量装置(31)、所述幅度检测器(32)和/或所述信号评估级(33)位于同一个外壳中。

21.根据权利要求1至19之一所述的设备(20、20′)，其特征在于，通信接口被提供以用于将所述设备连接到纺织机器(1)上的例如CAN总线的外部通信通道。

22.一种纺织机器(1)，特别是如并条机(1)、梳刷机或精梳机等纺纱准备机器(1)或如纺纱机或卷线机等纺纱厂中的机器，所述纺织机器(1)的特征在于，根据前述权利要求之一的至少一个设备(20、20′)被提供。