CN102183552B - 纤维监视设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于计算机的纤维生产监视系统包括至少一个传感器、以及与所述传感器通信的计算机服务器。配置每个传感器以提供数据分组，每个数据分组与各个纺丝流水线相关联，以及提供上拉伸经过纺丝流水线上的传感器、并缠绕在筒子上的纤维的至少一个物理特性的测量值。配置计算机服务器，以基于所述测量值中的每个纺丝流水线和每个筒子，来提供对所述至少一个物理特性的分析。将传感器配置为电场传感器，并包括绝缘基板、位于所述基板上的多个非接触电极、以及扩展横穿过所述基板的通路。电极彼此交织。通路的一部分与电极的一部分耦合，以及通路的另一部分与电极的另一部分耦合。

Description

纤维监视设备和方法
本申请是2005年6月29日提交的中国专利申请No.200580028878.5的发明名称为“纤维监视设备和方法”的分案申请。
技术领域
本发明涉及用于监视生产多长丝纤维的机制。更具体地，本发明涉及用于实时监视多长丝纤维物理特性的方法和设备。
背景技术
在纺织生产中，从“纺丝拉伸”(spin-draw)过程中形成合成纤维，其中，将诸如聚酯或尼龙之类的溶化聚合物纺成长丝，并被捻转到一起以形成单个纤维。然后拉伸纺成的纤维，改变纤维的弹性、抗拉强度和直径。在该过程中，典型地，将液体乳胶或“整理剂”涂敷于纤维以润滑长丝，从而减少了由处理机器的运动所生成的静电。此外，典型地，通过使拉伸的纤维受到加压的空气喷射，在纤维上形成交织节点，从而沿纤维在周期性的间隔处将各个长丝粘合在一起。
纤维松密度、整理剂、旦尼尔(denier)或交织节点分布的均匀性的不足会引起在织造过程中纤维缠结或断开、或者纤维染色的不规则性，这导致了最终用户的生产线的停止，付出大的代价。因此，尝试在生产期间实时地监视纤维的物理特性，以在运送到最终用户之前识别纤维中的缺陷。
例如，Fabbri(US 4,706,014)和Meyer(US 5,394,096)使用电容传感器来分别测量聚合物纤维的直径和旦尼尔。然而，电容传感器可以仅检测旦尼尔的大变化。此外，不可以使用电容传感器来监视对纺织用户来说非常重要的其它纤维特性，如整理剂、松密度、节点数和节点性质。
Sakai(US 4,491,831)使用光电晶体管来检测纱线不规则性。光电晶体管响应纱线不匀性来生成模拟信号。对模拟信号进行数字化，然后进行实时的频率分析，从而检测周期性和非周期性的纱线不规则性。然而，不可以使用光电晶体管来监视对纺织用户来说非常重要的其它纤维特性，如整理剂、松密度、节点数和节点性质。
Felix(US 4,888,944)监视一对工艺参数(如，纱线张力和速度)，以检测旦尼尔、长丝断开和缺少整理剂。然而，使用所公开的监视参数，可以监视对纺织用户来说非常重要的其它纤维特性，如松密度、节点数和节点性质。
Instrumar公司(CA 2,254,426)使用电场传感器，用于实时地测量物理纤维特性。当将纤维拉伸经过传感器时，纤维物理特性的改变导致了在电极中感应出电流。比较对已知纤维剖面所感应的电流的幅值和相位中的改变，允许Instrumar来实时地监视所拉伸的纤维的旦尼尔、整理剂和交织。然而，电极对于靠近纤维的电场中的改变非常敏感，从而降低了传感器对于所期望的纤维特性的灵敏度。此外，不可以使用所描述的传感器测量方法来监视对纺织用户来说非常重要的其它纤维特性，如松密度和节点性质。
因此，需要用于实时监视多长丝纤维物理特性的改进机制。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了基于计算机的纤维生产监视系统，该系统包括至少一个传感器、与该至少一个传感器通信的计算机服务器。配置传感器，以在将纤维拉伸经过纺丝流水线上的传感器、以及缠绕在筒子上时提供纤维的至少一个物理特性的指示。配置计算机服务器，以基于来自该指示的每个纺丝流水线(和/或每个筒子)，来分析至少一个物理特性。
根据本发明的一个实施方式，纤维生产监视系统还包括用于保留指示的测量数据库，以及配置计算机服务器，以提供对至少一个物理特性的分析的历史记录。还将计算机服务器配置为，将每个指示与为物理特性建立的工艺限制进行比较，以及根据每个指示与相关联的工艺限制的偏离，来激活警报。在一个变体中，配置计算机服务器，以将每个指示与为物理特性建立的各个工艺限制进行比较，以及根据指示中的至少两个与相关联的工艺限制的偏离，来激活警报。
优选地，该指示包括物理特性的定期测量，以及配置传感器，以对所采用的测量进行本地缓冲，以及在接收到来自计算机服务器的数据请求时，将缓冲的测量传输至计算机服务器。此外，优选地，传感器包括电场传感器和与该电场传感器耦合的传感器处理单元，以及配置传感器处理单元，以通过在将纤维拉伸经过电场传感器时监视在电场中感应的电流信号的振幅，来提供至少一个测量。
根据本发明的第二方面，电场传感器包括绝缘基板；位于该基板上的多个非接触电极；以及与电极耦合、并横向延伸经过该基板的多个传感器。优选地，电场传感器还包括位于电极上的绝缘体，以及电极包括第一电极部分、以及与第一电极部分交织的第二电极部分。导体包括第一导体部分和第二导体部分，其中，导体的第一部分与第一电极部分耦合，导体的第二部分与第二电极部分耦合。绝缘体包括陶瓷或玻璃，氧化铝是优选的陶瓷。此外，在基板上，电极彼此平行，以及导体包括与电极成适合角度的通路(via)。
根据本发明的第三方面，提供了监视纤维生产的基于计算机的方法，该方法包括以下步骤：(1)在计算机服务器处接收数据，每个所述数据与纺丝流水线相关联，以及在将纤维拉伸经过纺丝流水线上的传感器、以及缠绕在筒子上时，包括纤维的至少一个物理特性的指示；以及(2)基于来自该指示的每个纺丝流水线(和/或每个筒子)，来提供对至少一个物理特性的分析。
根据本发明的一个实施方式，计算机服务器包括保留指示的档案，以及，分析提供步骤包括：提供对至少一个物理特性的分析的历史记录。计算机服务器将每个指示与为物理特性建立的工艺限制进行比较；以及根据每个指示与相关联的工艺限制的偏离，来激活警报。在一个变体中，每个数据分组包括多个指示，每个指示与物理特性中的各个相关联，以及接收步骤包括以下步骤(i)在计算机服务器处，将每个指示与为每个物理特性建立的各个工艺限制进行比较；以及(ii)根据指示中的至少两个与相关联的工艺限制的偏离，来激活警报。
根据本发明的第四方面，提供了用于监视纺丝流水线上纤维的生产的基于计算机的方法，该方法包括以下步骤：(1)监视由拉伸经过传感器的纤维在电场中感应的电流信号的振幅；(2)从振幅的测量中检测电流信号中的波峰和波谷；以及(3)从所检测的波峰和波谷中确定纤维的物理特性。
根据本发明的一个实施方式，检测步骤包括以下步骤(1)从振幅测量中识别局部振幅最小值和最大值；(ii)计算与局部最小值相关的局部最大值的极点；以及(iii)排除具有小于预定阈值的相关计算极点的那些局部最大值。
典型地，每个未排除的局部最大值先于每个局部最小值各自的时间段，以及该方法还包括步骤(iv)排除具有大于预定最大时间的相关联的时间段的那些未排除的局部最大值；(v)排除具有小于预定最小时间的相关联的时间段的那些未排除的局部最大值；以及(vi)保留未排除的局部最大值中的保持的那些。
在一个变体中，要确定的物理特性是节点数，以及，物理特性确定步骤包括以下步骤：(a)将振幅测量分割为时间跨距；以及(b)对于每个所述时间跨距，计算来自相关联的保留的局部最大值的各个节点数。在另一变体中，物理特性是节点性质，以及物理特性确定步骤包括，对于每个所述时间跨距，计算相关联的节点数上的相关联极点(height)的平均。
根据本发明的第五方面，提供了用于监视纺丝流水线上的纤维生产的基于计算机的方法，该方法包括以下步骤：(1)监视位于纺丝流水线上的电场传感器的输出；(2)从由电场传感器测量的平均电流、稳定状态噪声和节点数之一中的增加中，检测拉伸经过传感器的纤维的出现；以及(3)从由电场传感器测量的平均电流、节点数和瞬时噪声的减小中，检测纤维的断开，该减小和瞬时噪声在时间上重叠。
根据本发明的一个实施方式，通过检测在电场传感器中感应的电流振幅的波峰、以及计算振幅的平均，来确定平均电流。通过将波峰分隔为时间跨距、以及计算每个所述时间跨距上的波峰幅值平均的平均值，来计算平均振幅。通过检测在电场传感器中感应的电流振幅中的波峰、将峰值分隔为时间跨距、以及对每个所述时间跨距上的波峰幅值进行求和，来确定噪声。通过检测在电场感应器中感应的电流振幅的波峰、以及从所检测的波峰中计算节点数，来确定节点数。通过将波峰分割为时间跨距、以及为每个所述时间跨距的波峰计数，来计算节点数。
根据本发明的第六方面，提供了用于监视纺丝流水线上的纤维生产的基于计算机的方法，该方法包括以下步骤：(1)监视多个电场传感器的输出，每个电场传感器位于多个纺丝流水线中的各个纺丝流水线上，每个所述纺丝流水线具有多长丝纤维；以及(2)当将每个所述纤维拉伸经过各个电场传感器时，从在电场传感器中感应的电流信号幅值的改变中检测长丝从在纺丝流水线中的另一个的纤维中的纺丝流水线之一中出现。
根据本发明的一个实施方式，通过监视一个纺丝流水线上振幅的正向改变、以及监视另一纺丝流水线上振幅的负向改变，来检测长丝的出现。
附图说明
现在参照附图，仅作为示例来描述本发明，其中：
图1是根据本发明的基于计算机的纤维生产监视系统的示意图，描述了传感器、传感器监视器、计算机服务器和测量数据库；
图2a是图1中描述的传感器(电场传感器)之一的示意图；
图2b是图2a中描述的电场传感器的顶视图；
图2c和2d是电场传感器的截面图；
图3a是由传感器处理单元创建的数据分组的结构的示意图；
图3b是由传感器监视器创建的数据记录结构的示意图；
图4是计算机服务器结构的示意图，描述了在该计算机服务器上执行的软件；
图5是通常描述了纤维生产监视系统的操作方法的流程图；
图6是详细描述了纤维生产监视系统的操作方法的流程图，其中，图6a描述了由传感器处理单元和传感器监视器所执行的步骤，以及图6b描述了由计算机服务器同时执行的步骤；
图7a是描述了对于交织节点位置的感应电流幅值中的变化的波形；
图7b和7c共同包括描述了使用纤维生产监视系统来确定节点数和节点性质的方法的流程图；
图8(包括图8a至8e)是使用纤维生产监视系统来确定丝线出现的方法的流程图；
图9(包括图9a至9b)是描述了使用纤维生产监视系统来确定跨接事件的方法的流程图。
具体实施方式
1.纤维生产监视系统：概述
现在参见图1，示出了基于计算机的纤维生产监视系统(通常表示为100)，包括多个传感器200、传感器监视器300、计算机服务器400、将传感器200和传感器监视器300互相连接的局域网102、以及将传感器监视器300和计算机服务器400互相连接的通信网络104。可选地，纤维生产监视系统100包括位于计算机服务器400上的测量数据库450；个人计算机480；以及将计算机服务器400和个人计算机480互相连接的通信网络110。
尽管可以使用其它网络协议，但是优选地，局域网102包括DeviceNet总线。优选地，通信网络104包括有线局域以太网络。然而，通信网络104还可以利用其它网络协议，以及可以包括广域网或无线网络。此外，尽管示出了包括多个传感器200的纤维生产监视系统100，但是纤维生产监视系统100仅需要包括单个传感器200。
尽管本发明不局限于此，但是优选地，通信110是局域以太网络。
2.传感器
典型地，每个传感器200位于多筒子纤维生产线的纺丝流水线上。多筒子纤维生产线具有多个喷丝头，每个喷丝头从熔化的聚合物中生产多根长丝。然后拉伸长丝，并组合为多个多长丝纤维。还将长丝曝露于连续的空气喷射中，空气喷射形成纤维中的交织节点，从而将长丝粘合成单个纤维。然后，将每个纤维缠绕在各个筒子上。
在先于缠绕在筒子上之前，将纤维拉伸经过传感器200时，每个传感器200配置用于监视多个多长丝纤维的物理特性。如图2a所示，优选地，传感器200包括多个电场传感器202(记为202a、202b、202c、202d)，以及与电场传感器202耦合的传感器处理单元(SPU)204。然而，如将会理解的，传感器200不必要包括多个电场传感器202，作为替代，可以仅包括单个电场传感器202。此外，尽管每个传感器202优选是电场传感器，但是可以使用能够监视纤维物理特性的其它形式的传感器。
如图2b、2c和2d所示，每个电场传感器202包括绝缘基板206、位于基板206上的多个电极208、以及向下延伸穿过基板206的多个通路210。尽管可以使用其它非导电材料，但是优选地，基板206包括诸如陶瓷之类的非导电材料。此外，优选地，电极208实质上是平面的，并且使用传统印刷电路板或集成电路制造技术形成在基板206上。电极208以实质上平行的方式延伸跨过基板206的上表面，从而电极208在基板206的上表面上彼此不接触。
将电极208分隔为第一电极部分208a和第二电极部分208b。第一电极部分208a的电极208从基板206的一端212a延伸出来，以及第二电极部分208b的电极208从基板206相反一端212b延伸出来。第一电极部分208a的电极208与第二电极部分208b的电极208在基板206上表面的中心区域214中交织。
典型地，每个通路210包括从各个电极208的一端中延伸出来的电镀通孔，经过基板206至传感器202的底部218。可选地，可以将通路设置为以类似方式延伸的导电轨道或导线。将通路210分割为第一通路部分210a和第二通路部分210b。第一通路部分210a的通路210与第一电极部分208a耦合，以及第二通路部分210b的通路210与第二电极部分208b耦合。每个通路210与靠近各个端部212的各个电极208连接，以及以适合的角度从电极208中延伸经过基板206，从基板的上表面至下表面218。以这种配置，电场传感器202对中心区域214外部的电场的灵敏度小于现有技术的电场传感器。
优选地，电场传感器202还包括位于电极208上的绝缘层216。尽管由于硬度而优选陶瓷氧化铝，但是典型地，绝缘层216包括陶瓷或玻璃。优选地，电场传感器202包括在中心区域214内、从绝缘层216中向上延伸的引导(未示出)，用于沿电极208的横向方向来引导拉伸的纤维。
传感器处理单元(SPU)204包括多个数据总线，每个数据总线与电场传感器202各个传感器的通路210连接。每个通路210在传感器202的底部216处，与数据总线的各个导体连接。SPU 204将各个正弦电压信号施加于电极部分208，施加于第一电极部分208a的电压信号与施加于第二电极部分208b的电压信号互补(即，异相180度)。当将相关联的纤维拉伸经过电场传感器202时，SPU 204还监视在每个电场传感器202中感应出的电流。SPU 204包括内部A/D转换器，用于定期地将来自相关联的电场传感器202的电流测量值数字化。基于这些电流测量值，SPU 204创建数据分组250(见图3a)，该数据分组250包括在将纤维拉伸经过电场传感器202时的纤维物理特性的一系列测量值。
如图3a所示，每个数据分组250包括在预定测量时间跨距上的一系列幅值测量和一系列相位测量。SPU 204通过分别参考了所施加的传感器电压的幅值和相位的、在传感器202中感应出的电流的幅值和相位，来推导出幅值和相位的测量值。实质上，然后每个数据分组250中包括的幅值测量值是导纳测量值。然而，为了易于参考，以下将会把在每个数据分组250中包括的幅值(导纳)测量值参考作为电流幅值测量值；以及将会把在每个数据分组250中包括的相位测量值参考作为电流相位测量值。
除了幅值测量和相位测量之外，每个数据分组250包括在测量时间跨距内，由相关联的电场传感器202所遇到的交织节点的节点数，以及那些节点的节点性质的测量值。数据分组250还包括用于识别SPU 204状态的内置测试(BIT，Built-In-Test)数据。此外，如上所讨论的，优选地，电场传感器202的绝缘层216包括氧化铝。然而，由于氧化铝增加了电场传感器202对温度的灵敏度，所以优选地，数据分组250还包括电场传感器202温度的测量。此外，数据分组250包括由SPU 204生成的序列号。
3.传感器监视器
传感器监视器300通过DeviceNet总线102，与传感器200的传感器处理单元204耦合。优选地，传感器监视器300包括可编程逻辑控制器(PLC)，如Allan Bradley Control Logix PLC。此外，优选地，传感器监视器300包括DeviceNet扫描器，用于定期地向传感器处理单元204发出命令，请求来自传感器200的数据分组250。如将会解释的，传感器200向传感器监视器300提供相关联纺丝流水线的数据分组250，传感器监视器300将该数据分组250转换为数据记录350(见图3b)，并在通信网络104上传输至计算机服务器400。DeviceNet扫描器包括响应缓冲器302(图1)，用于在转换为数据记录350之前存储数据分组250。
向每个传感器处理单元204赋予各个DeviceNet地址，从而每个电场传感器202具有唯一的逻辑传感器地址，传感器监视器300使用该逻辑传感器地址来识别从传感器200中接收的数据分组250的纺丝流水线。优选地，传感器处理单元204对感应电流在15kHz的截止频率处进行低通滤波，并且每200ms向传感器监视器300提供所得到的数据分组250。还可以使用其它数据速率。此外，优选地，DeviceNet扫描器以略快于200ms一次的速率，向传感器200发出数据请求命令，以确保在传输至传感器监视器300之前，在传感器处理单元204处不重写(和丢失)来自传感器200的数据。
为了避免传感器监视器300处的数据丢失，优选地，传感器监视器300包括循环缓冲器304(图1)，用于保留数据记录350，直至传输至计算机服务器400。此外，传感器监视器300包括复制缓冲器306(图1)，计算机服务器400使用该复制缓冲器306来表示准备好从复制缓冲器306中接收数据记录350。
此外，传感器监视器300包括第一滑动窗310、第二滑动窗312和噪声监视器314(图1)。第一和第二滑动窗310中的每个包括25时隙队列，丝线出现算法使用该队列来检测纺丝流水线上纤维的出现、以及纤维中的线断开。噪声监视器314包括50元素队列，丝线出现算法还使用该队列来检测检测纺丝流水线上纤维的出现、以及纤维中的线断开。
4.数据记录
如图3b所示，数据记录350包括初始报头352、幅值字段354、相位字段356、节点数字段358、节点性质字段360、BIT字段362、丝线出现标记364、绕线器状态字段366、传感器地址字段368、跨接事件字段370和校验和字段372。例如，数据报头352可以表示，数据记录350包括正常传感器数据。可选地，数据报头352可以表示，数据记录包括特别由传感器监视器300请求的数据，如电场传感器202的温度。
幅值字段354提供了在电场传感器202中感应出来的电流振幅的测量。相位字段356提供了相对于参考信号(如，施加于电场传感器202的电压)，在电场传感器202中感应出来的电流相位的测量。节点数字段358提供了在预定长度的纤维内检测到的交织节点数的测量。节点性质字段360提供了对平均振幅的测量。BIT(内部测试)字段362提供了电场传感器202状态的指示。例如，典型地，BIT字段362是两字节数据，用于表示电场传感器202的温度是否超出范围、以及由传感器处理单元204的内部A/D转换器测量的数据是否超出范围。
丝线出现标记364提供了在电场传感器202处出现或缺乏纤维的指示。可以使用位于纺丝流水线上的适合的传感器来设置丝线出现标记364，该丝线出现标记364由传感器监视器300来监视。可选地，可以使用这里描述的丝线出现算法来设置丝线出现标记364。
绕线器状态字段366提供了筒子绕线器状态的指示，如，纤维是否将要包装。每个绕线器包括测试电路，用于监视各个绕线器的状态。传感器监视器300监视每个绕线器中的测试电路，并相应地设置绕线器状态字段366。
传感器地址字段368识别电场传感器202的逻辑地址，其中，数据记录350中的相关数据源自该电场传感器202。跨接事件字段370提供指示：来自纺丝流水线上纤维中的一根或多根长丝跳至或跨至另一纺丝流水线上的纤维。校验和字段372包括校验和，该校验和由传感器监视器300生成、以及由计算机服务器400用于验证数据记录350的完整性。
5.计算机服务器
如图4所示，计算机服务器400包括非易失性存储器(ROM)402、易失性存储器(RAM)404、网络接口406和与ROM 402、RAM 404和网络接口406耦合的中央处理单元(CPU)408。计算机服务器400还包括显示设备410(如，CRT或LCD面板)、以及与CPU 408耦合的数据输入设备412(如，键盘)。
网络接口406将计算机服务器400与通信网络104相接口，以及允许计算机服务器400与传感器监视器300进行通信。ROM 402可以设置为电子存储器、磁盘和/或光盘。ROM 402包括计算机服务器400的处理指令，用于在载入RAM 404时，来定义TCP/IP层414、RS Linx层416、OPC层418和应用软件层420。可选地，可以通过网络接口104或可去除计算机可读介质来提供处理指令，用于在由CPU 408访问时，以在RAM 404中定义TCP/IP层414、RS Linx层416、OPC层418和应用软件层420中的一个或多个。
在通信网络104上，TCP/IP层414在传感器监视器300与计算机服务器400之间建立通信信道。RS Linx层416与TCP/IP层414通信，以及实现需要与传感器监视器300通信的OPC组。
OPC层418与RS Linx层416通信，以及定义允许计算机服务器400从传感器监视器300中获取数据记录350的OPC层。应用软件层420与OPC层418通信，以及在测量值数据库450中存储获取的数据记录350。此外，应用软件层420还向用户提供来自所保留的数据记录350中的纤维物理特性的分析。例如，应用软件层420提供对纤维的旦尼尔(纤维的量流，以每9000米纤维的克数表示)、纺丝整理剂(残留溶剂或涂敷在纤维上的)、松密度(由于卷曲和收缩而导致的变形程度)和均匀度(旦尼尔的变化)的分析。
尽管传感器电流的波峰幅值中的缓慢变化(典型地，小于5Hz)主要是由于旦尼尔或松密度中的变化，所以应用软件层420通过报告传感器电流波峰幅值中的低频改变，来提供对旦尼尔或松密度的分析。尽管传感器电流相位中的缓慢变化(典型地，小于5Hz)主要是由于旋转整理剂中的改变，但是应用软件层420通过报告传感器电流相位中的低频改变，来提供对施加于纤维的整理剂的分析。
如将会解释的，在电场传感器202a中感应出的电流的波形由一系列波峰和波谷组成。尽管传感器电流测量值的波峰中的变化大小是均匀度的良好指示符，所以应用软件层420通过计算波峰处的电流幅值变化系数，来提供对均匀度的分析。
除了旦尼尔、整理剂、松密度和均匀度之外，优选地，应用软件层420还提供了对纤维节点数(每个采样时间段所检测的交织节点数)和节点性质(交织节点紧密度测量)的分析。此外，应用软件层420可以提供对纤维的线断开数和跨接事件数的分析。以下将参照图5至9来讨论确定后者这些特性的机制。
如上所述，优选地，传感器监视器300包括可编程逻辑控制器，用于接收来自传感器200的数据分组250，以及转换为数据记录350。然而，在一个变体中，传感器监视器300包括Ethernet-DeviceNet适配器，用作计算机服务器400与传感器处理单元204之间的数据管道。在这个变体中，Ethernet-DeviceNet适配器不执行任何数据处理，而是将从传感器200中接收的数据分组250传输至计算机服务器400。此外，从计算机服务器400中去除RS Linx层416和OPC层418；以及由计算机服务器400作为传感器监视器300的替代，来实现第一和第二滑动窗310、312和噪声监视器314。
6.测量值数据库
如图所示，优选地，在计算机服务器400上提供测量值数据库450。然而，还可以在与计算机服务器400通信的单独的SQL或ORACLE服务器上保持测量值数据库450。典型地，每个筒子具有唯一与筒子相关联的筒子标识符，如在筒子上标记的条形码。当纤维生产监视系统100的操作者将空筒子加载在筒子绕线器之一上时，操作者通过键盘或代码读取器设备，将筒子标识符输入计算机服务器400的应用软件层420中。应用软件层420保持记录，该记录将筒子标识符与将在其上缠绕筒子的纺丝流水线的传感器200的传感器地址368相关联。
应用软件层420配置用于在测量值数据库450中保存筒子标识符和相关联的数据记录350。同样，应用软件层420能够基于每个筒子来提供对前述参数(旦尼尔、整理剂、松密度、均匀度、节点数、节点性质、跨接事件)中的每个的分析，从而允许操作者验证所生产的每个筒子的性质。应用软件层420还能够基于每个纺丝流水线来提供对前述参数中的每个的分析。应用软件层420还可以生成伴随各个筒子的分析的硬拷贝，从而允许购买者来验证筒子的性质。此外，尽管将数据记录350和相关联的筒子标识符存储于测量值数据库450中，但是应用软件层420能够基于每个纺丝流水线来提供对前述特性中的每个的历史分析，从而识别可能的失败硬件，和/或基于每个筒子来提供对前述特性中的每个的历史分析，以伴随筒子的装载。
7.个人计算机
个人计算机480可以实现为便携式计算机或台式计算机、或者甚至作为手持通信设备，如，无线手持数据助理。如上所述，个人计算机480在通信网络110上与计算机服务器400进行通信。典型地，个人计算机480用于提交前述形式的分析的结果。此外，个人计算机480可以用于通过计算机服务器400来控制纤维生产监视系统100的操作。
8.纤维生产监视系统：操作方法
现在将参照图5来描述纤维生产监视系统100的操作方法，之后是参照图6的更加详细的描述。以下，将参照图7a和7b来描述节点数和节点性质。然后将分别参照图8和9来描述丝线出现算法和跨接事件检测算法。
在步骤500处，计算机服务器400在通信网络104上，从传感器200中接收数据记录350。数据记录350包括在将纤维拉伸经过传感器200之一时的纤维物理特性的至少一个测量值。在步骤502处，计算机服务器400将传感器地址368与相应的筒子标识符相关联。优选地，计算机服务器400还将所接收的数据记录350保存在测量值数据库450中。
以下，在步骤504处，响应由个人计算机480的操作者发布的请求，计算机服务器400生成对(存储于计算机服务器400的RAM 404中、或者在测量值数据库450中的)数据记录350的分析。典型地，计算机服务器400生成对纤维的旦尼尔、整理剂、松密度和/或均匀度的分析。计算机服务器400还可以提供对纤维的节点数和/或节点性质的分析。此外，计算机服务器400可以提供对纤维的线断开数和/或跨接事件数的分析。优选地，基于每个纺丝流水线和/或每个筒子，在个人计算机480上提交该分析。换言之，个人计算机400提供对一个或多个特定纺丝流水线和/或一个或多个特定筒子的前述特性中的一个或多个的分析。计算机服务器400可以在特定时间段上提供对一个或多个特定纺丝流水线的前述特性中的一个或多个的历史分析。
现在将参照图6来描述前述方法的进一步的细节。在前述的讨论中，应当理解，由传感器处理单元204和传感器监视器300来执行步骤600至616，以及由计算机服务器400来执行步骤618至628。此外，同时执行步骤600至616和步骤618至628。此外，重复地执行步骤600至616和步骤618至628。
在步骤600处，传感器处理单元204将上述互补的正弦电压信号施加于相关联的电场传感器202，以及在将纤维拉伸经过电场传感器202时，连续地测量在相关联的电场传感器202中感应出的电流。每个传感器处理单元204对在预定测量时间跨距(典型地，200ms)上感应出的电流进行测量。
在每个时间跨距的结尾，每个传感器处理单元204在步骤602处组装来自所测量的电流的数据分组250。数据分组250包括在测量时间跨距上测量的一系列电流幅值测量值和一系列电流相位测量值。如上所讨论的，数据分组250中感应出的幅值和相位测量值分别参考所施加的传感器电压的幅值和相位。因此，数据分组250中感应出的幅值测量值是导纳测量值。
除了电流幅值测量值和电流相位测量值之外，每个数据分组250包括在测量值时间跨距内相关联的电场传感器202所遇到的交织节点数和那些节点性质的测量值。将详细参照图7来描述节点数和节点性质算法。
每个数据分组250还包括序列号和识别传感器处理单元204的状态的BIT数据。优选地，每个数据分组250还包括对相关联的电场传感器202的温度的测量。如以上所讨论的，优选地，每个传感器处理单元204在每个电场传感器202处，对电流在15kHz的截止频率处进行低通滤波，并每200ms将所检测的数据流组装为数据分组。每个传感器处理单元204连续地执行步骤600和602。
在步骤604处，传感器监视器300的DeviceNet扫描器将读取命令传输至传感器处理单元204，请求来自传感器处理单元204的数据分组250。如上所述，DeviceNet扫描器以略快于200ms一次的速率，向传感器200发出读取命令，以确保在传输至传感器监视器300之前，在传感器处理单元204处不重写(和丢失)来自传感器200的数据。在步骤606处，DeviceNet扫描器接收来自传感器处理单元204的数据分组250，并基于从中生成数据分组250的传感器200的逻辑传感器地址，将所接收的数据分组存储于响应缓冲器302的存储器中。
如上所述，数据分组250还包括一系列电流幅值和相位测量、节点数和那些节点的节点性质的测量。此外，数据分组250还包括BIT数据，用于识别传感器处理单元204的状态、电场传感器202温度的测量和由传感器处理单元204生成的系列号。
传感器300监视响应缓冲器302的状态，并从序列号的改变中检测新数据的出现。当传感器监视器300在响应缓冲器302中检测到新数据分组250的出现时，传感器监视器300在步骤608处，从响应缓冲器302中去除数据分组250，并从所去除的数据分组250中创建数据记录350。如上所述，数据记录350包括初始报头352、幅值字段354、相位字段356、节点数字段358、节点性质字段368、跨接事件字段370和校验和字段372。
在步骤610处，传感器监视器300将数据记录350存储于循环缓冲器304中的可用条目中。此外，传感器300在数据记录350的开始和结尾处插入(来自相应数据分组250的)序列号，以允许传感器监视器300随后识别数据记录350的开始和结尾。
OPC层418通过经过RS Linx层416，在传感器监视器300中设置就绪标记308(步骤618)，发信号通知传感器监视器300，计算机服务器400准备好接收数据记录350。因此，在步骤612处，传感器监视器300监视就绪标记308的状态。如果清除了就绪标记308，则传感器监视器300再次执行步骤604至610。然而，如果设置了就绪标记308，则在步骤614处，监视器300将循环缓冲器304的内容复制至复制缓冲器306中。然后，传感器监视器300在步骤616处清除就绪标记308。
如以上所讨论的，在步骤618处，通过在传感器监视器300中设置就绪标记308，OPC层418发信号通知传感器监视器300，计算机服务器400准备好接收数据记录350。因此，在步骤620处，OPC层418监视就绪标记308的状态(来确定传感器监视器300是否已经在步骤616处清除了就绪标记308)。如果OPC层418检测到现在已经清楚了就绪标记308，则在步骤622处，RS Linx层416将复制缓冲器306中的数据记录350复制至计算机服务器400中的缓冲器。
典型地，纤维生产监视系统100的操作者将会使用数据输入设备412，将前述物理参数(旦尼尔、整理剂、松密度、均匀度、节点数、节点性质、线断开、跨接事件)中的任何一个的一个或多个参数限制输入应用软件层420。例如，操作者可以为这些参数中的一个或多个建立处理上限(UP)和处理下限(LP)。操作者还可以为这些参数中的一个或多个建立控制上限(UC)和处理下限(LC)。UP和LP限制分别定义了相关联的参数的绝对上限和下限。UC和LC限制分别定义了相关联的参数的期望上限和下限。
因此，在接收数据记录350时，应用软件层420在步骤624处将包含其中的测量值与所定义的参数限制进行比较。如果从由所定义的参数限制建立的范围中推导出测量值之一，则在步骤626处，应用软件层420在计算机服务器400上激活可听和/或视觉警报。典型地，如果在由UC和LC限定的范围之外推导出测量值之一，则应用软件层420在显示设备410上呈现黄色警报灯，以及如果在由UP和LP限定的范围之外推导出测量值之一，则在显示设备410上呈现红色警报灯。
在一个变体中，作为从由所定义的参数限制建立的范围中推导出测量值之一时激活警报的替代，应用软件层420在由所定义的参数限制建立的各个范围中推导出测量值中的两个或多个不同特性时，在步骤626处激活警报。如果特性测量值之一是期望的物理参数的不充分的指示符，则这个变体是有利的。例如，典型地，感应电流的幅值是旦尼尔的良好指示符、以及感应电流的相位是整理剂的良好指示符。然而，对于一些纤维，电流幅值不可以很好地与旦尼尔相关，以及电流相位不可以与整理剂很好地相关。因此，为了提供对旦尼尔的可靠指示符，例如，优选地，可以监视幅值和相位；或者幅值、相位和节点性质；或者幅值、相位和节点性质，例如，以及在特定参数超过相关联的参数限制、或在相关联的参数限制以下时激活警报。
此外，在另一变体中，应用软件层420在步骤626处，基于与由参数限制定义的各个范围的偏离的特性测量值个数、和偏离的方向，来激活警报。例如，有利地，可以在特性测量值中的一个超过工艺上限(UP或UC)、以及特性测量值中的另一个在工艺下限(LP或LC)以下时，在步骤626处触发警报。对于以上的其它变体将是显而易见的。
如以上所讨论的，每个数据记录350包括作为数据来源的传感器200的传感器地址368。而且，应用软件层420保留一个记录，该记录把将要被缠绕的筒子的纺丝流水线的传感器地址368与筒子标识符关联址来。相应地，在步骤628，应用软件层420把数据记录350(以及相关的筒子标识符)保存于测量数据库350中。
在数据记录被存储于测量值数据库450中之前(或在存储之后的一些时间)，应用软件层420生成对在筒子中的一个或多个上缠绕的纤维的旦尼尔的分析。典型地，在电场传感器202中感应出的电流幅值的平均值是旦尼尔的良好指示符，以及在电场传感器202中感应出的电流相位的平均值是整理剂的良好指示符。然而，如将参照图7a所解释的，在电场传感器202a中感应处的电流的波形由一系列局部极大值(波峰)和局部极小值(波谷)组成。因此，优选地，计算机服务器400通过计算波峰处的电流幅值的平均值，来提供对旦尼尔的分析。类似地，优选地，计算机服务器400通过计算波峰处的电流相位的平均值，来提供对整理剂的分析。
典型地，在波峰处幅值的变化还是均匀度的良好指示符。因此，优选地，计算机服务器400通过计算波峰处的电流幅值变化的系数，来提供对均匀度的分析。
9.节点数和节点性质算法
现在将参照图7a和7b来描述节点数和节点性质算法。如图7a所示，当将纤维拉伸经过电场传感器202时，在电场传感器202中感应出的电流的幅值随时间定期变化。所得到的电流波形由一系列周期电流变化(包括一系列局部极大值(波峰)和一系列局部极小值(波谷))组成。由交织节点经过电场传感器202的运动引起每个周期电流变化。
传感器处理单元204监视电流幅值，并检测感应电流中的波峰和波谷。从波峰和波谷中，传感器处理单元204基于波峰和波谷的时间和幅值，来确定纤维的物理特性。
该处理的进一步详情将从图7b中变得显而易见。以下讨论假设已经通过位于纺丝流水线上的适合的传感器(由传感器监视器300监视)、或者通过纺丝流水线出现算法(以下描述)，在传感器200处检测到纤维。
在步骤700处，传感器处理单元204将电流幅值电平与电场传感器202中感应出来的平均电流进行比较。传感器处理单元204从经过预定时间段测量的感应电流的波峰和波谷中计算平均电流。
如果电流幅值电平落入由阈值上限和阈值下限所限定的平均电流的范围内，则传感器处理单元204为了节点数和节点性质计算的目的而忽略瞬间电流测量值。然而，如果电流幅值电平比平均电流大上阈值量，则在步骤702处，传感器处理单元204将电流电平划分为可能的波峰。相反地，如果电流幅值电平比平均电流小下阈值量，则在步骤702处，传感器处理单元204将电流电平划分为可能的波谷。
以下，在步骤704处，传感器处理单元204将电流电平与后续电流电平的幅值进行比较。如果传感器处理单元204将电流电平划分为可能的波峰，则传感器处理单元204继续将先前的幅值等级划分为可能的峰值。相反地，如果传感器处理单元204将瞬时电流电平划分为可能的波谷，以及瞬时电流电平的幅值小于后续电流电平的幅值，则传感器处理单元204继续将瞬时电流电平划分为可能的波谷。否则，传感器处理单元204在步骤706处，为了节点数和节点性质计算的目的而忽略瞬时电流电平。
在步骤708处，传感器处理单元204测量相对于标识为实际的波峰或波谷的上一电平幅值的瞬时电流电平的幅值或高度。具体地，如果传感器处理单元204将瞬时电流电平划分为可能的波峰，则传感器处理单元204将瞬时电流电平的幅值与先前波谷的幅值进行比较。相反地，如果传感器处理单元204将瞬时电流电平划分为可能的波谷，则传感器处理单元的幅值与先前波峰的幅值进行比较。如果瞬时电流电平的幅值超出先前波峰/波谷一阈值量，则传感器处理单元204继续将瞬时电流电平划分为可能的波峰/波谷。否则，传感器处理单元204在步骤710处，为了节点数和节点性质计算的目的来忽略瞬时电流电平。
在步骤712处，传感器处理单元204计算瞬时电流电平与标识为实际的波峰或波谷的上一测量值之间的时间段。接下来，在步骤714处，传感器处理单元204将所记录的时间段与平均时间段进行比较。如果所计算的时间段落入由阈值上限与阈值下限限定的平均时间段的范围内，则在步骤715处，传感器处理单元204将瞬时电流电平划分为实际的波峰/波谷。相反，如果所计算的时间段比平均时间段大上阈值量、或者比平均时间段小下阈值量，则传感器处理单元204在步骤716处，为了节点数和节点性质计算的目的来忽略瞬时电流电平。
如果传感器处理单元204将瞬时电流电平划分为实际的波峰，则在步骤718处，传感器处理单元204使表示检测到节点的计数器递增。在步骤720处，传感器处理单元204确定是否已经经过了预定的测量时间跨距。如以上所讨论的，典型地，预定的测量时间跨距是200ms。如果还未经过预定的测量时间跨距，则传感器处理单元204再次执行步骤700至718。
在步骤722处，传感器处理单元204设置节点数变量等于计数器值。节点数变量的值作为节点数包含于数据分组250中。如将显而易见的，尽管传感器处理单元204仅在检测到波峰时，在步骤718处使计数器递增，但是作为替代，传感器处理单元204可以仅在检测到波谷时，使计数器递增。
通过步骤722处，传感器处理单元204在完整的测量时间跨距上监视感应电流。因此，在步骤724处，传感器处理单元204在测量时间跨距上，通过计算那些极点的和、并将和除以节点数(在步骤722处确定)，来确定波峰极点的平均。将所计算的平均作为节点性质包含于数据分组250中。
10.丝线出现算法
丝线出现算法监视电场传感器202的输出。基于电场传感器202的输出，该算法能够检测到拉伸经过传感器200的纤维的出现，以及能够检测到纤维中的断开。具体地，该算法通过监视如由电场传感器202所测量的平均纤维电流和瞬时纤维噪声、稳定状态纤维噪声的幅值之一的增加、以及纤维节点数的增加，来检查纤维的出现。该算法还通过监视如由电场传感器202所测量的平均纤维电流和瞬时噪声、稳定状态纤维噪声的幅值之一的减小、以及纤维节点数的减小，来检查纤维的缺少。将参照图8，对该过程的细节进行描述。在以下示例中，尽管传感器监视器300监视平均纤维电流的幅值，但是作为替代，传感器监视器300可以监视平均纤维电流的相位。
如以上所讨论的，在将纤维拉伸经过电场传感器202时，在电场传感器202中感应的电流的波形由一系列波峰和一系列波谷组成。传感器处理单元204监视电流幅值，并从电流测量值中检测感应电流中的波峰和波谷。
在步骤800处，传感器监视器300从传感器200之一中接收数据分组250。如以上所讨论的，数据分组250包括在预定的测量时间跨距上测量的一系列电流幅值和相位的测量值。此外，每个数据分组250包括在测量时间跨距内相关联的电场传感器202所遇到的多个交织节点的节点数，以及那些节点的节点性质的测量值。
在步骤802处，传感器监视器300从包含于数据分组250中的幅值测量值中识别局部波峰电流(根据步骤700至716)，然后在测量时间跨距上为电流计算平均振幅。然后在步骤804处，传感器监视器300将电流测量时间跨距的所计算的平均振幅存储于第一滑动窗310的最上时隙中。传感器监视器300还将所计算的平均振幅值存储于噪音监视器314的最上时隙中。在步骤806处，传感器监视器300从数据分组250中复制节点数值，并将节点数值存储于第二滑动窗312的最上时隙中。如将会显而易见的，由于滑动窗310、312和噪声监视器314是队列形式的，所以每个新元素的插入将会导致现有元素下移一个时隙，以及包含于时隙0中的元素将会丢失。
在步骤808处，传感器监视器300计算后三个测量时间跨距(如包含于第一滑动窗310的时隙22、23和24中的)上的平均电流振幅的均值，并将该值赋予给变量CURRENT。传感器监视器300还计算前三个测量时间跨距(如包含于第一滑动窗310的时隙0、1和2中的)上的平均电流振幅的均值，并将该值赋予给变量BASE。如将会显而易见的，包含于这些计算中的时隙数不需要是三个，但是可以随数据需求的变更率而改变。此外，可以考虑纺丝流水线中的机械噪声，来改变CURRENT和BASE采样之间的时间间隔，如，通过改变第一滑动窗310的大小。
在步骤810处，传感器监视器300计算CURRENT变量和BASE变量的值之间的差值。然后，在步骤812处，传感器监视器300将该差值(CURRENT-BASE)与阈值最小差值(例如，+300)进行比较。如果差值(CURRENT-BASE)大于阈值最小差值，则在步骤814处，传感器监视器300计算后五个测量时间跨距(来自包含于噪声监视器314的时隙19、20、21、22、23和24中的值)上的平均电流振幅值中的改变的绝对值之和，并将该值赋予给变量NOISEtran。尽管该计算仅包括对后五个测量时间跨距的评估，但是变量NOISEtran表示在将纤维移动经过传感器200时，由电场传感器202测量的瞬时噪声。如将会显而易见的，包含于该计算中的时隙数可以随数据需求的变更率而改变。
在步骤815处，传感器监视器300将NOISEtran变量值与阈值最小瞬时噪声进行比较。如果NOISEtran变量超过了阈值最小瞬时噪声，则在步骤816处，该算法认为纤维出现在传感器200处，并相应地设置丝线出现标记364。然后，传感器监视器300在步骤826处开始检查纤维中的断开。
与步骤808至816并行，传感器监视器300使用稳定状态纤维噪声的测量值来检测在传感器200处的纤维的出现。根据该并行过程，传感器监视器300在噪声监视器314的整个50个测量时间跨距上计算平均电流振幅值中的改变的绝对值之和，并在步骤817处将该值赋予给变量NOISEsteady。由于该计算包括对整个噪声监视器314的评估，所以变量NOISEsteady表示在将纤维移动经过传感器200时，由电场传感器202测量的稳定状态噪声。
在步骤818处，传感器监视器300将NOISEsteady变量值与阈值最小稳定状态噪声进行比较。如果NOISEsteady变量超过了阈值最小稳定状态噪声，则在步骤819处，该算法认为纤维出现在传感器200处，并相应地设置丝线出现标记364。然后，传感器监视器300在步骤826处开始检查纤维中的断开。
如果NOISEtran变量没有超过阈值最小瞬时噪声(例如，20)，或者如果差值(CURRENT-BASE)不大于阈值最小差值，或者如果NOISEsteady变量没有超过阈值最小稳定状态噪声，则在步骤820处，传感器监视器300计算后三个测量时间跨距(如包含于第二滑动窗312的时隙22、23和24中的)上的节点数之和，并将该值赋予给变量NODE。如以上所讨论的，包含于该计算中的时隙数不需要是三个，但是可以随数据需求的变更率而改变。
在步骤822处，传感器监视器300将NODE变量值与阈值最小数进行比较。如果NODE变量没有超过阈值最小数(例如，100)，则该算法认为纤维没有在传感器200处出现，并返回步骤800。
然而，如果NODE变量超过了阈值最小数，则在步骤824处，该算法认为纤维出现在传感器200处，并相应地设置丝线出现标记364。然后，传感器监视器300在步骤826处开始检查纤维中的断开。
11.丝线断开算法
为了检查纤维中的断开，在步骤826处，传感器监视器300计算后三个测量时间跨距(如包含于第一滑动窗310的时隙22、23和24中的)上的平均电流振幅的均值，并将该值赋予给变量CURRENT。传感器监视器300还计算前三个测量时间跨距(如包含于第一滑动窗310的时隙0、1和2中的)上的平均电流振幅的均值，并将该值赋予给变量BASE。如以上所讨论的，包含于这些计算中的时隙数不需要是三个，但是可以随数据需求的变更率而改变。此外，可以考虑纺丝流水线中的机械噪声，来改变CURRENT和BASE采样之间的时间间隔，如，通过改变第一滑动窗310的大小。
在步骤828处，传感器监视器300计算CURRENT变量和BASE变量的值之间的差值。然后，如果差值(CURRENT-BASE)小于阈值最小差值(例如，-300)，则在步骤830处，传感器监视器300设置MAG FLAG(从而警告可能的断线)，并将MAG计数器递增，然后使算法前进至步骤834。否则，传感器监视器300在步骤832处清除MAGFLAG。
在步骤834处，传感器监视器300计算后三个测量时间跨距(如包含于第二滑动窗312的时隙22、23和24中的)节点数之和，并将该值赋予给变量NODE。如以上所讨论的，包含于该计算中的时隙数不需要是三个，但是可以随数据需求的变更率而改变。
在步骤836处，传感器监视器300将NODE变量值与阈值最小数进行比较。如果NODE变量小于阈值最小数(例如，100)，则在步骤838处，传感器监视器300设置NODE FLAG(从而警告可能的断线)，并将NODE计数器递增；然后使算法前进至步骤842。否则，传感器监视器300在步骤840处清除NODE FLAG。
在步骤842处，传感器监视器300确定是否设置了MAG FLAG。如果清除了MAG FLAG(即，在传感器电流幅值上没有显著下降)，则在步骤844处，传感器监视器300确定MAG计数器是否大于零。如果MAG计数器大于零(即，先前触发了MAG FLAG)，则该算法假设仅存在临时故障。因此，在步骤846处，传感器监视器300重新设置MAG计数器和NODE计数器，并清除NODE FLAG和NOISEFLAG。然后该算法返回步骤826，继续监视纤维中的断开。
可选地，如果传感器监视器300在步骤844处确定MAG计数器不大于零(即，先前未触发MAG FLAG)，则在步骤848处，传感器监视器300确定是否设置了NODE FLAG。如果清除了NODE FLAG(即，没有明显缺少交织节点)，则在步骤850处，传感器监视器300确定NODE计数器是否大于零。如果NODE计数器大于零(即，先前触发了NODE FLAG)，则算法假设存在临时故障，如，临时的交织喷射故障。因此，在步骤852处，传感器监视器300重新设置NODE计数器，并清除NOISE FLAG。然后该算法返回步骤826，继续监视纤维中的断开。然而，如果NODE计数器不大于零(即，先前未触发NODE FLAG)，则在不清除NOISE FLAG或重新设置NODE计数器的情况下，将该算法返回步骤826。
在步骤848，如果传感器300确定NODE FLAG被设定了(即，由于节点数量不足而发生的可能的断线)，在步骤854，传感器监视器300确定节点记数是否大于预定的最小节点数量值(例如，35)。如果节点记数大于预定的最小节点数量值，算法假定纤维还在，因为MAGFLGA还没有被设定为预定的最小节点数量值。相应地，在步骤856，传感器监视器300清除NODE FLAG和NOISE FLAG，并重置节点记数器。算法然后返回步骤836，继续监视纤维中的断开。然而，如果节点记数不大于预定的最小节点数量值，算法返回步骤826，不清除NODE FLAG或者NOISE FLAG，也不重置节点记数器。
另一方面，如果在步骤842处，传感器监视器300确定设置了MAG FLAG(即，在传感器电流幅值上有明显下降)，则在步骤858处，传感器监视器300确定是否设置了NODE FLAG。如果清除了NODE FLAG(即，没有显著缺少交织节点)，则在步骤860处，传感器监视器300确定MAG计数器大于预定最小电流振幅计数值(例如，35)。如果MAG计数器大于最小电流振幅计数值，则尽管没有为预定的最小电流振幅计数值设置NODE FLAG，但是该算法假设仍然出现了纤维。因此，在步骤862处，传感器监视器300清除MAG FLAG、NODE FLAG和NOISE FLAG，并重新设置MAG计数器和NODE计数器。然后该算法返回步骤826，继续监视纤维中的断开。然而，如果MAG计数器不大于最小电流振幅计数值，则在不清除MAG FLAG、NODE FLAG和NOISE FLAG，或者重新设置MAG计数器和NODE计数器的情况下，将该算法返回步骤826。
可选地，如果传感器监视器300在步骤858处确定设置了NODEFLAG(即，明显缺少交织节点)，则在步骤864处，传感器监视器300计算后五个测量时间跨距(来自包含于噪声监视器314的时隙19、20、21、22、23和24中的值)上的平均电流振幅值中的改变的绝对值之和，并将该值赋予给变量NOISEtran。如将会显而易见的，包含于该计算中的时隙数可以随数据请求的变更率而改变。
然后，在步骤866处，传感器监视器300将NOISEtran变量值与阈值最小噪声进行比较。如果NOISEtran变量不小于阈值最小噪声(例如，20)，则该算法认为纤维仍然出现在传感器200处(但是可能正在缓慢地断开)，并返回步骤826，继续监视纤维中完全的断开。
然而，如果NOISEtran变量小于阈值最小噪声，则该算法确定NOISEtran变量是否小于前次迭代中的阈值最小噪声。因此，在步骤870处，传感器监视器300确定是否设置了NOISE FLAG。如果清除了NOISE FLAG(即，在先前的循环迭代中没有明显缺少瞬时噪声)，则在步骤872处，传感器监视器300设置NOISE FLAG。然后该算法返回步骤826，继续监视纤维中的断开。
如果传感器监视器300在步骤870处确定设置了NOISE FLAG(即，在先前的循环迭代中明显缺少瞬时噪声)，则该算法假设纤维断开。因此，在步骤874处，传感器监视器300清除了丝线出现标记364，以记录传感器200处的纤维中的断开。传感器监视器300还清除了MAG FLAG、NODE FLAG和NOISE FLAG，并重新设置MAG计数器和NODE计数器。然后，该算法返回步骤800。
与步骤826至872并行，传感器监视器300使用稳定状态纤维噪声的测量，来检测传感器200处的纤维中的断开。根据该并行过程，传感器监视器300计算噪声监视器314的整个50个测量时间跨距上的平均电流振幅值中的改变的绝对值之和，并在步骤876处将该值赋予给NOISEsteady。
在步骤878处，传感器监视器300将NOISEsteady变量值与阈值最小稳定状态噪声进行比较。如果NOISEsteady变量没有超过阈值最小稳定状态噪声，则该算法认为纤维断开。因此，如上所述，在步骤874处，传感器监视器300清除丝线出现标记364，以记录传感器200处的纤维中的断开。然后该算法返回步骤800。
12.跨接事件检测算法
跨接事件检测算法在多个不同的纺丝流水线上监视电场传感器202的输出，每个纺丝流水线携带多长丝纤维。从在将每个纤维拉伸经过各个电场传感器时在电场传感器中感应的电流信号的振幅中的改变中，该算法能够从纺丝流水线中另一个的纤维中的纺丝流水线之一中检测到长丝的出现，即，纺丝流水线之一上的纤维中的多个长丝之一跳至或跨接至纺丝流水线中另一个上的纤维。现在将概括讨论跨接事件检测算法，之后是参照图9的更加详细的讨论。在以下的示例中，尽管传感器监视器300监视每个纺丝流水线的平均纤维电流的幅值，但是作为替代，传感器监视器300可以监视平均纤维电流的相位，每个纺丝流水线的节点数或节点性质。
传感器监视器300为每个纺丝流水线保持滑动窗。每个滑动窗包括相关联丝线的电流振幅的一系列测量值。滑动窗是队列的形式，在预定时间段内的每个纺丝流水线处提供活动快照。因此，将每个新振幅值插入每个滑动窗导致了滑动窗中的现有元素下移一个时隙，以及包含于最低时隙中的元素会丢失。可选地，可以将新的振幅值块插入滑动窗，在这种情况下，滑动窗内的现有元素将会阻断下移。
传感器监视器300在各个滑动窗的滞后部分处，为每个纺丝流水线计算电流的平均幅值。然后，传感器监视器300为每个纺丝流水线，将每个所计算的平均振幅值赋予给各个变量BASE(与以上参照丝线出现算法描述的变量不同)。因此，在两个纺丝流水线纤维生产系统(具有纺丝流水线A和B)中，传感器监视器300将纺丝流水线A的所计算的平均电流振幅赋予给变量BASEA，以及将纺丝流水线B的所计算的平均电流振幅赋予给变量BASEB。
传感器监视器300还在各个滑动窗的前导部分处，为每个纺丝流水线计算电流的平均幅值。然后，传感器监视器300将这些之后计算的平均振幅值中的每个赋予给各个变量CURRENT(与以上参照丝线出现算法描述的变量不同)。因此，在两个纺丝流水线纤维生产系统(具有纺丝流水线A和B)中，传感器监视器300将纺丝流水线A的平均电流振幅赋予给变量CURRENTA，以及将纺丝流水线B的平均电流振幅赋予给变量CURRENTB。
例如，如果CURRENTA值超过了BASEA值，以及BASEB值超过了CURRENTB值，则称为纤维从一个纺丝流水线跨至另一纺丝流水线(跨接事件)。如果在出现跨接事件之后，实质上将CURRENTA值返回BASEA值，以及实质上将CURRENTB值返回BASEB值，则修正了跨接事件(自我修正或手动修正)。传感器监视器300配置用于连续地更新BASE变量值，直至检测到跨接事件。然而，为了识别何时修正了跨接事件，传感器监视器300保持BASE变量值(一旦检测到跨接事件)，直至在跨接事件之前实质上将CURRENT变量值返回BASE变量值。
传感器监视器300使用HOLD BASE REFERENCE标记，来保持在检测到断线事件的跨接事件之前存在的BASE值的历史纪录。这允许期望操作条件下的纤维生产过程的表示，以持续跨接这两个事件场景。如果设置了HOLD BASE REFERENCE标记(出现跨接事件或断线)，则传感器监视器300保持BASE变量值的拷贝，直至修正了跨接事件或断线，和/或直至纤维吊起过程是成功的。甚至在设置了HOLD BASE REFERENCE标记时保持监视跨接事件。
将参照图9，对该过程的进一步细节进行描述。如以上所讨论的，在将纤维拉伸经过电场传感器202时，在电场传感器202中感应的电流的波形由一系列波峰和一系列波谷组成。传感器处理单元204监视电流幅值，并从电流测量值中检测感应电流中的波峰和波谷。传感器监视器300从多个传感器200中接收数据分组250。每个数据分组250包括在预定的测量时间跨距上测量的一系列电路幅值和相位测量值。此外，每个数据分组250包括在测量时间跨距内，由相关联的电场传感器202遇到的多个交织节点的节点数，以及那些节点的节点性质的测量值。
因此，在步骤900处，传感器监视器300从包含于每个数据分组250中的幅值测量值中识别每个纺丝流水线的局部波峰电流值(根据步骤700至716)，然后为每个纺丝流水线计算每个测量时间跨距上的电流的平均振幅。然后，传感器监视器300将每个振幅值保存于各个滑动窗中。优选地，每个滑动窗具有2100个时隙(时隙0至2099)，用于保存2100个这样的振幅值。然而，时隙数不需要是2100，但是可以随数据需求的变更率而改变。
在步骤902处，传感器监视器300在各个滑动窗的前导部分处，为每个纺丝流水线计算电流的平均幅值。优选地，传感器监视器300考虑每个滑动窗中的后100个电流振幅值。因此，传感器监视器300添加每个纺丝流水线的时隙2000至2099中的电路振幅，然后将每个和除以测量值数(100)。然后，传感器监视器300为每个纺丝流水线将这些之后计算的平均振幅值赋予给各个变量CURRENT。因此，在两个纺丝流水线纤维生产系统(具有纺丝流水线A和B)中，传感器监视器300将纺丝流水线A的平均电流振幅(从时隙2000至2099中计算得到)赋予给变量CURRENTA，以及将纺丝流水线B的平均电流振幅(从时隙2000至2099中计算得到)赋予给变量CURRENTB。
在步骤904处，传感器监视器300为每个纺丝流水线计算平均电流振幅值的振幅中的改变，在步骤908处，将每个所计算的改变值赋予给各个变量Δ。因此，在两个纺丝流水线纤维生产系统(具有纺丝流水线A和B)中，传感器监视器300计算CURRENTA与BASEA之间的差值，并将该值赋予给变量ΔA；以及计算CURRENTB与BASEB之间的差值，并将该值赋予给变量ΔB。
在步骤906处，传感器监视器300将每个纺丝流水线的所计算的改变值(例如，ΔA，ΔB)、以及与每个改变值相关联的传感器的传感器地址一起插入数据记录350的跨接事件字段370。计算机服务器400使用包含于数据记录350中的改变值，来向计算机服务器400的操作者指示跨接事件、以及包含于跨接事件中的纺丝流水线的出现。
在步骤908处，传感器监视器300在各个滑动窗的前导部分处，为每个纺丝流水线计算电流的平均幅值。优选地，传感器监视器300考虑每个滑动窗中的前200个电流振幅值。因此，传感器监视器300添加每个纺丝流水线的时隙0至199中的电路振幅，然后将每个和除以测量值数(200)。然后，传感器监视器300为每个纺丝流水线将每个新计算的平均振幅值赋予给新的各个变量NEWBASE。因此，在两个纺丝流水线纤维生产系统(具有纺丝流水线A和B)中，传感器监视器300将纺丝流水线A的新计算的平均电流振幅(从时隙0至199中计算得到)赋予给变量NEWBASEA，以及将纺丝流水线B的新计算的平均电流振幅(从时隙0至199中计算得到)赋予给变量NEWBASEB。
在步骤910处，传感器监视器300聚焦于每个纺丝流水线的所计算的改变值(例如，ΔA，ΔB)的方向。该步骤称为“自检”(self-term或in-line check)。如果纺丝流水线之一的所计算的改变值为正，以及纺丝流水线另一个的所计算的改变值为负，则该算法假设具有负改变值的纺丝流水线上的纤维中的长丝跳至或跨接至具有正改变值的纺丝流水线上的纤维。因此，在步骤912处，传感器监视器300设置HOLDBASE REFERENCE标记，从而指示应当保存BASE变量，直至修正了跨接事件。
在步骤914，传感器监视器300确定HOLD BASE REFERENCE标记是否被设置了。如果HOLD BASE REFERENCE标记未被设置，在步骤916，针对每个纺丝流水线，传感器监视器300将变量NEWBASE的值赋予给相应的变量BASE。然后算法返回步骤900。
然而，如果设置了HOLD BASE REFERENCE标记，则该算法确定是否修正了跨接事件或断线。因此，对于每个纺丝流水线，传感器监视器300在步骤918处，将每个NEWBASE变量值与相应的BASE变量值进行比较。如果每个变量对之间的差值的绝对值不大于预定的阈值量，则该算法假设修正了跨接事件或断线。因此，在步骤920处，传感器监视器300清除HOLD BASE REFERENCE标记，并为每个纺丝流水线将变量NEWBASE值赋予给相应的变量BASE。然后，该算法返回步骤900。
如果传感器监视器300在步骤918处确定任何NEWBASE变量值与相应的BASE变量值之间差值的绝对值大于阈值量，则可以手动地修正跨接事件或断线。然而，在发生跨接事件或断线的纺丝流水线上，在发生跨接事件或断线的时刻与修正了跨接事件或断线的时刻之间，传感器200温度差异会阻止NEWBASE变量值落入BASE变量的容限内(步骤918)。可选地，可以在所发生的即时跨接事件或断线、与修正了的即时跨接事件或断线之间，清除在发生了跨接事件或断线的纺丝流水线上的电场传感器202，从而防止NEWBASE变量值落入BASE变量的容限内(步骤918)。
因此，为了确定是否已经手动修正了跨接事件或断线，在步骤922处，传感器监视器300为每对纺丝流水线计算BASE变量值中的差值、以及CURRENT变量值中的差值，并将每个所计算的差值赋予给各个变量ε。因此，在两个纺丝流水线纤维生产系统(具有纺丝流水线A和B)中，传感器监视器300计算BASEA与BASEB之间的差值，并将该值赋予给变量ε1；以及计算CURRENTA与CURRENTB之间的差值，并将该值赋予给变量ε2。
然后，在步骤924中，传感器监视器300对于每个纺丝流水线对，将每个BASE差值(例如，ε1)与每个CURRENT差值(ε2)进行比较。该步骤称为“交叉项检查”。如果两个差值之间的差(例如，ε1-ε2)大于预定阈值量，则该算法假设没有手动修正跨接事件或断线。因此，该算法返回步骤900。然而，如果在步骤924处计算的差值不大于预定阈值量，则该算法假设已经手动修正了跨接事件或断线。因此，在步骤926处，传感器监测器300清除HOLD BASE REFERENCE标记，并为每个纺丝流水线将变量NEWBASE值赋予给相应的变量BASE。然后将该算法返回步骤900。
使用所提供的前述对本发明的优选实施例的描述，由所附权利要求来限定本发明。尽管在这里没有明确地提出，但是本领域普通技术人员可以如所附权利要求所限定的，对本发明作出一定的修改。

Claims (21)

1.一种电场传感器，包括：
绝缘基板；
位于所述基板上的多个非接触电极，所述电极包括第一电极部分、以及与所述第一电极部分交织的第二电极部分；以及
与所述电极耦合、并延伸横穿过所述基板的多个导体，其中，所述导体包括第一导体部分和第二导体部分，所述第一导体部分与第一电极部分耦合，所述第二导体部分与第二电极部分耦合。
2.如权利要求1所述的电场传感器，其中，所述电极彼此平行地位于所述基板上，以及所述导体包括与所述电极成适合角度地延伸的通路。
3.如权利要求2所述的电场传感器，其中，还包括位于所述电极上的绝缘体。
4.如权利要求3所述的电场传感器，其中，所述绝缘体包括陶瓷和玻璃之一。
5.如权利要求4所述的电场传感器，其中，所述陶瓷包括氧化铝。
6.一种监视纺丝流水线上的纤维的生产的基于计算机的方法，所述方法包括以下步骤：
监视被拉伸经过根据权利要求1所述的电场传感器的纤维在所述电场传感器中感应的电流信号的振幅；
从所述振幅的测量值中检测电流信号中的波峰和波谷；以及
从所检测的波峰和波谷中确定所述纤维的物理特性；
所述检测步骤包括：从所述振幅测量值中识别局部振幅最小值和最大值、计算相对于所述局部最小值的所述局部极大值的极点、和排除具有小于预定阈值的计算出的相关联的极点的那些局部极大值。
7.如权利要求6所述的方法，其中，未排除的局部最大值中的每个超前于在所述局部最小值之一一个相应的时间段，以及所述方法还包括以下步骤：
排除具有大于阈值最大时间的相关联时间段的那些未排除的局部最大值；
排除具有小于阈值最小时间的相关联时间段的那些未排除的局部最大值；以及
保留未排除的局部最大值中的剩余局部极大值。
8.如权利要求6所述的方法，其中，所述物理特性是节点数，以及所述物理特性确定步骤包括：
将所述局部振幅测量值分隔成时间跨距；以及
对于每个所述时间跨距，从相关联的保留的局部最大值中计算各个节点数。
9.如权利要求6所述的方法，其中，所述物理特性是节点性质，以及所述物理特性确定步骤包括：对于每个所述时间跨距，计算相关联的节点数上的相关联极点的平均。
10.如权利要求6所述的方法，其中，所述电场传感器包括：
绝缘基板；
位于所述基板上的多个非接触电极；以及
与所述电极耦合、并延伸横穿过所述基板的多个导体。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述电极包括第一电极部分、以及与所述第一电极部分交织的第二电极部分；所述通路包括第一通路部分和第二通路部分，所述第一通路部分与所述第一电极部分耦合，以及所述第二通路部分与所述第二电极部分耦合。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述电极彼此平行地位于所述基板上，以及所述通路与通路成适合角度地延伸。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述电场传感器包括位于所述电极上的绝缘体。
14.一种监视纺丝流水线上的纤维的生产的基于计算机的方法，所述方法包括以下步骤：
监视位于纺丝流水线上的根据权利要求1所述的电场传感器的输出；
根据由所述电场传感器测量的平均电流、稳定状态噪声和节点数之一的增加，检测被拉伸经过所述传感器的纤维的出现；以及
根据由所述电场传感器测量的平均电流、节点数和瞬时噪声之一的减小，检测所述纤维的断开，其中，所述减小在时间上重叠。
15.如权利要求14所述的方法，其中，通过检测在所述电场传感器中感应的电流振幅中的波峰、以及计算所述振幅的平均，来确定所述平均电流。
16.如权利要求15所述的方法，其中，所述平均振幅计算步骤包括以下步骤：将所述波峰分割成时间跨距，以及计算每个所述时间跨距上的峰值幅值平均的均值。
17.如权利要求14所述的方法，其中，通过以下来确定所述噪声：检测在所述电场感应器中感应的电流振幅的波峰、将所述波峰分割为时间跨距、以及将每个所述时间跨距上的波峰幅值相加。
18.如权利要求14所述的方法，其中，通过以下来确定节点数：检测在所述电场感应器中感应的电流振幅的波峰、以及从所检测的波峰中计算节点数。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述节点数计算步骤包括以下步骤：将所述波峰分割成时间跨距、以及为每个所述时间跨距的波峰计数。
20.一种监视纺丝流水线上的纤维生产的基于计算机的方法，所述方法包括以下步骤：
监视多个根据权利要求1所述的电场传感器的输出，多个所述电场传感器的每一个设置在多个纺丝流水线的相应一个上，所述纺丝流水线的每一个承载一个多长丝纤维；
基于当所述纤维被拉伸经过相应的电场传感器时在电场传感器中感应的电流信号的幅值的变化，检测纺丝流水线之一的多丝在另一个纺丝流水线的纤维中的存在。
21.如权利要求20所述的方法，其中，所述检测多丝的存在，是通过监视一个纺丝流水线上幅值的正向改变和监视另一个纺丝流水线上的幅值的负向改变而执行的。
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