CN104297257B - 用于监视纱线质量的方法以及用于执行该方法的检测器 - Google Patents

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Abstract

一种由纱线的电子清理器（1）利用光学检测器（5）监视纱线（2）的质量的方法，光学检测器（5）包括具有一行或两行个体光学元件（41，42）的传感器（4），光学元件（41，42）为矩形并且具有模拟输出，每个光学元件包括光电二极管以及其输出信号的放大器。该放大器具有可变放大率，该可变放大率的大小根据相应光学元件（41，42）对光线的所要求的敏感度而进行修改。本发明还涉及一种用于监视纱线（2）的电子清理器（1）中的纱线质量的光学检测器（5）的传感器，包括一行或两行个体光学元件（41，42），由此每个光学元件包括光电二极管以及其输出信号的放大器，放大器具有可调节放大率。

Description

用于监视纱线质量的方法以及用于执行该方法的检测器
技术领域
本发明涉及一种用于由纱线电子清理器借助于光学检测器监视纱线质量的方法，该光学检测器包括具有一行或两行个体光学元件的传感器，该光学元件为矩形并且具有模拟输出，每个光学元件包括光电二极管以及其输出信号的放大器。
本发明还涉及一种用于监视纱线电子清理器中纱线质量的光学检测器的传感器，其中该传感器包括一行或两行个体光学元件，每个光学元件包括光电二极管以及其输出信号的放大器。
背景技术
CZ286113（EP1051595B1）公开了一种用于检测移动纱线的厚度和/或同质性的方法，其中纱线在辐射源和线性CCD检测器之间的辐射通量中移动，由此该CCD检测器的每个元件与其照射的状态和/或程度的评估设备相耦合。CCD检测器被用作辐射传感器，对总是在长度近似为10 µm的非常短的分段上被非连续地测量的纱线进行监视。
专利US6242755B1描述了一种用于对不确定长度的纤维纺织材料进行无接触测量的方法，其中该纺织材料被放置于至少一个辐射源的辐射范围内并且其阴影通过辐射而投影到包括彼此相邻布置的一行传感器单元的接收设备上，由此该接收设备由CCD检测器所组成。该纤维纺织材料的直径基于完全被遮蔽的传感器单元的数量以及根据对一个或两个相邻传感器单元的部分遮蔽来确定，根据部分遮蔽的数量与被完全覆盖的传感器单元的数量之比来按照比例确定部分遮蔽的数值。
迄今为止，基于线性CCD检测器或CMOS光学检测器并且意图安装在纺纱机或卷纬机上的已知纱线清理器仅利用被遮蔽的光学元件的数量的数字数值进行工作。即使专利CZ286113和US6242775公开了包括部分照射光学元件的影响的对纱线直径进行评估的方法，但是这样的检测器尚未在工业应用中得以实现，这很可能是由于已由本发明所克服的困难和缺陷。显然，如果没有伴随其他措施（诸如防止电磁干扰的措施），对来自检测器的个体光学元件的模拟信号的处理是复杂的并且不产生所期望的效果。
US6219135（EP1015873B1）描述了一种光学检测器的配置，其出于不仅获得关于纱线直径的信息而且获得关于纱线表面结构的信息的目的而将模拟和数字光学元件相结合。按推测，该设备意图仅用作实验室装置的部分。光学传感器因此包括两种类型的光学元件，这些光学元件根据不同的原理进行操作或者其信号根据不同的原理被评估，一个原理是数字的，第二个原理是数字的。这个方案的缺点特别是：使用两种不同类型的光学传感器，即数字和模拟传感器，然而，来自两种类型的传感器的信号被完全分离地发射和处理，并且以这种方式，它们被传输到超集评估电路中以供进一步处理。然而，如果该设备在纱线生产期间用作在线测量设备，则其存在很多不足。主要缺陷在于如下事实：不可以依赖于（诸如周围光线以及灰尘或其它杂质对检测器和/或辐射源的污染）改变的环境条件来对模拟光学元件的敏感度进行设置。另一个缺陷在于，来自模拟光学元件的定义纱线表面结构的信号的交流分量以相对大的直流分量进行调制，这使得模数转换器对信号所进行的处理恶化。另一个缺陷在于如下事实：模拟信号被携带至检测器自身之外进行处理，其受到从检测器附近操作的机器的其它设备引入到模拟导体中的电磁干扰的影响。显然，当在实验室中使用该光学检测器时，无干扰的环境能够实现，但是其在该设备直接在生产机器上使用的情况下则可能难以实现。
根据US4511253知道用于测量纺织线的横向尺寸的设备，其包含光源和光学元件的线性阵列，其中在光源和光学元件的阵列之间定位线。光学元件在重复周期中被评估，其中个体光学元件的输出信号连续地传递到一个共同放大器中，该放大器在实施例的一个变体中具有可变放大率，以便把接下来的触发信号的阈值电压保持在恒定水平。这个设备仅能够测量纺织线的横向尺寸。
根据专利CZ299684，模拟信号处理期间的缺陷被一种用于对移动纱线进行无接触测量的设备所消除，其中线性光学检测器连同用于对线性光学检测器的信号进行处理和/或评估的电子电路的至少部分一起被合并到一个半导体专用集成电路（ASIC）之中，因此用于对线性光学检测器的信号进行处理和/或评估的电子电路连同该线性光学检测器一起被集成到共用半导体支撑物上和/或安装在一个共用箱体之中。
该布置的优势尤其在于如下事实：对检测器的信号进行处理和/或评估的初始操作在一个集成电路中进行，并且因此输出信号不被干扰所影响，然而在仅对每个个体光学元件的照射或遮蔽进行监视时，根据CZ299684的解决方案仅基于对来自个体光学元件的信号的二值化处理。该解决方案的缺陷在于个体光学元件的纯数字评估，当个体光学元件根据设置的比较水平而被划分为被照射的和未照射的时，关于纱线直径的信息由被遮蔽的光学元件的宽度之和所表示。因此，该设备不允许对纱线的表面结构进行充分精确的评估，而且监视灰尘或其它杂质对个体光学元件的可能污染或者监视光源的强度的改变是相当困难的。
本发明的目标是利用线性光学检测器来提高监视电子纱线清理器中的纱线参数的精确度，在生产纱线的机器上直接获得关于纱线的表面结构的基本上更为准确的信息，延长线性光学检测器能够在其期间精确测量而无需操作人员介入的时间间隔，以及在线性光学检测器的功能发生错误时形成对操作人员进行警告的选项或者停止操作单元的选项。本发明的另一个目标是在具有不同辐射源的光学检测器中使用光学检测器的传感器，因此其工作点总是能够最优地调节。
发明内容
本发明的目标通过一种用于由电子纱线清理器利用光学检测器监视纱线的质量的方法，该光学检测器包括具有一行或两行个体光学元件的传感器，该光学元件为矩形并且具有模拟输出，每个光学元件包括光电二极管以及其输出信号的放大器，其原理在于每个个体光学元件的输出模拟信号的放大器具有可调节放大率，通过放大率的改变，相应光学元件的输出信号的值被保持在预定范围内，该预定范围在所连接的模数转换器的操作范围的内，相应光学元件对到来的光线数量的敏感度通过该方式被设置。
由于将放大器的输出信号保持在适当水平，所以实现了对所监视纱线的属性基本上更为精确的评估，因为相对差异（诸如传感器的被照射光学元件和被遮蔽光学元件之间的差异）更大。
个体光学元件的敏感度针对所有光学元件或光学元件的组在几个预定义阶段中或者以预确定时间间隔连续地联合设置。对个体光学元件的敏感度进行共同设置意味着设置相同的数值。如果在传感器上定义了至少两组光学元件，则每组光学元件能够被设置为不同敏感度数值。
个体光学元件的输出信号的数值借助于对其敏感度进行设置而保持在所连接的模数转换器的操作范围的中心周围。如果在光学元件的最大操作照射中，来自光学元件的输出信号仅低于模数转换器的饱和水平，则该设置是最优的。因此，实现了输出信号的最大动态特性以及最高分辨率水平。
用于监视电子纱线清理器中的纱线质量的光学检测器的传感器，由此该传感器包括一行或两行个体光学元件，每个光学元件包括光电二极管以及其输出信号的放大器，原理在于光学元件的每个光电二极管的输出信号的放大器是具有可调节放大率的放大器，该放大器被布置在相应光学元件内，其中该放大器被适配为改变相应光学元件的光电二极管的模拟输出的放大率并且通过该方式来调节个体光学元件的敏感度以便保持来自个体光学元件的输出信号处于预定范围中，该预定范围在所连接的模数转换器的操作范围内。
在优选实施例中，该放大器还在负反馈中包括可变电阻器。
附图说明
附图中示意性示出了根据本发明的检测器的实施例的示例，其中图1示出了具有传感器的光学检测器的布置，图2图示了纱线清理器的布置，并且图3和4示出了放大器的示意性连接。
具体实施方式
将使用电子纱线清理器的实施例的示例来对用于监视纱线电子清理器中的纱线质量的方法进行解释，该电子纱线清理器包括光学检测器，光学检测器被提供有具有两行光学元件的传感器，该光学元件用于检测纺织机器（诸如纺纱机和卷纬机）上的移动纱线的参数。
纱线清理器1包括箱体11，其中形成用于纱线2的通道的凹槽111。凹槽111在一侧开口，这使得能够将纱线2插入凹槽111之中。辐射源3的出口部分和光学检测器5的传感器4彼此相对地布置在凹槽111的侧壁之中。
在所图示的实施例中，辐射源3包括发光二极管31（LED）和光学透镜32，用来形成通过凹槽111并且作为对纱线2图像的垂直投影的结果而将阴影投射在光学检测器5的传感器4上的平行射线束。辐射源3的发光二极管31与辐射强度的控制电路33对准，控制电路33连接至纱线清理器2的可编程设备9，如果有必要，其从该可编程设备9接收改变辐射强度的命令。
在所图示的实施例中，在光学检测器5的共用半导体支撑物上具有通信数据总线8的集成电路，该通信数据总线8用于与纱线清理器的可编程设备9进行通信以便对纱线2的质量进行评估并且对纱线2中的缺陷进行分类。纱线清理器的可编程设备9与纱线清理器的通信数据总线相耦合用于从纱线清理器到上级系统的数据传输并且用于通过这些上级系统对纱线清理器进行控制。
在所图示的实施例中，光学检测器5的传感器4包括两行平行的光学元件。第一行的光学元件41为矩形并且被定向为使得其较长侧边处于纱线2的移动方向。第二行的光学元件42也为矩形，但是它们被定向为使得其较长侧边垂直于纱线2的移动方向。在第一行光学元件41的输出处以及第二行光学元件42的输出处，存在与光学元件41、42的照射或遮蔽程度成比例的模拟信号。两行的光学元件41、42都通过CMOS技术制成。
在未图示的实施例中，传感器4仅包括一行光学元件，该行光学元件的大小和定向与第一行光学元件41对应或者与第二行光学元件42对应。
光学检测器5包括传感器4，传感器4具有其间存在距离43的两行光学元件41、42。光学元件41、42的输出以模拟方式进行处理并且随后由模数转换器进行处理以便获得每一行光学元件41、42的照射程度的精确数值。传感器4，或者换句话说，其两行光学元件41，42在图2中被示意性地表示，以便以帮助更好地理解本发明的特性为目标对本发明进行解释。在实际实施例中，它们与辐射源3相对地被布置在凹槽111中。
图1中示意性表示了光学检测器5的连接示例，其中虚线指示光学检测器的半导体支撑物，其上布置有传感器4并且在其上具有第一行光学元件41和第二行光学元件42。第一行个体光学元件的出口通过一个或多个模拟多路复用器410连接至一个或多个模数转换器6，因此在所图示的实施例中，使用了一个多路复用器410和一个模数转换器6。第二行与第一行平行，并且第二行的每个个体光学元件421、...42n的出口连接至模数转换器61、...6n的入口。所有模数转换器6、61、...6n的出口与光学检测器5的可编程设备7的入口进行互连。
每个光学元件41、42由光电二极管和具有可控放大率的放大器所组成。来自于光电二极管的信号Vin被引导通过降压电阻器Rin而到达具有可控放大率的放大器的入口，放大器在图3和4中以两种不同的变型被示出。具有可控放大率的放大器用来将（光电二极管的）光学元件41、42的输出信号Vin的数值改变为保持在预确定范围之内的数值Vout，光学元件41、42对到来的光线数量的敏感度通过该方式而被设置。具有可调节放大率的放大器在负反馈中包括可变电阻器，可变电阻器可以按连续方式或步进方式变化，例如通过对电阻器R1和R2进行切换，如图3和4中所示的。
由此得出，个体光学元件41、42具有针对光线的可调节敏感度，并且通过对其敏感度进行设置，其输出信号的数值保持在预确定范围之内，该预确定范围有利地在所连接的模数转换器6、61、...6n的操作范围之内。例如，这意味着如果模数转换器的操作范围为从0至3V，则被遮蔽的光学元件41、42的输出信号接近于0V，而被完全照射的光学元件41、42的出口信号接近于3V。因此，根据对到来信号进行评估的观点，模数转换器6、61、...6n以具有高水平的精确度和敏感度的最优方式进行操作，这是因为传感器的被照射光学元件和被遮蔽光学元件之间的相对差异是可能的最高值。
因此，通过对敏感度进行设置，可以防止如下状况：在处于高辐射强度时模数转换器无法对光学元件的输出信号进行评估。由于如下事实：尤其为了节约纱线清理器1的半导体支撑物上的空间而通常使用具有9或10比特分辨率的模数转换器，所以对个体光学元件的敏感度进行设置使得能够实现动态范围，仅在使用具有明显更高比特范围并且因此占据半导体上基本上更大面积的模数转换器时，该动态范围才可能以其它方式获得，而这将对于这样传感器的价格具有不利影响。
当在检测器的不同实施例中使用不同的辐射源时，可以优选地利用对敏感度的设置，其中通过该方法可以对强度（照明强度）、颜色中的差异进行补偿，或者视情况可以对光源的脉冲调制中的差异进行补偿。
参考列表
1-纱线清理器
11-纱线清理器的箱体
111-凹槽
2-纱线
3-辐射源
31-发光二极管LED
32-光学透镜
33-辐射强度的控制电路
4-光学检测器的传感器
41-第一行光学元件
410-模拟多路复用器
42-第二行光学元件
421、…42n-第二行的个体光学元件
43-第一和第二行光学元件之间的距离
5-光学检测器
6、61、…6n-模数转换器
7-光学检测器的可编程设备
8-光学检测器的通信数据总线
9-纱线清理器的可编程设备
10-纱线清理器的通信数据总线
Vin-光电二极管输出处的信号
R1、R2-可切换电阻器
Rin-降压电阻器
Vout-在放大器出口处的输出信号的数值。

Claims (4)

1.一种用于由电子纱线清理器借助于光学检测器（5）来监视纱线（2）的质量的方法，所述光学检测器（5）与辐射源（3）相对布置，其中被监视的纱线（2）在辐射源（3）和光学检测器（5）之间通过，其中光学检测器（5）包括传感器（4），传感器（4）具有通过CMOS技术制成的两行个体光学元件，个体光学元件是矩形的，其中光学元件中的每一个包括光电二极管和放大器，所述放大器的输出信号具有可控放大率，其中一行中的个体光学元件的出口由一个或多个模拟多路复用器（410）连接至至少一个第一模数转换器（6），模拟多路复用器（410）是传感器（4）的一部分，第一模数转换器（6）是光学检测器（5）的一部分，并且另一行中的个体光学元件的出口连接至作为光学检测器（5）的一部分的第二模数转换器（61，……，6n）的入口，其中第二模数转换器（61，……，6n）的出口与包括可编程设备（7）的光学检测器（5）的入口互连，所述方法包括：
在每个光学元件的光电二极管上生成输出模拟信号（Vin），所述输出模拟信号（Vin）与相应光学元件的照射或遮蔽程度成比例；
由放大器把来自每个光学元件的光电二极管的所述模拟信号放大到每个光学元件的输出处的值（Vout）；
由具有定义的操作范围的模数转换器转换每个光学元件的模拟信号；
通过以下方式来调节个体光学元件对到来的光线数量的敏感度：控制对应的放大器以便把个体光学元件的输出信号的值维持在所连接的第一或第二模数转换器（6，61，……，6n）的操作范围内，所述操作范围对应于在执行纱线参数检测时被照射的传感器光学元件和传感器的被遮蔽光学元件之间的相对差异。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：通过改变具有可调节放大率的放大器的负反馈中的可变电阻的大小来针对几组光学元件在几个预定义阶段中联合地执行个体光学元件对入射光线数量的敏感度的调节。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：通过改变具有可调节放大率的放大器的负反馈中的可变电阻的大小来针对几组光学元件在预定时间间隔内连续地联合执行个体光学元件对入射光线数量的敏感度的调节。
4.一种光学检测器（5），包括传感器（4），用于监视电子纱线清理器（1）中的纱线质量参数，所述传感器包括通过CMOS技术制成的两行个体矩形光学元件，光学元件中的每一个包括光电二极管和放大器，所述放大器的输出模拟信号具有可控放大率，其中一行中的个体光学元件的出口由一个或多个多路复用器（410）连接至至少一个第一模数转换器（6），多路复用器（410）是传感器（4）的一部分，第一模数转换器（6）是光学检测器（5）的一部分，并且另一行中的个体光学元件的出口连接至作为光学检测器（5）的一部分的第二模数转换器（61，……，6n）的入口，模数转换器的出口与包括可编程设备（7）的光学检测器（5）的入口连接，其特征在于：所述光电二极管的输出信号的放大器是在负反馈中包括可变电阻器（R1、R2）的放大器，可变电阻器（R1、R2）用于通过以下方式来调节个体光学元件对到来的光线数量的敏感度：控制对应的放大器以便把个体光学元件的输出信号的值维持在所连接的第一或第二模数转换器（6，61，……，6n）的操作范围内，所述操作范围对应于在执行纱线参数检测时传感器的被照射光学元件和传感器的被遮蔽光学元件之间的相对差异。
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