CN102608035A

CN102608035A - 单丝质量检测方法及检测器

Info

Publication number: CN102608035A
Application number: CN2012100712045A
Authority: CN
Inventors: 邢印强; 陶遇春; 刘文烽; 温荃; 韦炳机; 陈瑛
Original assignee: LIUZHOU INSTITUTE OF AUTOMATION SCIENCE
Current assignee: LIUZHOU INSTITUTE OF AUTOMATION SCIENCE
Priority date: 2012-03-19
Filing date: 2012-03-19
Publication date: 2012-07-25

Abstract

一种单丝质量检测方法及系统，其特征在于在光电接收管T2上的二维平面投影面积d1×h区域中设定单丝通过投影区的投影直径d3，颣节通过投影区的投影直径d2，其中d2＞d3；设定走丝比较电压V1和颣节比较电压V2；光电接收管T2输出电压经模拟电路放大后最终的输出电压V为：V1≤V＜V2时，识别为正常走丝；当输出电压V≥V2时，识别为颣节存在；当输出电压V＜V1时，识别为断丝或抽丝完成。设置单片机，对光电接收管T2输出的信号进行数据采集和控制；单片机对采集到的光电接收管T2输出电压V进行正常走丝、颣节、断丝或抽丝完成的识别。本发明的优点是在缫丝生产中对蚕丝单丝质量进行自动检测的，并能自动统计质量检测数据，效率高。

Description

单丝质量检测方法及检测器

技术领域

本发明的涉及一种缫丝生产中对蚕丝质量进行检测，特别是对单丝质量进行检测的单丝质量检测方法及检测器。

背景技术

在蚕丝生产过程中，蚕的质量是决定蚕丝质量的关键因素，好的蚕才能吐出好的丝。活蛹缫丝就是通过对众多备选活体蛹茧丝质量的比较，从中选出优质活体蛹作为蚕种，以期繁衍出优质后代，获得优质蚕丝。目前，国内蚕茧丝生产行业在活蛹选种环节还是采用传统的活蛹缫丝技术：以人工方式测量单丝的长度、断点、首断长度，由检测员用肉眼观测并记录颣节数，试验结果受人为因素影响大，而且数据量很大，需要花费大量的人力和时间，做一次试验需要十几天才能获得结果，效率很低。传统活蛹缫丝技术远落后于茧丝行业的其他生产工艺技术，严重制约了茧丝行业的发展。全国各地的蚕种站及众多的缫丝厂家迫切需要改变选种过程在桑蚕茧丝生产中的瓶颈和短腿现状，期待着高效率活蛹缫丝设备诞生，以取代传统落后的活蛹缫丝装置。

发明内容

本发明的目的就是提供一种在缫丝生产中对蚕丝单丝质量进行检测的，并能自动统计质量检测数据的单丝质量检测方法及检测器。

本发明的解决方案是这样的：

本发明的单丝质量检测方法，包括步骤：

（1）、在光电接收管T2上的二维平面投影面积d1×h区域中设定单丝通过投影区的投影直径d3，颣节通过投影区的投影直径d2，其中d2＞d3；

（2）、光电接收管T2在接收到的投射阴影在大于d3且小于d2范围内时，经模拟电路放大后最终输出电压V满足：V1≤V＜V2；接收到投射阴影大于d2时，输出电压V满足：V≥V2；并将V1设定为走丝比较电压、V2设定为颣节比较电压；

（3）、设置单片机，对光电接收管T2输出的电压经模拟电路放大后的输出电压V进行数据采集和控制；

（4）、单片机对采集到的光电接收管T2输出电压经模拟电路放大后最终的输出电压V进行识别的步骤为：当输出电压V为： V1≤V＜V2时，识别为正常走丝；当输出电压V≥V2时，识别为颣节存在；当输出电压V＜V1时，识别为断丝或抽丝完成。

更具体的方法还包括步骤：

调整光电发射管发射信号的功率，使光电发射管发射出的光强度与蚕丝的投影面积d2×h成正比关系。

设置负反馈自动调整平衡模块，该模块接收光电接收管输出的信号，自动调整光电发射管发射的功率。

设置信号整形1模块，对光电接收管T2检测到的信号进行放大。

设置DC隔离模块和信号整形3模块，DC隔离模块用于直流隔离模块滤掉直流成分，当光电接收管T2输出电压经模拟电路放大后最终输出电压V＜V1时，由于DC隔离模块有隔直流信号电路所以模拟电路最终输出的信号为零，单片机通过内部高速模数转换器实时采样判断蚕丝的单丝走丝情况为无走丝信号情况或抽丝信号情况；信号整形3模块提供给单片机内部模数转换器进行正向和负向突变信号采集，单片机通过内部高速模数转换器实时采样判断蚕丝的单丝走丝情况并根据光电接收管T2的输出电压V，进行正常走丝、颣节存在的判断。

设置数字电位器，用于接收单片机数据，进而控制光电检测电路中接收电路的接收信号幅度。

本发明的单丝质量检测器包括：

光电检测模块：采用光电检测模块，对从光电发射管T1和光电接收管T2检测范围内通过的丝进行检测，光电接收管T2的输出电压经模拟电路放大后最终输出电压V；

单片机控制模块：接收光电检测模块发出的信号，对单丝在检测器光电对管的检测范围内走动时所产生的变化信号来判断蚕丝的运动、颣节及断点情况，设定正常走丝比较电压V1和设定颣节比较电压V2；当输出电压V为：当输出电压V为： V1≤V＜V2时，识别为正常走丝；当输出电压V≥V2时，识别为颣节存在；当输出电压V＜V1时，识别为断丝或抽丝完成。

更具体的检测器还包括：

设置有DC隔离模块和信号整形模块3，同时接收光电检测模块的输出信号，对于光电检测模块输出的固定信号由DC隔离模块的隔直流信号电路所以模拟电路最终输出的信号为零，将数据传送到单片机；对于光电检测模块输出的变化信号由信号整形3模块进行整形放大，将数据传送到单片机。

设置有数字电位器，用于接收单片机对数字电位器进行控制的信号，输出控制信号到光电检测模块，控制光电检测模块中接收电路的接收幅度。

设置有负反馈自动调整平衡模块，用于接收光电检测模块输出的信号，输出的信号控制光电检测模块中光电发射管的发射功率。

本发明的优点是在缫丝生产中对蚕丝单丝质量进行自动检测的，并能自动统计质量检测数据，效率高。

附图说明

附图是本发明的实施例。

附图1是本发明检测光路示意图。

附图2是有蚕丝运动检测示意图。

附图3是颣节检测示意图。

附图4是硬件电路框架示意图。

附图5是主函数数据处理流程图。

附图6是定时中断数据采集流程图。

附图7是单丝质量检测器外形三维示意图。

具体实施方式

本发明的单丝质量检测方法包括步骤：

本发明的单丝质量检测器包括：

光电检测模块：采用光电检测模块，对从光电发射管T1和光电接收管T2检测范围内通过的丝进行检测，如附图1所示，光电接收管T2的输出电压经模拟电路放大后最终输出电压V；

单片机控制模块：接收光电检测模块发出的信号，对单丝在检测器光电对管的检测范围内走动时所产生的变化信号来判断蚕丝的运动、颣节及断点情况，设定正常走丝比较电压V1和设定颣节比较电压V2；当输出电压V为： V1≤V＜V2时，识别为正常走丝；当输出电压V≥V2时，识别为颣节存在；当输出电压V＜V1时，识别为断丝或抽丝完成。

具体实施例如下：

如附图1所示，发射管T1发出的测量光束经过毛玻璃1进行均匀处理之后，再经过低通滤波片2照射到光电管的接收管T2上；发射管T1发射出是波长为700nm的光电信号，光信号束经过毛玻璃后会在毛玻璃的作用下变得均匀；截止波长为850nm的低通虑波片可有效的减弱各种杂波的干扰，使光路检测的抗干扰性能得到提高。

如附图2和附图3所示，本系统的光路检测实现原理是利用光传输的平行特性，在光传输路线上有物体时会投下阴影的方法。当发射光直接照射到接收光电检测电路时，在光电接收管T2上的二维平面投影为一个长度为d1,高度为h的窗口；当光电检测的范围内有蚕丝（单丝）时，蚕丝会将一部分的照射光给遮挡住，在T2的检测窗口上产生一个宽度为蚕丝直径d2,高度为h 的投射阴影，此时在T2产生的电压为V1，设定为正常走丝比较电压。设定颣节比较电压V2，相当于在T2上的二维平面投影设置为一个长度为d2,高度为h的窗口。蚕丝运动时，由于蚕丝上有很多细小纤维丝外散的情况导致了输出电压V发生变化，变化量为

Figure 2012100712045100002DEST_PATH_IMAGE002

，且

Figure 2012100712045100002DEST_PATH_IMAGE004

与蚕丝的投影面积的变化量成正比关系；由于在电路中采用负反馈自动调整发射光强技术，发射管发射出的光强度与蚕丝的投影面积也成正比关系；此时，通过检测变化量可实现检测有蚕丝走动的情况。当有颣节通过检测区的时，照射光被遮挡的面积突然变大或变小，光电接收电路接收到照射光的投影面积突然变小或变大，当投影面积大于d2×h时，其结果为输出电压

Figure 2012100712045100002DEST_PATH_IMAGE006

，即可判定为颣节，从而实现检测颣节的目的。

在测量的过程中，被测蚕丝将会左右晃动，但只要蚕丝的晃动没有超出T2的检测窗口，那么蚕丝在T2检测窗口上的投影面积不变。由此可见，在测量的过量中蚕丝的有限晃动不影响测量的结果。

单丝质量检测器的工作原理是利用单丝在检测器光电对管的检测范围内走动时所产生的变化信号来判断蚕丝的运动、颣节及断点情况。

当单丝静止在传感器的检测范围内或者传感器的检测范围内没有任何东西的时候，输出电压V＜V1，单片机通过内部高速模数转换器实时采样判断蚕丝的单丝走丝情况为无走丝信号情况。

当单丝在检测器的检测范围内运动的时候，由于单丝是一个在小范围内有很多纤维丝外散的情况，所以单丝在检测器检测范围内运动时对光线的遮挡面积就会在一个很小范围内变化，而这些变化会产生相应的输出信号的变化。这种信号是一种小幅度、无规则的交变信号，当其通过信号整形电路、直流隔离、信号整形，一系列模拟电路之后被单片机内部模数转换器采样得到走丝信号。如果某段单丝上带有颣节（颣节相对于那些发散的纤维丝是很大的）的话，当其通过检测器的检测区时，会产生一个比正常走丝信号幅度大很多的突变信号。这个突变信号通过信号整形、信号反向电路之后，会分别被单片机内部的模数转换器采样，然后将采得的幅度数值跟设定的颣节幅度值（颣节幅度值可根据实际需要设定）进行比较得出最后的结果并进行颣节计数。

当单丝在检测器检测范围内运动发生断丝或者抽丝完成的时候，电路的输出信号就变成零。这时单片机的内部模数转换器对输出信号持续一段时间的采样，如果这段时间内检测到的信号都是零信号，单片机则判断为断点信号。

如附图4所示，当蚕丝在光电检测器检测区域范围内运动的时，光电检测模块中的光电接收电路会输出一个小幅度、无规则，交变变化的信号，此信号功率的大小可以通过单片机改变数字电位器的阻值来调节，进而控制光电检测电路中接收电路的接收信号幅度。

光电检测模块输出的信号，通过信号整形1模块进行信号放大，并分成三路：一路通过直流隔离模块滤掉直流成分，再经信号整形2模块电路放大到一定的倍数以便单片机内部模数转换器进行数据采集（即走丝信号AD监测1）；另一路则进入信号平衡自动调节反馈电路模块，再作用于光电检测电路中的发射电路，自动控制发射信号的功率（即当信号由低（高）到高（低）变化时，信号的高低变化是前一时刻的信号电压与后一时刻的信号电压比较，信号的输出电压值的范围为0到2.5V。信号通过反馈回路控制光电发射管的发射强弱以达到一个动态平衡的状态）；而最后一路则通过信号整形3模块和信号反向模块电路整形之后分别提供给单片机内部模数转换器进行正向信号和负向信号的采集（即框架图中的颣节信号AD监测2和颣节信号AD监测3）。

单片机通过控制数字电位器控制光电检测电路中接收电路的增益，这样就可以控制检测器的检测灵敏度。在单片机模块中识别颣节信号的前提是走丝信号AD监测1模块中监测到走丝的有效信号，再在走丝信号有效的前提下根据颣节信号AD监测2和颣节信号AD监测3的监测结果来识别是否有颣节通过。

外围的数据采集单元可通过标准的Modbus RTU通讯协议口令，读取单片机中的断点、首断长度、长度及颣节寄存器的值。设置各种系统参数如：光电检测的灵敏度，单片机通信的波特率，颣节的幅度、长度、间隔的设定。

从附图4可以得到硬件电路所具备的功能有：

(1)、检测走丝信号；

(2)、检测正向和负向颣节信号：颣节信号有可能是正向的突变信号也有可能是负向的突变信号或者两者都有。当有颣节通过检测区的时候信号会产生一个变大或者变小的信号而硬件电路中有两路分别检测正向信号突变和负向信号突变，确保颣节信号检测的准确率；本实施例只对正向的突变信号进行检测。

(3)、负反馈自动调整信号平衡：一个茧解出来的蚕丝一般是中间一段粗两边较细，所以当蚕丝走丝的前一部分粗（细）渐变为细（粗）的时候，输出的信号通过负反馈自动调整平衡电路模块处理并作用于光电管发射电路，降低（提高）光电管的发射强度从而使最终光电检测模块电路输出的信号重新达到一个新的动态平衡而不至于被系统误认为是颣节信号（判断为颣节信号的是当检测到一定的时间范围内（本系统的时间范围默认值为16*0.03ms，此值可以根据实际在上位机上设定）产生的突变信号均大于设定的颣节电平（该系统默认的值为115*2.5/256 v－－单片机内部8位模数转换器，参考电压是2.5V））；

(4)、光电检测灵敏度可调：通过单片机控制数字电位器调节接收到信号的强弱，从而实现检测器灵敏度的控制。

在该单丝质量检测器的系统中软件部分采用的是标准的Modbus－RTU 通讯协议，通信接口是通用的485半双工通信模式。系统软件的工作流程如附图5和附图6所示。

Claims

1.一种单丝质量检测方法，其特征在于包括步骤：

2.根据权利要求1所述的单丝质量检测方法，其特征在于还包括步骤：调整光电发射管发射信号的功率，使光电发射管发射出的光强度与蚕丝的投影面积d2×h成正比关系。

3.根据权利要求2所述的单丝质量检测方法，其特征在于还包括步骤：设置负反馈自动调整平衡模块，该模块接收光电接收管输出的信号，自动调整光电发射管发射的功率。

4.根据权利要求1所述的单丝质量检测方法，其特征在于还包括步骤：设置信号整形1模块，对光电接收管T2检测到的信号进行放大。

5.根据权利要求4所述的单丝质量检测方法，其特征在于还包括步骤：设置DC隔离模块和信号整形3模块，DC隔离模块用于直流隔离滤掉直流成分，当光电接收管T2输出电压经模拟电路放大后最终输出电压V＜V1时，由于DC隔离模块有隔直流信号电路所以模拟电路最终输出的信号为零，单片机通过内部高速模数转换器实时采样判断蚕丝的单丝走丝情况为无走丝信号情况或抽丝信号情况；信号整形3模块提供给单片机内部模数转换器进行正向和负向突变信号采集，单片机通过内部高速模数转换器实时采样判断蚕丝的单丝走丝情况并根据光电接收管T2的输出电压经模拟电路放大后最终的输出电压VV，进行正常走丝、颣节存在的判断。

6.根据权利要求1所述的单丝质量检测方法，其特征在于还包括步骤：设置数字电位器，用于接收单片机数据，进而控制光电检测电路中接收电路的接收信号幅度。

7.一种单丝质量检测器，其特征在于包括：

8.根据权利要求7所述的单丝质量检测器，其特征在于设置有DC隔离模块和信号整形模块3，同时接收光电检测模块的输出信号，对于光电检测模块输出的固定信号由于DC隔离模块的隔直流功能所以模拟电路最终输出的信号为零，将数据传送到单片机；对于光电检测模块输出的变化信号由信号整形3模块进行整形放大，将数据传送到单片机。

9.根据权利要求7所述的单丝质量检测器，其特征在于设置有数字电位器，用于接收单片机对数字电位器进行控制的信号，输出控制信号到光电检测模块，控制光电检测模块中接收电路的接收信号幅度。

10.根据权利要求7所述的单丝质量检测器，其特征在于设置有负反馈自动调整平衡模块，用于接收光电检测模块输出的信号，输出的信号控制光电检测模块中光电发射管的发射功率。