CN104713587A - 用于监视纱的质量的方法和用于执行该方法的线性光检器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于监视纱的质量的方法和用于执行该方法的线性光检器。本发明涉及用于借助于包括一或两行单独矩形形状的光元件（10）的线性光传感器监视纱质量的光检测器中的纱或另一线性织物形成质量的方法，所述光元件在它们的输出中提供与它们的照射程度成比例的模拟信号。通过周期交替的低强度和高强度辐射照射纱，由此在每个周期内，至少以高辐射强度监视和记录所有单独光元件（10）的模拟信号，并从针对每个单独光元件（10）的这些信号减去预先或在各个周期期间检测的低辐射强度处的模拟信号值，借助于其得到的模拟信号免受所有寄生影响，其大小仅取决于光检测器辐射源的辐射程度。本发明还涉及用于执行该方法的线性光检测器。

Description

用于监视纱的质量的方法和用于执行该方法的线性光检器

技术领域

本发明涉及用于借助于包括一行或两行单独的矩形形状的光元件的线性光传感器来在纱质量的光检测器中监视纱或另一线性织物形成的质量的方法，所述光元件在它们的输出上提供与它们的照射程度成比例的模拟信号。

本发明还涉及一种包括传感器的线性光检测器，所述传感器包含在一行或两行中彼此相邻地布置的多个单独的光元件，用于通过借助于单个辐射源将纱的图像在垂直方向上投影到传感器的单独的光元件上来监视在织物机器中的移动的纱或另一线性织物形成的参数。

背景技术

用于纱质量的在线评估的已知的光检测器包括辐射源和单线或双线CMOS光传感器，纱在其之间移动，所述纱的阴影被投影到传感器的光元件上。

光辐射源通常是生成在可见光谱中或者甚至在红外或紫外光谱中的辐射的源。所述源既可以是单色的并且它也可以包括单色分量的光谱。

可以通过测量区的适合的构造布置使得寄生（parasitic）辐射不穿透到传感器而最小化寄生辐射源的影响。然而，为了彻底抑制寄生源的影响，可能必须完全封闭测量区，这在测量纱的质量的通用检测器的情况下是有争议的。抑制寄生源的影响的另一可能的方式是使用高强度辐射源来对纱进行照明。不管怎样，该方法的缺点是该类型的源的高能量消耗和过多的热损耗。例如，也可能使用仅传送所需的辐射的光谱并且抑制其他的光学过滤器。

CMOS传感器的每个光元件生成与下落（falling）光束的能量成比例的电荷。生成的电荷的大小取决于光元件的敏感性，取决于下落光能量以及取决于光元件照射的时间段。然而，下落在传感器上的能量以及因此传感器的测量受到寄生辐射源（诸如气泡、阳光、闪光标志等）的影响，其影响下落在光元件上的能量的量，并且因此可能发生测量误差。其他寄生影响包括光元件的温度和所谓的噪声。光检测器的技术的缺陷在于以下事实：电子不仅由于所放射的光（来自功能性或者也来自寄生辐射源），而且它们还取决于周围温度、光元件的大小、传感器的架构以及生产的技术而在光元件中生成。虽然传感器处于完全黑暗中，但是光元件生成输出信号，其是由于在半导体中的量子现象而生成的。优势在于以下事实：寄生电流在给定条件下保持相同并且被附加地添加到输出信号。

本发明的目标是开发一种用于监视在光检测器中的纱或另一线性织物形成的质量的方法，其中得到的模拟信号将免受所有寄生影响，并且其大小将仅取决于由光检测器的辐射源放射的辐射量。另外，必须设计一种线性光检测器以执行该方法。

发明内容

通过一种用于监视纱或另一线性织物形成的质量的方法来实现本发明的目的，其原理在于通过在低和高辐射强度的交替周期中的辐射来照射纱，由此在每个周期之内，至少在高辐射强度的周期期间监视和记录所有单独的光元件的模拟信号，并且从针对每个单独的元件的这些信号减去预先或在各个周期内检测的在低辐射强度处的模拟信号的值，借助于其，得到的模拟信号免受所有寄生影响并且其大小仅取决于光检测器的辐射源放射的辐射的量。因此，以在能量方面要求不高的方式消除了所有寄生影响，并且得到的模拟信号仅对应于照射程度或者对应于由被监视的纱或另一线性织物形成进行遮蔽的程度。

如果在低强度辐射的周期期间，由光检测器的辐射源放射零辐射，则可以简化根据本发明的方法。在该情况下，辐射由辐射源放射或者不由其放射，其可以被容易地控制和监视，而不必设置源的不同程度的辐射强度。

为了比较从连续测量获得的模拟信号，如果在相同长度的时间段期间监视在高强度辐射周期期间来自单独的光元件的模拟信号，则是有利的。

同时，如果在相同长度的时间段期间监视在低强度辐射周期期间来自单独的光元件的模拟信号，则是有利的，由此如果在相等的时间段期间监视在高强度辐射处的模拟信号和在低强度辐射处的模拟信号两者，则它们的相互减去更简单。

为了简化评估，光检测器的源的低和高辐射强度的交替周期的频率等于线性光传感器的评估频率的整数倍（whole multiple）。

辐射源的辐射强度根据被供应到辐射源的电流的量改变。如果辐射强度等于零，则不存在被供应到辐射源的电流。

如果辐射源包括LED二极管，则尤其关于成本是特别有利的。

用于执行根据本发明的方法的线性光检测器的原理在于：用于借助于高强度和低强度辐射来周期性地照射传感器的单独的光元件的辐射源以及评估在单独的光元件的模拟信号之间的差异的模拟电路与控制信号源耦合，它们在时间上相互同步。出于时间同步的目的，如果低和高辐射强度的时间段长度相等，并且检测的时间点与线性光检测器的评估频率同步，则是优选的。

如果至少控制信号源、评估在来自单独的光元件的模拟信号之间的差异的模拟电路以及检测器的单独的光元件布置在共同的半导体衬底上，则可能实现构造的进一步简化并且可能增加线性光传感器的可靠性。

附图说明

出于本发明的清楚性的目的，提供附图，其中图1图形化地表示传感器的单独的光元件的照射程度，图2示出了根据在本发明中公开的方法工作的连接的方案，并且图3a表示辐射源的辐射、光元件的模拟值的监视、在低强度辐射处的模拟信号的连续监视的情况下对来自光元件的数据的处理的时间进程。最后，图3b示出了辐射源的辐射、光元件的模拟值的监视以及在低强度辐射处的预先检测的模拟值的情况下对来自光元件的数据的处理的时间进程。

具体实施方式

用于在线监视在生产或处理纱或另一线性织物材料的织物机器中的纱或另一线性织物形成的质量的光检测器包括辐射源以及单线或双线的光传感器，一般是CMOS传感器。纱或另一线性织物形成在辐射源和光传感器之间的辐射通量中移动，在垂直方向上将纱的图像投影到所述光传感器上。

传感器的单独的光元件10在它们的输出上提供与它们的照射程度成比例的模拟信号。图1图形化地表示光元件的照射程度，由此黑色指示对应于下落到光元件上和/或通过寄生影响在其中生成的能量的量的模拟信号，所述寄生影响诸如光元件和寄生辐射源的温度和噪声。

值M是光元件在其输出处可以饱和地提供的最大值，即当被非常强的光源照射时提供的。

Ft是由未被检测器的辐射源照射的光元件在输出处提供的寄生值，其在低辐射强度处等于零。该寄生值对应于所有寄生影响的总和，即寄生辐射源和寄生影响取决于在光元件附近的检测器的温度、光元件的大小、传感器的架构和生产的技术。

如果低辐射强度不为零，则值Ft增加通过该低强度辐射生成的能量。

Fs是由受到辐射源在高辐射强度处照射的光元件在输出处提供的值，并且在其自身中还包含寄生值Ft。

Fr是在减去所有寄生影响之后模拟信号的得到的值。

Fr = Fs - Ft

为了能够以该方式处理上述值，它们必须在相同长度的时间段期间从每个光元件获得。出于该目的，使用具有高强度和低强度辐射的交替周期的辐射源来对纱进行照明，由此辐射源的周期的频率较高或者至少与传感器的评估频率相同。在图3a，3b中表示了高强度和低强度辐射的交替周期，其中出于简单的目的，低辐射强度等于零。时间点1指示高强度辐射的开始，而时间点6指示高强度辐射的结束并且同时是低强度辐射的开始，所述低强度辐射在图示的实施例的示例中等于零。低强度辐射继续直至在被指示为1的另一时间点处的高强度辐射的新开始为止。时间点2指示光元件的测量的开始，其在高强度辐射时间段期间或者在低强度辐射时间段期间。时间点3指示针对高强度辐射的光元件的测量的结束，并且同时是针对各个光元件的高强度辐射测量的模拟值的存储的时间点，所述测量的模拟值等于值Fs。时间点4指示针对低强度辐射的光元件的测量的结束，并且同时是针对低强度辐射测量的模拟值的存储时间点，所述测量的模拟值在零辐射强度处等于寄生值Ft。时间点5指示处理从光元件获得的数据，即从总值Fs减去寄生值Ft并且存储得到的值用于进一步的处理。

如图3a中所示，可以在每个周期中减去值Ft和Fs。在根据图3b的实施例中，在测量的开始处检测和存储寄生值Ft，而在单独的周期期间仅总值Fs被监视并且随后被与在测量的开始处检测的和存储的寄生值Ft进行比较。当然，可以以适合的方式组合这些过程两者，例如可以总是在操作单元的操作的中断时检测寄生值Ft，在其处执行监视，诸如在归因于纱破裂或者以空线筒替换满的线筒的纱纺织的中断时。

如在图2中针对传感器的一个光元件10示出的那样，将来自光元件10的模拟信号载运通过电荷放大器20到存储器单元310或者到存储器单元320，其连同电荷放大器20互连到控制信号源40，其确保它们与未图示的辐射源的同步。以此方式，确保了在存储器单元320中存储模拟值Ft，其是归因于所有寄生影响在辐射源不放射辐射（低强度辐射值等于零）并且因此光元件不被照射的时间段期间生成的，而在存储器单元310中存储模拟值Fs，其是由光元件在辐射源放射辐射并且因此光元件被照射的时间段期间生成的。因此，值Fs包含由检测器的辐射源生成的信号以及由寄生影响生成的信号两者。信号Fs和Ft被载运到差分构件50的输入，在所述差分构件的输出处存在信号：

Fr = Fs - Ft，

其后续被模数转换器60转换为信号Fp。为了确保同步，差分构件50和模数转换器60两者互连到控制信号源40。

在以上所提及的解决方案中，所有光元件的模拟值被检测和存储，不论光元件是未被纱遮蔽、被纱部分遮蔽还是被纱完全遮蔽的事实。

为了获得正确结果，必须确保在其期间生成存储的信号的两个时间段具有相同长度。以类似方式，测量的开始的正确定时和同步以及在存储器单元中存储值的时间点是必需的。这是为什么也在相同半导体衬底上形成控制信号源的原因。控制信号源生成用于控制辐射源的强度的信号，对测量的开始进行定时，确定电荷的积分（integration）的时间段和单独的模拟值的测量的结束，对将值存储在存储器单元中进行同步，以及执行计算。

在当电荷的积分发生的时间段不同的情况下，必须将获得的值转换成与各个时间段的不同长度成比例。

在源的辐射的时间段T期间将值Fs存储在存储器单元310中，而在源关闭的时间段T期间将值Ft存储在存储器单元320中，即在辐射强度等于零的时候。在差分构件50后面是得到的模拟值Fr。

参考符号列表

M 光元件的照射的最大值

Ft 光元件的照射的寄生值

Fs 光元件的照射的总值

Fr 光元件的照射的得到的值

Fp 数字化的信号

T 源发光的时间段

1 高强度辐射的开始

2 光元件的测量的开始

3 光元件的测量的结束以及存储针对高强度的值

4 光元件的测量的结束以及存储针对低强度的值

5 处理从光元件获得的数据

6 高强度辐射的结束

10 传感器的光元件

20 电荷放大器

310 针对Fs的存储器单元

320 针对Ft的存储器单元

40 控制信号源

50 差分构件

60 模数转换器

Claims (10)

1.一种用于借助于包括一行或两行单独的矩形形状光元件（10）的线性光传感器来监视在纱质量的光检测器中的纱或另一线性织物形成的质量的方法，所述光元件在它们的输出中提供与它们的照射程度成比例的模拟信号，所述方法的特征在于纱受到周期交替的低强度和高强度辐射的照射，由此在每个周期内，至少以高辐射强度监视和记录所有单独的光元件（10）的模拟信号，并且从针对每个单独的元件（10）的这些信号减去预先或在各个周期之内检测的在低辐射强度处的模拟信号的值，借助于其，得到的模拟信号免受所有寄生影响并且其大小仅取决于光检测器的辐射源的照射程度。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于在低强度辐射处，光检测器的辐射源放射零辐射。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于在相等的时间段期间监视单独的光元件（10）在高辐射强度处的模拟信号。

4.根据权利要求1的方法，其特征在于在相等的时间段期间监视单独的光元件（10）在低辐射强度处的模拟信号。

5.根据权利要求3或4的方法，其特征在于在与单独的光元件（10）在高辐射强度处的模拟信号相同长度的时间段期间监视单独的光元件（10）在低辐射强度处的模拟信号。

6.根据权利要求1的方法，其特征在于光传感器的辐射源的高强度和低强度辐射的周期交替具有的频率等于线性光传感器的评估频率的整数倍。

7.根据权利要求1的方法，其特征在于光检测器的辐射源的辐射强度根据供应到辐射源的电流的量改变。

8.根据权利要求7的方法，其特征在于辐射源由LED二极管组成。

9.一种包括传感器的线性光检测器，所述传感器具有在一行或两行中彼此相邻地布置的多个光元件（10），用于通过借助于单个辐射源将纱的图像在垂直方向上投影到传感器的单独的光元件（10）上来监视在织物机器中的移动的纱或另一线性织物形成的参数，来执行根据前述权利要求中任一项的方法，所述线性光检测器的特征在于用于通过高强度和低强度辐射周期地照射传感器的单独的光元件（10）的辐射源以及评估在单独的光元件（10）的模拟信号之间的差异的模拟电路与控制信号源（40）耦合，它们在时间上相互同步。

10.根据权利要求9的线性光检测器，其特征在于至少控制信号源（40）、评估单独的光元件（10）的不同模拟信号的模拟电路以及传感器的单独的光元件（10）被布置在共同的半导体衬底上。