CN101851850A - 一种纱疵检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纱疵检测方法，用于纺织行业对纱线上的纱疵进行检测。本发明通过直流放大电路对电容传感器检测到的电信号放大输出，从而保留了纱线的平均值电信号，并将放大后的电信号中的直流分量归一化为恒定值。本发明方法可以检测逐渐变化的纱疵，具有更高的检测准确率。本发明还公开了一种纱疵检测系统，可以在检测纱疵时保留纱线的平均值电信号，并将纱线的平均值电信号归一化为恒定值输出。

Description

一种纱疵检测方法及系统

技术领域

本发明涉及纱线质量检测技术领域，尤其涉及一种纱疵的检测方法及检测系统。

背景技术

纱疵检测系统是纺织行业用来对纱线上的疵点进行检测，并按照疵点的粗、细程度进行分析记录的质量监测设备，对于改善纺纱生产工艺，指导清纱器的应用，获取最佳清除效率，达到最佳产量、质量的统一具有重要的作用。

目前纱疵检测方法大致可分为基于电容传感的方法、基于光电传感的方法和基于图像处理的方法等，其中电容传感方法由于技术成熟、实现简单，是目前最多使用的方法。它的原理是利用平板电容传感器来获取纱线信息。纱线在一个由两块平行极板形成的电容之间运行，根据电容的物理定理可以知道一个电容器的电容量决定于两块平行极板的面积、板间距离、板间物质的介电系数和板间电场的分布状况。当板间没有纱线时板间介质基本上是空气，极板电容为C1。当板间投入纱线时，极板电容为两个不同电容的迭加形式，其中一个电容是由极板中空气所占据的极板空间形成的电容，另一个电容是由纱线所占据的极板空间形成的电容。由于这两个电容以并联方式存在，所以可以认为此时的极板电容C＝C1+C2，其中C1是以空气为介质的电容，C2是以纱线和空气的混合物为介质的电容。当满足一定的填充条件且忽略极板边缘效应时，电容器的容量与极板间的纱线质量近似成正比。疵点从极板间经过会引起电容量的改变，后接电桥电路即可将电容量的变化转换为电压信号的起伏，并通过控制模块将电压变化量与预先设定的基准进行比较判断，从而实现对疵点的检测。

目前电容传感式的纱疵检测方法都是相对测量。所谓相对测量是指纱线在检测区运行时，放大器的输出不保存纱线平均值的电信号，这种信号处理称其为相对测量。相对测量电路由电容传感器和交流放大电路组成，它输出的是表征纱线质量变化的交流分量，与测量电路连接的控制单元接收到该交流分量后与预先设定的基准进行比较，判断纱线上的纱疵，该方法可以检测出跳变的纱疵，但是对逐渐变粗(或细)的纱疵不能判别，所以不能保证数据的准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够克服现有电容传感式纱疵检测方法的不足，能够有效检测逐渐变粗(或变细)的纱疵的检测方法。本发明是通过使用绝对测量的方法来实现上述目的的，所谓绝对测量是指纱线在检测区运行时，放大器的输出始终保存纱线的平均值电信号，这种信号处理称其为绝对测量。在该方法中，放大器使用直流放大器或特殊型式的直流放大器。因此，它既保留了纱线的直流分量(即纱线的平均值电信号)，又保留了纱疵的交流分量。所以，绝对测量不仅能清除一般纱疵，更重要的是清除逐渐变粗和逐渐变细的长粗节和长细节纱疵。

采用绝对测量的方式就是保留纱线的平均值电信号。但由于纱线的粗细和材料的不同，使得原纱输出的电压差有20倍，若在此基准上进行纱疵鉴别，动态范围较大，电路实现较困难。为了缩小动态范围，从而降低电路复杂度，本发明对纱线进行归一化处理，即使不同纱线品种、不同支数的纱线原纱经过放大电路放大处理后，输出的平均电压值相同，这样对后续纱疵检测带来方便。

下面对本发明采用的归一化的原理及实现方案作出简要介绍：

原纱是指不含纱疵的正常纱线，即纱线平均值。任何一种纱线我们都可用支数、材料系数来描述。支数反映纱线的粗细程度，材料系数反映的是纱线的品种，如棉的名义材料系数为7.5，涤纶的名义材料系数为3.5。支数、材料系数共同决定纱线在通过某一探测机构时输出的平均电压，即支数电压。通过大量的试验发现，在检测机构不变且恒温恒湿的条件下，不同品种、不同支数的纱线，其支数—材料系数—支数电压间存在如下关系：

(1)支数电压一定时，材料系数与Lg(支数)的值成正比；

(2)材料系数一定时，支数电压与支数成反比

需要说明的是：纱线支数可以用Nm(公支)、Nec(英支)、New(毛英支)表示，上述关系只有在使用公支时才成立，以下所述支数均指公支。

由此可以得到在检测机构不变且恒温恒湿的条件下，任意纱线支数电压Vs与其支数Nx及材料系数Mx之间关系的经验公式如下：

$\mathrm{Vs}=\frac{K2}{\mathrm{Nx}\×[(M0-\mathrm{Mx})\×K1\%+1]}$

其中，M0为预先设定的材料系数值，为一常数；K1、K2两个系数，在恒温恒湿以及同一探测机构的条件下，当M0取值固定时，两者均为常量，可以通过实验测得；公式中的支数均为公支值；

因此我们可以预先设定一个固定的材料系数M0，并根据试验测得在恒温恒湿以及同一探测机构的条件下的两个系数K1、K2，这样利用上述公式就可得到任意纱线(支数为Nx，材料系数为Mx)通过该探测机构时输出的支数电压Vs，进而通过与探测机构相连接的可调整放大量的放大处理单元对支数电压Vs按照相应的放大量进行放大处理，使放大处理后得到的直流分量输出电压Vout为一恒定值。具体的说，按照如下方法进行纱疵检测：

一种纱疵检测方法，首先通过由电容传感器和直流放大电路构成的检测机构将通过该检测机构的纱线的质量变化转换为包括反映纱线平均质量的直流分量和反映纱线质量变化的交流分量的电信号；然后通过一个放大处理单元将反映纱线平均质量的直流分量进行归一化处理，使不同支数、不同材料系数的纱线经过处理后输出的直流分量为一恒定值；最后通过将归一化后的电信号与预先设定的基准进行比较，从而实现纱疵的检测。

上述方法中任意纱线的支数Nx及材料系数Mx只是名义上的，实际上由于纱线总存在着支数偏离、回潮以及混纺不均等因素并受环境温湿度的影响，其实际的支数电压Vs′可能会有偏差，从而导致按照设定的放大量进行放大时，实际直流分量输出电压Vout′不等于设定的恒定输出电压Vout。此时可以按照实际的直流分量输出电压Vout′对设定的放大量进行修正，从而使实际检测时放大处理单元输出的电压等于预先设定的恒定值Vout。

上述的纱疵检测方法可以通过如下系统实现：

一种纱疵检测系统，包括控制模块、检测机构和放大处理单元；其中检测机构由电容传感器和与电容传感器相连接的直流放大电路构成；放大处理单元由数字可变增益放大器及与其相连接的处理器构成；所述直流放大电路的输出端与数字可变增益放大器的输入端连接；数字可变增益放大器的输出端与控制模块的输入端连接。

相比现有的纱疵检测系统，本发明的纱疵检测系统由于使用了绝对测量的方法，可以检测逐渐变粗(或变细)的纱疵；而且由于使用了归一化的方法，将任意纱线的平均直流电压分量转化为恒定值输出，从而大大简化了电路的复杂度。

附图说明

图1为本发明纱疵检测系统的结构框图；

图2为本发明具体实施方式的原纱的支数-材料系数-支数电压之间的关系曲线，其中a为支数电压一定时，材料系数与支数对数之间的关系曲线；b为材料系数一定时，支数电压与支数之间的关系曲线；

图3为本发明具体实施方式探测机构中直流放大电路的电路原理图；

图4为本发明具体实施方式中放大处理单元的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

一种纱疵检测系统，如附图1所示，包括控制模块、检测机构和放大处理单元；其中检测机构由电容传感器和与该电容传感器相连接的直流放大电路构成；放大处理单元由数字可变增益放大器、A/D转换器及处理器构成；所述直流放大电路的输出端与数字可变增益放大器的输入端连接；数字可变增益放大器的输出端与A/D转换器的输入端连接，A/D转换器的输出端与处理器连接；

本实施方案中，与电容传感器相连接的直流放大电路电路原理图如附图3，其放大倍数为51.89；本实施方案的放大处理单元电路原理图如附图4所示，采用双八位的D/A转换器作为可变增益放大器。

使用本系统进行纱疵检测时，按照如下步骤进行：

A、将待检测纱线的支数Nx和材料系数Mx输入控制模块；

B、控制模块将输入的数据传输给放大处理单元，放大处理单元根据以下公式计算对应的放大量α：

$\mathrm{\α}=\frac{\mathrm{Vout}\×\mathrm{Nx}\×[(M0-\mathrm{Mx})\×K1\%+1]}{K2}$

其中，Vout为放大处理单元输出的直流分量，为预先设定的恒定值；M0为预先设定的材料系数值，为一常数；K1、K2两个系数，在恒温恒湿以及同一探测机构的条件下，且M0取值固定时，两者均为常量，通过实验测得；待检测纱线的支数为公支值；

本实施方案中，利用本系统中的探测机构在恒温恒湿条件下测量得到的原纱支数、材料系数、支数电压之间的关系如附图2所示，可以看到在支数电压Vs一定时，材料系数Mx与支数的对数值lgNx成正比；材料系数Mx一定时，支数电压Vs与支数Nx成反比；只要任意设定一个材料系数M0，即可根据实验数据获得相应的K1、K2这两个系数的值，本实施方案中，取M0＝6，得到相应的K1＝6.2，K2＝1000；将这两个系数代入上式中即可求得放大量α。

C、放大处理单元按照步骤B得到的放大量α对探测机构输出电压信号进行放大处理并将放大处理后的电信号转换为数字信号传输给控制模块；

C1、放大处理单元按照放大量α对探测机构输出的电信号进行放大处理并将放大处理后的电信号转换为数字信号传输给控制模块；

C2、放大处理单元将放大处理后得到的实际直流电压分量Vout′与预先设定的恒定值Vout进行比较，如两者的偏差超出预先设定的范围，则发送出错信号给控制模块，提示重新输入正确的纱线支数和材料系数；如两者存在偏差但偏差未超出预先设定的范围，则根据实际直流电压分量Vout′重新计算放大量α′，并用新得到的放大量α′取代原储存的放大量α后，转至步骤C1；如两者不存在偏差，则直接转至步骤C1。

在本实施方案中，探测机构的输出作为双八位D/A转换器的基准电压V_Re fA，处理器按照输入的待测纱线的支数和材料系数计算放大量α，并将该放大量α传输给双八位D/A转换器，双八位D/A转换器按照该放大量对探测机构输出的反映纱线平均质量的直流分量进行放大并通过对应的A/D转换器将直流分量模拟信号转换为数字信号输出给处理器；

本实施方案中，处理器将双八位D/A转换器输出端的电压值Vout′与预先设定的归一化后的直流电压分量输出Vout进行比较，并通过预先编好的程序判断

是否大于0.2，如是，则判定支数出错，发送出错信号给控制模块，提醒重新输入正确的支数；如否，且

时，则按照如下公式计算出Nx：

$\mathrm{Nx}=\frac{{\mathrm{Vout}}^{\′}}{K2\×\mathrm{\α}}$

上述公式可以从中推导出来，即将实际的待检测纱线等价成材料系数为6，支数为Nx的纱线，即Mx＝M0＝6，此时即可得到 $\mathrm{Nx}=N0=\frac{{\mathrm{Vout}}^{\′}}{K2\×\mathrm{\α}};$

然后根据计算得到的Nx，查询预先编制在软件中的放大量—支数对应数据表(材料系数为6)即可得到相应的放大量α′，用新得到的放大量α′取代原储存的放大量α，然后继续进行放大处理；

D、控制模块将放大处理单元输出的电信号与预先设定的基准进行比较来实现纱疵的检测；

本实施方式中控制模块使用现有技术即可，仅需在原设定的基准上叠加恒定的直流分量即可。

本发明的纱疵检测系统，也可由若干检测机构、若干放大处理单元并联，并由一套控制模块进行控制，从而实现多锭纱线(例如6锭)同时在线检测，提高检测效率；也可与清纱设备结合，实现纱疵的在线检测清理。

Claims (7)

1.一种纱疵检测方法，由电容传感器和放大电路构成的探测机构将通过该探测机构的纱线的质量变化转换为电信号并传输给控制模块，控制模块将接收到的电信号与预先设定的基准进行比较来实现纱疵的检测，其特征在于：所述放大电路为直流放大电路，探测机构输出的电信号包括反映纱线平均质量的直流分量和反映纱线质量变化的交流分量。

2.如权利要求1所述纱疵检测方法，其特征在于：通过一个放大处理单元对所述探测机构输出的反映纱线平均质量的直流分量进行归一化处理，使不同支数、不同材料系数的纱线经过处理后输出的直流分量为一恒定值，所述归一化处理具体通过以下步骤实现：

A、将待检测纱线的支数Nx和材料系数Mx输入控制模块；

B、控制模块将输入的数据传输给放大处理单元，放大处理单元根据以下公式计算对应的放大量α：

$\mathrm{\α}=\frac{\mathrm{Vout}\×\mathrm{Nx}\×[(M0-\mathrm{Mx})\×K1\%+1]}{K2}$

其中，Vout为放大处理单元输出的直流分量，为预先设定的恒定值；M0为预先设定的材料系数值，为一常数；K1、K2两个系数，在恒温恒湿以及同一探测机构的条件下，且M0取值固定时，两者均为常量，通过实验测得；待检测纱线的支数为公支值；

C、放大处理单元按照步骤B得到的放大量α对探测机构输出电压信号进行放大处理并将放大处理后的电信号转换为数字信号传输给控制模块；

D、控制模块将放大处理单元输出的数字信号与预先设定的基准进行比较来实现纱疵的检测。

3.如权利要求2所述纱疵检测方法，其特征在于：所述步骤C具体包括以下各步骤：

C1、放大处理单元按照放大量α对探测机构输出的电信号进行放大处理并转换为数字信号传输给控制模块；

C2、放大处理单元将放大处理后得到的实际直流电压分量Vout′与预先设定的恒定值Vout进行比较，如两者的偏差超出预先设定的范围，则发送出错信号给控制模块，提示重新输入正确的纱线支数和材料系数；如两者存在偏差但偏差未超出预先设定的范围，则根据实际直流电压分量Vout′重新计算放大量α′，并用新得到的放大量α′取代原储存的放大量α后，转至步骤C1；如两者不存在偏差，则直接转至步骤C1。

4.如权利要求3所述纱疵检测方法，其特征在于：所述预先设定的范围是指两者的偏差小于或等于20％。

5.一种纱疵检测系统，包括控制模块和探测机构，其中探测机构由电容传感器以及与电容传感器相连接的放大电路构成，其特征在于：所述探测机构中与电容传感器相连接的放大电路为直流放大电路。

6.如权利要求5所述的纱疵检测系统，其特征在于：还包括一个放大处理单元；所述放大处理单元包括数字可变增益放大器、A/D转换器及处理器。

7.如权利要求6所述的纱疵检测系统，其特征在于：所述数字可变增益放大器是双八位的D/A转换器。

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