CN101806647A - 智能化微张力传感器 - Google Patents

Abstract

一种智能化微张力传感器，属于工业自动化控制装置。包括具有壳腔且配有壳盖的壳体；一信号数字处理控制电路板，固定在壳腔中；一涡流线圈，固定在信号数字处理控制电路板上；上、下导纱片和受力导纱片，位于壳腔的一端的壳壁外，其中，上、下导纱片与壳壁固定，且保持上下对应，受力导纱片位于上、下导纱片之间，且与上、下导纱片的位置错开；一位移传动杠杆，该位移传动杠杆的中部设置在壳体的壳腔中，一端穿过壳体的壳壁与受力导纱片固定，另一端固接有一涡流产生片，该涡流产生片对应于涡流线圈的轴向的一侧。具有使用寿命长、稳定性好、不受使用现场的环境温度影响、检测精度高并且制作和安装使用方便和价格低廉的长处。

Description

智能化微张力传感器

技术领域

本发明属于工业自动化控制装置技术领域，具体涉及一种智能化微张力传感器，特别适用于纱线在运动中所受张力的检测，此外还可适用于对电线电缆、光纤光缆、磁带、钢带或塑料薄膜之类的物体在运动中受力的检测和传感。

背景技术

就纺织行业而言，在纺织工艺过程中，纱线张力的变化会直接影响纱线质量以及影响织物的品质，因此在九十年代中期，在以自动络筒机为代表的纺织机械中，特别是国际先进机型的自动络筒机和并线机等均配备张力传感器，实现纱线张力的闭环控制。由于生产设备需用的传感器数量众多，受设备制造成本的制约，不可能采用价格昂贵的仪器级的张力传感器，因此采用的生产线级传感器精度低，制约了设备张力控制指标的提高。而在我国甚至连生产线级的自动络筒机和并纱机上传感器的应用也甚少。

由法国生产的生产线级微张力传感器是一种基于金属电阻式变化的模拟信号微张力传感装置，这种传感器价格低，应用量大，但由于技术指标低，一致性差，又由于目前尚无技术指标好的传感器替代，因此纺织机械生产厂商不得不接受此类传感器。由瑞士生产的基于陶瓷基板电阻式应变片的模拟信号微张力传感器相对于前述的法国产的模拟信号微张力传感器而言，有精度高以及一致性稍好，但是价格甚为昂贵，难以推广到自动络筒机或并线机上，至今用的很少。

上面提及的仪式器级的张力传感器以及法国产和瑞士产的张力传感器均采用电阻式应变片技术，由于元件材料性能的离散型，易造成绝对精度一致性差，并且由于受基本原理的制约，使用寿命相对较短，持久稳定性、可靠性和环境温度适应性并不理想。此外，还由于生产和调试工艺要求较为严苛，制造成本高。因此一种精度高价格低适合纺织行业生产线使用的微张力传感器，是业内研究探索的重要课题。

中国发明专利申请公开号CN101314878A推荐了一种高速、微张力粗纱在线检测装置，应用于在棉条经过多级拉伸过程中变成粗纱，并在高速加捻过程中保持恒张力的检测，在停车时通过磁感应线圈在不断纱的情况下实现对传感器的零位调整，藉以保证微张力粗纱在线检测的精度。该专利申请方案是基于公开号CN101382465A(动态张力传感器)及公告号CN201301377Y(微张力断线传感器)这两项专利方案中未公开的位于检测端处的传导部件的结构而提出的，也就是说CN101314878A对检测端的传导部件作了改进，具体可参见该专利申请的说明书第2页第1至第3行；工作原理参见说明书第3页第6-13行。该方案属于磁感应范畴，虽有结构简单之长处，但检测的精确性、一致性和稳定性并不会表现出令人满意的程度。

发明专利授权公告号CN100356152C披露了一种自动检测装置的力传感器，该专利同样是以被测物体的张力变化以磁场变化后电压线性变化的形式输出，因此同存前一专利申请方案的欠缺。

针对上述已有技术所存在的欠缺，有必要加以改进，本申请人经过了长时间的探索，找到了解决问题的办法，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

发明内容

本发明的任务在于提供一种使用寿命长、稳定性好、不受环境温度影响、检测精度高以及制造和安装使用方便并且廉价的智能化微张力传感器。

本发明的任务是这样来完成的，一种智能化微张力传感器，包括具有壳腔并且配有壳盖的壳体；一信号数字处理控制电路板，固定在所述的壳腔中；一涡流线圈，固定在所述的信号数字处理控制电路板上，并且与信号数字处理控制电路板电连接；上、下导纱片和受力导纱片，位于所述壳腔的一端的壳壁外，其中：上、下导纱片均与所述壳壁固定，并且两者保持上下对应，而所述受力导纱片位于上、下导纱片之间，并且与上、下导纱片的位置错开，与上、下导纱片共同形成三角形的空间位置关系；一位移传动杠杆，该位移传动杠杆的中部枢轴设置在壳体的壳腔中，一端穿过壳体的壳壁与所述的受力导纱片固定，而另一端固接有一涡流产生片，该涡流产生片对应于所述涡流线圈的轴向的一侧。

在本发明的一个具体的实施例中，在所述的壳腔内并且位于壳腔的长度方向的两端各具有一底座，所述的信号数字处理控制电路板以水平状态固定在底座上。

在本发明的另一个具体的实施例中，所述的位移传动杠杆为一端高而另一端低的台阶形结构。

在本发明的又一个具体的实施例中，所述的信号数字处理控制电路板朝向所述上、下导纱片和受力导纱片的一端设有一中心轴，所述位移传动杠杆的中部开设有一中心轴枢置孔，中心轴枢置孔与中心轴相配合，并且由中心轴卡簧限定。

在本发明的再一个具体的实施例中，所述的位移传动杠杆朝向所述上、下导纱片和受力导纱片的一端的对应两侧各延伸有一翼片，各翼片上套设有一弹簧，在所述壳体的对应壳壁上并且在对应于所述翼片的部位各开设有调整件孔，各调整件孔内配设有调整件，在调整件朝向所述壳腔的一侧的中央延伸有一翼片顶销，翼片顶销与所述翼片的端面相对应，所述弹簧的一端支承在位移传动杠杆的侧壁上，而另一端支承在所述的调整件上。

在本发明的还有一个具体的实施例中，所述的调整件为调整螺钉。

在本发明的更而一个具体的实施例中，所述的上导纱片的一侧的基部具有一第一纱线导引面，所述的受力导纱片的一侧的基部具有一第二纱线导引面，该第二纱线导引面与所述的第一纱线导引面相对应，所述的下导纱片的一侧的基部具有一第三纱线导引面，该第三纱线导引面在下导纱片上的方向与所述第一纱线导引面在上导纱片上的方向相一致。

在本发明的进而一个具体的实施例中，所述的壳体的一端的壳壁上并且在对应于所述受力导纱片的部位开设有一杠杆孔，所述的位移传动杠杆的一端穿过杠杆孔与受力导纱片固定。

在本发明的又更而一个具体的实施例中，所述的上导纱片具有一上导纱片固定座，所述的受力导纱片具有一受力导纱片固定座，而所述的下导纱片具有一下导纱片固定座，其中：上、下导纱片固定座与所述壳体的壳壁固定，而受力导纱片固定座与所述位移传动杠杆固定。

在本发明的又进而一个具体的实施例中，所述的受力导纱片固定座朝向所述位移传动杠杆的一侧开设有一杠杆插孔，所述的位移传动杠杆与杠杆插孔插接固定。

本发明提供的技术方案具有使用寿命长、稳定性好、不受使用现场的环境温度影响、检测精度高并且制作和安装使用方便和价格低廉的长处。

附图说明

图1为本发明的一个具体的实施例结构图。

图2为本发明的第一应用例示意图。

图3为本发明的第二应用例示意图。

具体实施方式

为了使专利局的审查员尤其是公众能够更加清楚地理解本发明的技术实质和有益效果，申请人将在下面以实施例的方式结合附图作详细说明，但是对实施例的描述均不是对本发明方案的限制，任何依据本发明构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的等效变换都应视为本发明的技术方案范畴。

实施例：

请见图1，给出了一个矩形的盒状体的壳体1，该壳体1具有一壳腔11，壳腔11的上部敞口，并且配置有一用于对壳腔11封闭的壳盖14。一块信号数字处理控制电路板2用螺钉22固定在螺钉固定座221上，螺钉固定座221构成于前述的壳腔11内的底座111上。信号数字处理控制电路板2可以由市售渠道获得，例如优选而非限于地采用由中国江苏省苏州市飞翔电子电路有限公司生产的型号为FX-F型电路板。该信号数字处理控制电路板2采用DSP(数字信号处理器)或MCU(单片机)做控制芯片，通过软件控制和外围硬件的支持可以做到：能自动检测LC回路的固有谐振频率，自动产生同频率的激励电压驱动LC振荡回路，忽略线圈生产的参数离散、温度变化和元件劣化的影响，智能化修正振荡频率；能自动进行测量绝对值标定，可以自动检测修正材料和装配差异所带来的精度、线性度和一致性误差，使产品对材料和工艺要求大大降低，并且使精度大幅度提高；输出信号可以输出数字量信号，也可以转化为模拟量输出。

一涡流线圈3通过线圈固定座31固定在信号数字处理控制电路板2上，并且位于信号数字处理控制电路板2的一端即图1所示右端的一侧，与信号数字处理控制电路板2电连接。涡流线圈3也可称为振荡空心线圈，与电容组成为LC并联谐振回路，被前述的信号数字处理控制电路板2的驱动电路激励，产生1-2M赫兹振荡。

各一枚上、下导纱片4、6和一枚受力导纱片5，均位于前述的壳体1的一端即图示左端的壳壁外，并且材料均采用陶瓷片制作。其中，上导纱片4具有一上导纱片固定座42，上导纱片固定座42与壳体1固定，在上导纱片4的一侧的基部构成有一第一纱线导引面41。下导纱片6具有一下导纱片固定座62，下导纱片固定座62与壳体1固定，并且对应于上导纱片4的下方，在下导纱片6的一侧的基部构成有一第三纱线导引面61，第三纱线导引面61在下导纱片6上的位置与第一纱线导引面41在上导纱片4上的位置相同，更具体地讲，第一、第三纱线导引面41、61的方向相同。受力导纱片5位于上、下导纱片4、6之间，该受力导纱片5具有一受力导纱片固定座52，并且受力导纱片5的一侧的基部构成有一第二纱线导引面51，第二纱线导引面51面向前述的第一纱线导引面41。受力导纱片5与上、下导纱片4、6之间形成三角形的位置关系，更具体地讲，第一、第二、第三纱线导引面41、51、61三者呈等腰三角形布置在纱线9(图2和图3示)的纱路上，由上、下导纱片4、6和受力导纱片5强迫纱线(纱路)弯折，形成一个固定角度，使受力导纱片5受力，受力导纱片5在纱线张力作用下产生微渺位移。因为上、下导纱片4、6处于固定的静止状态，而受力导纱片5处于微动状态，即受力导纱片5承受纱线张力所形成的压力并产生微小位移。

一位移传动杠杆7为一端高即图1所示的右端高，而另一端低即图1所示的左端低的台阶形结构，也就是说整根位移传动杠杆7的形状呈Z字形或称之字形。在位移传动杠杆7的长度方向的中部开设有中心轴枢置孔71，而在前述的信号数字处理控制电路板2上并且在对应于中心轴枢置孔71的部位固设有一中心轴21，当中心轴枢置孔71套置到中心轴21上后可用中心轴卡簧211限定，或者用螺母限定。当用中心轴卡簧211对位移传动杠杆7限定时，那么在中心轴21的上端开设中心轴卡簧槽(本实施例即是)，而当用螺母对位移传动杠杆7限定时，那么在中心轴21的上端的外壁加工螺纹。由图1所示，在壳体1的左侧(以图示状态为例)的壁体上开设有一杠杆孔13，位移传动杠杆7的左端穿过杠杆孔13后与预设在前述的受力导纱片固定座52上的杠杆插孔521插接固定。在位移传动杠杆7的左端(图示位置状态为例)的对应两侧各延伸有一翼片72，在各翼片72上套设弹簧721，在壳体1的长度方向的一端的对应两侧的壳壁上各开设有一调整件孔12，调整件孔12与前述的翼片72相对应，在调整件孔12内设有调整件121，在调整件121朝向翼片72即朝向壳腔11的一端端面上并且居于端面的中央延伸有一翼片顶销1211，翼片顶销1211与翼片72相对应，前述的弹簧721的一端支承在位移传动杠杆7的杆体上，另一端则支承在调整件121上。前述的调整件121为调整螺钉。在位移传动杠杆7的右端(图1所示位置状态)用螺钉固设有一材质优选为紫铜的涡流产生片8，该涡流产生片8对应于前述的涡流线圈3的轴向的一侧。

由于位移传动杠杆7的左端固定有受力导纱片5，而右端固定有涡流产生片8，因此当位移传动杠杆7的受力端即固定有受力导纱片5的一端受力时，位移传动杠杆7便绕前述的中心轴21作微小位移，此时，由紫铜片充任的涡流产生片8也产生相应的位移。前述的一对弹簧721即为压力弹簧，弹簧721的作用力作用在位移传动杠杆7上，对位移传动杠杆7施加合适的平衡压力，其压力的大小与纱线9的张力相一致，并且弹簧721的压力大小通过对调整件121的调整来获得。

当涡流产生片8接近涡流线圈3的轴向端面时，涡流线圈3的交变磁通使其产生涡流，产生涡流所造成的损耗相当于在并联谐振回路上的电阻，使Q值下降，电感两端的电压也下降，随着涡流产生片8的距离的变化，电压也随之变化。检测电感两端的电压可以精确检测物体位移量。由于位移量与张力成正比，于是可精确知道张力的变化。可见，用涡流方式检测的位移量精度相当高，可以转化为高精度的压力或张力传感器，因此已有技术中的磁传感器无法与之媲美。

应用例1：

请见图2并且结合图1，本发明的由上述实施例所得到的智能化微张力传感器安装在纺织机械的络筒机上，纱线9从退绕纱管91引出，依次经前述的下导纱片6上的第三纱线导引面61和受力导纱片5上的第二纱线导引面51以及上导纱片4上的第一纱线导引面41后，被卷绕成筒纱92。由图2所示，纱线9在第三、第二、第一纱线导引面61、51、41形成一个等腰三角形的纱路。在纱线9从退绕纱管91退出卷绕成筒纱92的过程中，会产生张力变化，张力变化传递给受力导纱片5，由于受力导纱片5固定于位移传动杠杆7上，因此当受力导纱片5产生与纱线张力大小相一致的位移量时，便由受力导纱片5带动位移传动杠杆7，使涡流产生片8也相应地位移，进而由涡流线圈3将信号反馈给信号数字处理控制电路板2，由信号数字处理控制电路板2处理(具体见申请人在上面的实施例中的说明)。

应用例2：

请见图3并且结合图1，在图3中示意的受力导纱片5的结构与图2的结构即与图1的结构略有不同，在受力导纱片5的居中部位开设Y形的纱线导引槽，纱线9在Y形的纱线导引槽中经过。以及将图2中示意的上、下导纱片4、6减少至一个，即省去了位于受力导纱片5上部的上导纱片4，在下导纱片6的居中部位同样开设Y形的纱线导引槽63，其余均同对应用例1的描述。

Claims (10)

1.一种智能化微张力传感器，其特征在于包括具有壳腔(11)并且配有壳盖(14)的壳体(1)；一信号数字处理控制电路板(2)，固定在所述的壳腔(11)中；一涡流线圈(3)，固定在所述的信号数字处理控制电路板(2)上，并且与信号数字处理控制电路板(2)电连接；上、下导纱片(4、6)和受力导纱片(5)，位于所述壳腔(1)的一端的壳壁外，其中：上、下导纱片(4、6)均与所述壳壁固定，并且两者保持上下对应，而所述受力导纱片(5)位于上、下导纱片(4、6)之间，并且与上、下导纱片(4、6)的位置错开，与上、下导纱片(4、6)共同形成三角形的空间位置关系；一位移传动杠杆(7)，该位移传动杠杆(7)的中部枢轴设置在壳体(1)的壳腔(11)中，一端穿过壳体(1)的壳壁与所述的受力导纱片(5)固定，而另一端固接有一涡流产生片(8)，该涡流产生片(8)对应于所述涡流线圈(3)的轴向的一侧。

2.根据权利要求1所述的智能化微张力传感器，其特征在于在所述的壳腔(11)内并且位于壳腔(11)的长度方向的两端各具有一底座(111)，所述的信号数字处理控制电路板(2)以水平状态固定在底座(111)上。

3.根据权利要求1所述的智能化微张力传感器，其特征在于所述的位移传动杠杆(7)为一端高而另一端低的台阶形结构。

4.根据权利要求1所述的智能化微张力传感器，其特征在于所述的信号数字处理控制电路板(2)朝向所述上、下导纱片(4、6)和受力导纱片(5)的一端设有一中心轴(21)，所述位移传动杠杆(7)的中部开设有一中心轴枢置孔(71)，中心轴枢置孔(71)与中心轴(21)相配合，并且由中心轴卡簧(211)限定。

5.根据权利要求1所述的智能化微张力传感器，其特征在于所述的位移传动杠杆(7)朝向所述上、下导纱片(4、6)和受力导纱片(5)的一端的对应两侧各延伸有一翼片(72)，各翼片(72)上套设有一弹簧(721)，在所述壳体(1)的对应壳壁上并且在对应于所述翼片(72)的部位各开设有调整件孔(12)，各调整件孔(12)内配设有调整件(121)，在调整件(121)朝向所述壳腔(11)的一侧的中央延伸有一翼片顶销(1211)，翼片顶销(1211)与所述翼片(72)的端面相对应，所述弹簧(721)的一端支承在位移传动杠杆(7)的侧壁上，而另一端支承在所述的调整件(121)上。

6.根据权利要求5所述的智能化微张力传感器，其特征在于所述的调整件(121)为调整螺钉。

7.根据权利要求1或4或5所述的智能化微张力传感器，其特征在于所述的上导纱片(4)的一侧的基部具有一第一纱线导引面(41)，所述的受力导纱片(5)的一侧的基部具有一第二纱线导引面(51)，该第二纱线导引面(51)与所述的第一纱线导引面(41)相对应，所述的下导纱片(6)的一侧的基部具有一第三纱线导引面(61)，该第三纱线导引面(61)在下导纱片(6)上的方向与所述第一纱线导引面(41)在上导纱片(4)上的方向相一致。

8.根据权利要求1所述的智能化微张力传感器，其特征在于所述的壳体(1)的一端的壳壁上并且在对应于所述受力导纱片(5)的部位开设有一杠杆孔(13)，所述的位移传动杠杆(7)的一端穿过杠杆孔(13)与受力导纱片(5)固定。

9.根据权利要求1所述的智能化微张力传感器，其特征在于所述的上导纱片(4)具有一上导纱片固定座(42)，所述的受力导纱片(5)具有一受力导纱片固定座(52)，而所述的下导纱片(6)具有一下导纱片固定座(62)，其中：上、下导纱片固定座(42、62)与所述壳体(1)的壳壁固定，而受力导纱片固定座(52)与所述位移传动杠杆(7)固定。

10.根据权利要求9所述的智能化微张力传感器，其特征在于所述的受力导纱片固定座(52)朝向所述位移传动杠杆(7)的一侧开设有一杠杆插孔(521)，所述的位移传动杠杆(7)与杠杆插孔(521)插接固定。

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