CN102031605A - 一种纺机纱线状态的检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纺机纱线状态的检测装置，包括电路板和安装在电路板上的电子控制装置，电子控制装置包括电源电路、处理器，通讯接口电路，第一红外接收单元和第二红外接收单元，信号处理电路连接，红外发射单元。第一红外接收单元和第二红外接收单元设置电路板上，红外发射单元设置在第一红外接收单元和第二红外接收单元的正上方，红外发射单元在处理器的控制下可发射红外光，形成红外光区，纱线从红外光区的中心穿过，投影在第一红外接收单元和第二红外接收单元的中间，由于纱线在运动过程中的左右摆动，引起投射到第一红外接收单元和第二红外接收单元上的红外光不平衡，从而使信号处理电路输出交流电压信号，处理器执行信号检测算法和信号滤波算法对纱线状态进行判断。

Description

一种纺机纱线状态的检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种纺机纱线状态的检测装置及其检测方法，属于纺织电子的技术领域。

背景技术

纺织机上传统的纱线状态检测方式是采用机械式的检测方式。将纱线运动过程中的张力作用于一个带杠杆臂的机械开关，让它闭合，如果纱线扯断或者用完，机械开关弹开进行报警。在纺织车间这样的恶劣环境下长期使用，机械开关容易卡死，造成大量的报废衣料，并且这种检测方式无法检测纱线未断但是不走纱的故障情况。

专利ZL200820082364.9公开一种纱线运动状态光电检测装置，该装置以非接触的方式检测纱线，在纱线的同一侧设置光发射单元和光接收单元，光发射单元所射出的光线与被测纱线所构成的夹角为λ，反射光线与被测纱线所构成的夹角为β，光接收单元将反射光线的光强度转换成电压信号输送至电压信号处理模块。该专利采用红外反射原理进行纱线状态检测，对浅色、光反射好的纱线检测效果好，但是对深色纱线检测效果大大降低，误报率高。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足之处，采用光电式的检测方式，利用纱线在运动过程中的摆动，输出交变信号，该方案原理简单，工作可靠，并且是无接触式的检测方案，对纱线无影响。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种纺机纱线状态的检测装置及其检测方法，包括电路板和安装在所述的电路板上的电子控制装置，所述的电子控制装置包括提供电源的电源电路、执行控制算法的处理器，所述的处理器设置定时器、AD端口，与所述处理器连接的通讯接口电路，其特征在于：还包括第一红外接收单元和第二红外接收单元，所述的第一红外接收单元和第二红外与信号处理电路连接，所述的信号处理电路与所述的处理器的AD端口连接，以及与所述的处理器连接的红外发射单元；所述的控制算法包括信号检测算法和信号滤波算法。

所述的第一红外接收单元和第二红外接收单元设置在所述的电路板上，所述的红外发射单元设置在所述第一红外接收单元和第二红外接收单元的正上方。

所述的红外发射单元在所述处理器的控制下可发射红外光，形成红外光区，纱线从所述的红外光区的中心穿过，投影在所述的第一红外接收单元和第二红外接收单元的中间。

设置所述的第一红外接收单元和第二红外接收单元紧密排列，排列方向与所述的纱线垂直。

所述的纱线在穿过所述的红外光区时，由于运动过程中的左右摆动，引起投射到所述的第一红外接收单元和第二红外接收单元上的红外光不平衡，所述的第一红外接收单元输出电流I1，所述的第二红外接收单元输出电流I2，所述的电流I1和电流I2不相等，因此所述的信号处理电路输出的电压信号U为交流信号，所示的处理器通过所述的AD端口采样所述的电压信号U，所述的电压信号U在所述的纱线处于静止的情况下为直流信号，为平均值Uav，所示的处理器执行所述的信号检测算法检测所述纱线运动状态，其步骤为：

(1)、启动所述的处理器内部的定时器，设定计时时间为时间窗T，然后跳转到步骤(2)执行；

(2)、所述的处理器每隔单位时间Ts通过所述的AD端口对所述的交流信号U进行采样，获得采样值Uk，如果所述的采样值Uk大于所述的平均值Uav的(1+R)倍，对第一计数器COUNT1加1，否则对所述的第一计数器COUNT1清零，当所述的第一计数器COUNT1大于第一阈值M时，对所述的第一计数器COUNT1清零以后跳转到步骤(3)；所述系数R为小于1的系数，所述第一阈值M为设定的判断常数；

(3)、所述的处理器每隔单位时间Ts对所述的AD端口进行采样，获得所述的采样值Uk，如果所述的采样值Uk小于所述的平均值Uav的(1-S)倍，对所述的第一计数器COUNT1加1，否则对所述的第一计数器COUNT1清零，当所述的第一计数器COUNT1大于所述第一阈值M时，对所述的第一计数器COUNT1清零，读取所述处理器的定时器数值得到所述的电压信号U的周期值Ti，并对第二计数器COUNT2加1，如果所述第二计数器COUNT2大于第二阈值N，则跳转到步骤(4)，否则跳转到步骤(2)继续执行；所述系数R为小于1的系数，所述第二阈值N为设定的判断常数；

(4)、如果所述的定时器的计时时间没有超过所述的时间窗T，产生溢出，则判断所述纱线为运动状态，否则判断所述纱线为静止状态，并返回到所述的步骤(1)；所述的时间窗T为最长的信号建立时间。

为了滤除外部振荡引起的所述纱线自身的谐振，在所述的步骤(4)中，如果所述的定时器的计时时间没有超过所述的时间窗T，则所示的处理执行所述的信号滤波算法，其步骤为：

(1)、求取所述的电压信号U的周期均值Tav＝∑Ti/N，i＝1～N；

(2)、求取所述的电压信号U的周期均差值V＝∑|Tav-Ti|/N；

(3)、求取所述的电压信号U的周期偏离系数k＝V/Tav；

(4)、如果所述的周期偏离系数k大于经验系数u，则判断所述纱线为运动状态，否则判断所述纱线为静止状态。

实施本发明的积极效果是：1、结构简单，易于安装；2、检测灵敏度高，误报情况少；3、无接触式的检测方案，对纱线无影响。

附图说明

图1是该装置的安装图；

图2是红外接收单元的安装图；

图3是该装置的原理框图；

图4是信号检测示意图。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步说明：

参照图1-4，一种纺机纱线状态的检测装置，包括电路板1和安装在所述的电路板1上的电子控制装置，所述的电子控制装置包括提供电源的电源电路7、执行控制算法的处理器2，所述的处理器2设置定时器和AD端口，与所述处理器2连接的通讯接口电路8，还包括第一红外接收单元4和第二红外接收单元5，所述的第一红外接收单元4和第二红外5与信号处理电路6连接，所述的信号处理电路6与所述的处理器2的AD端口连接，以及与所述的处理器2连接的红外发射单元3；所述的控制算法包括信号检测算法和信号滤波算法。

所述的电源电路7将外部输入的电源转换成稳定的、所述的电子控制装置可以使用的电源；所述的处理器2内部设置程序存储器，所述的程序存储器装载的程序进行信号检测和集中处理；所述的信号处理电路6对所述的第一红外接收单元4和第二红外接收单元5输出的电流信号进行差动放大，并输出给所述处理器2进行分析判断；所述的通讯接口电路8由所述的处理器2控制，用于与外部系统通讯，发送纱线9的状态信息。

所述的第一红外接收单元4和第二红外接收单元5设置在所述的电路板1上，所述的红外发射单元3设置在所述第一红外接收单元4和第二红外接收单元5的正上方。所述的红外发射单元3在所述处理器2的控制下可发射红外光，形成红外光区。所述的第一红外接收单元4和第二红外接收单元5都可以接收到所述的红外发射单元3发射的红外光线。所述的纱线9从所述的红外光区的中心穿过，形成的阴影投影在所述的第一红外接收单元4和第二红外接收单元5的中间。

并且所述的第一红外接收单元4和第二红外接收单元5紧密排列，排列方向与所述的纱线9垂直。所述的纱线9在穿过所述的红外光区时，由于运动过程中的左右摆动，引起投射到所述的第一红外接收单元4和第二红外接收单元5上的红外光不平衡，所述的第一红外接收单元4输出电流I1，所述的第二红外接收单元5输出电流I2，所述的电流I1和电流I2不相等，因此所述的信号处理电路6输出的电压信号U为交流信号，所示的处理器2通过所述的AD端口采样所述的电压信号U，所述的电压信号U在所述的纱线9处于静止的情况下为直流信号，为平均值Uav，所述的处理器2执行所述的信号检测算法，对所述纱线9运动状态进行检测，其步骤为：

(1)、启动所述的处理器2内部的定时器，设定计时时间为时间窗T，然后跳转到步骤(2)执行；

(2)、所述的处理器2每隔单位时间Ts通过所述的AD端口对所述的交流信号U进行采样，获得采样值Uk，如果所述的采样值Uk大于所述的平均值Uav的(1+R)倍，对第一计数器COUNT1加1，否则对所述的第一计数器COUNT1清零，当所述的第一计数器COUNT1大于第一阈值M时，对所述的第一计数器COUNT1清零以后跳转到步骤(3)；所述系数R为小于1的系数，所述第一阈值M为设定的判断常数；

(3)、所述的处理器2每隔单位时间Ts对所述的AD端口进行采样，获得所述的采样值Uk，如果所述的采样值Uk小于所述的平均值Uav的(1-S)倍，对所述的第一计数器COUNT1加1，否则对所述的第一计数器COUNT1清零，当所述的第一计数器COUNT1大于所述第一阈值M时，对所述的第一计数器COUNT1清零，并对第二计数器COUNT2加1，如果所述第二计数器COUNT2大于第二阈值N，则跳转到步骤(4)，否则跳转到步骤(2)继续执行；所述系数R为小于1的系数，所述第二阈值N为设定的判断常数；

(4)、如果所述的定时器2的计时时间已经超过所述的时间窗T，产生溢出，则判断所述纱线9为静止状态，否则判断所述纱线9为运动状态，并返回到步骤(1)；所述的时间窗T为最长的信号建立时间。

在实际工况下，纺机在工作过程中会产生振动，该振动会传导至所述的纱线9，因此及时此时所述的纱线9处于不输纱的状态，也会在所述的信号处理电路6输出交流信号，从而促使所述的处理器2根据上述的所述信号检测算法判断所述的纱线9出去运动状态，形成误报。

为了滤除外部振荡引起的所述纱线9自身的谐振，在所述的步骤(4)中，如果所述的定时器的计时时间没有超过所述的时间窗T，则所示的处理器2执行所述的信号滤波算法，其步骤为：

(1)、求取所述的电压信号U的周期均值Tav＝∑Ti/N，i＝1～N；

(2)、求取所述的电压信号U的周期均差值V＝∑|Tav-Ti|/N；

(3)、求取所述的电压信号U的周期偏离系数k＝V/Tav；

(4)、如果所述的周期偏离系数k大于经验系数u，则判断所述纱线9为运动状态，否则判断所述纱线9为静止状态。

综上所述，基于精心的设计和有效的控制算法，采用光电式的检测方式，利用纱线在运动过程中的摆动，输出交变信号，该方案原理简单，工作可靠，并且是无接触式的检测方案，对纱线无影响，具有结构简单，易于安装，检测灵敏度高，误报情况少等优点。

Claims (6)

1.一种纺机纱线状态的检测装置及其检测方法，包括电路板和安装在所述的电路板上的电子控制装置，所述的电子控制装置包括提供电源的电源电路、执行控制算法的处理器，所述的处理器设置定时器、AD端口，与所述处理器连接的通讯接口电路，其特征在于：还包括第一红外接收单元和第二红外接收单元，所述的第一红外接收单元和第二红外与信号处理电路连接，所述的信号处理电路与所述的处理器的AD端口连接，以及与所述的处理器连接的红外发射单元；所述的控制算法包括信号检测算法和信号滤波算法。

2.根据权利要求1所述的一种纺机纱线状态的检测装置及其检测方法，其特征是：所述的第一红外接收单元和第二红外接收单元设置在所述的电路板上，所述的红外发射单元设置在所述第一红外接收单元和第二红外接收单元的正上方。

3.根据权利要求1或2所述的一种纺机纱线状态的检测装置及其检测方法，其特征是：所述的红外发射单元在所述处理器的控制下可发射红外光，形成红外光区，纱线从所述的红外光区的中心穿过，投影在所述的第一红外接收单元和第二红外接收单元的中间。

4.根据权利要求2所述的一种纺机纱线状态的检测装置及其检测方法，其特征是：设置所述的第一红外接收单元和第二红外接收单元紧密排列，排列方向与所述的纱线垂直。

5.根据权利要求3或4所述的一种纺机纱线状态的检测装置及其检测方法，其特征是：所述的纱线在穿过所述的红外光区时，由于运动过程中的左右摆动，引起投射到所述的第一红外接收单元和第二红外接收单元上的红外光不平衡，所述的第一红外接收单元输出电流I1，所述的第二红外接收单元输出电流I2，所述的电流I1和电流I2不相等，因此所述的信号处理电路输出的电压信号U为交流信号，所示的处理器通过所述的AD端口采样所述的电压信号U，所述的电压信号U在所述的纱线处于静止的情况下为直流信号，为平均值Uav，所示的处理器执行所述的信号检测算法检测所述纱线运动状态，其步骤为：

(1)、启动所述的处理器内部的定时器，设定计时时间为时间窗T，然后跳转到步骤(2)执行；

(2)、所述的处理器每隔单位时间Ts通过所述的AD端口对所述的交流信号U进行采样，获得采样值Uk，如果所述的采样值Uk大于所述的平均值Uav的(1+R)倍，对第一计数器COUNT1加1，否则对所述的第一计数器COUNT1清零，当所述的第一计数器COUNT1大于第一阈值M时，对所述的第一计数器COUNT1清零以后跳转到步骤(3)；所述系数R为小于1的系数，所述第一阈值M为设定的判断常数；

(3)、所述的处理器每隔单位时间Ts对所述的AD端口进行采样，获得所述的采样值Uk，如果所述的采样值Uk小于所述的平均值Uav的(1-S)倍，对所述的第一计数器COUNT1加1，否则对所述的第一计数器COUNT1清零，当所述的第一计数器COUNT1大于所述第一阈值M时，对所述的第一计数器COUNT1清零，读取所述处理器的定时器数值得到所述的电压信号U的周期值Ti，并对第二计数器COUNT2加1，如果所述第二计数器COUNT2大于第二阈值N，则跳转到步骤(4)，否则跳转到步骤(2)继续执行；所述系数R为小于1的系数，所述第二阈值N为设定的判断常数；

(4)、如果所述的定时器的计时时间没有超过所述的时间窗T，产生溢出，则判断所述纱线为运动状态，否则判断所述纱线为静止状态，并返回到所述的步骤(1)；所述的时间窗T为最长的信号建立时间。

6.根据权利要求5所述的一种纺机纱线状态的检测装置及其检测方法，其特征是：为了滤除外部振荡引起的所述纱线自身的谐振，在所述的步骤(4)中，如果所述的定时器的计时时间没有超过所述的时间窗T，则所示的处理执行所述的信号滤波算法，其步骤为：

(1)、求取所述的电压信号U的周期均值Tav＝∑Ti/N，i＝1～N；

(2)、求取所述的电压信号U的周期均差值V＝∑|Tav-Ti|/N；

(3)、求取所述的电压信号U的周期偏离系数k＝V/Tav；

(4)、如果所述的周期偏离系数k大于经验系数u，则判断所述纱线为运动状态，否则判断所述纱线为静止状态。

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