CN105261816A - 微波空腔谐振器及配备其的纺纱制备机器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微波空腔谐振器，用于监控束状纤维材料；其具有内置谐振腔，在谐振腔中借助自身的至少一个耦合结构能够产生电场；且至少具有一个用于纤维材料流入谐振腔的入口，运输方向上的纤维材料通过该入口能够进入谐振腔；且至少具有一个用于纤维材料的出口，具有在运输方向上连接入口和出口、且通过谐振腔的用于纤维材料的通行通道。谐振腔的内轮廓结构为：在运输方向平行延伸的微波空腔谐振器的截面中，相同电场强度的点排列成线条，通行通道中的这种形状能够获得在运输方向上延伸的最大空间延伸，但仍小于其在垂直方向上延伸的最大空间延伸。

Description

微波空腔谐振器及配备其的纺纱制备机器

技术领域

本发明涉及微波空腔谐振器，用于监控纺纱制备机器上通过微波空腔谐振器移动的束状纤维材料；微波空腔谐振器具有内置谐振腔，借助微波空腔谐振器的至少一个耦合结构能够产生电场；微波空腔谐振器至少具有一个纤维材料流入谐振腔的入口，通过该入口，运输方向上的纤维材料能够进入谐振腔；微波空腔谐振器至少具有一个纤维材料的出口，通过该出口，纤维材料在进入谐振腔后、在运输方向能够重新从谐振腔中排出，微波空腔谐振器具有在所述运输方向上连接入口和出口、且通过谐振腔的用于纤维材料的通行通道。

此外，纺纱制备机器优选为起绒机、梳机或者并条机。

背景技术

在纺织行业中，对纤维属性的测试是生产高价值纺织品不可或缺的前提。例如测量束状纤维材料的厚度，尤其是在调节一个或多个相应纺纱制备机器给定纤维束的不均匀性时是绝对必要的。同样，纺纱制备机器出口拉伸材料的质量控制也需要此类测量。除了上述质量控制，关闭机器时也需要考虑纤维材料厚度的测量值(也常称为带截面或带质量)，若超过了给定的极限值，则不能再生产高品质产品。

迄今为止，要使用机器探测传感器，用于计算受监控纤维材料的上述厚度。电容测量元件也很常见。

使用微波是测量或检查纤维材料厚度较新的方法。用耦合结构将微波发生器发出的微波与微波空腔谐振器的谐振腔连接，需要测量的纤维材料持续通过。根据纤维类型、纤维材料厚度及其湿度，在典型的微波频率下会出现谐振信号，可以在与计算机断开后计算纤维材料厚度和/或纤维湿度。这种用微波的测量方法，优点显著体现在：可以对束状、高速移动的纤维材料进行高精度、无触碰的探测。排除了因为机械测量元件惰性而产生的纤维材料机械损害以及测量精度损害。

测量原理主要基于充分利用流经通行通道的纤维材料与谐振腔中形成的高频电交变场(下文中称为电场)之间的绝缘性相互作用。微波空腔谐振器对材料的反映(也就是测量信号)根据通行通道整个电场区域的融合而得出，其在规定的运输方向上的延伸原则上符合纤维材料运输方向中谐振腔的空间延伸。

已知的微波空腔谐振器具有圆柱形谐振腔，基于电动力学的物理规律，谐振频率与谐振腔直径(通行通道的长度)之间存在比例关系。在目前使用的气缸结构形状中，用直径也能确定通行通道的最小长度。

通过融合这一段长距离，只能用相对粗略的空间分辨率获得流经纤维材料在各个地方分布的质量波动。也就是说，无法识别或者只能用大幅度降低的灵敏度识别小的故障波长，因此在机器处理过程中也没有有效地排除。

问题在于，原则上只要求一个对测量技术评估最优的谐振器的空振频率。事实表明，典型的谐振频率在2.5GHz至4GHz之间为有意义。由此再次得出通行通道的最小长度。

空振频率的提高会导致谐振腔直径的减小、通行通道的缩短，以及直接到更佳的空间分辨率。但是，出于物理及技术原因，不能任意提高空振。

发明内容

本发明的任务在于建议使用微波空腔谐振器，从而能够使用规定的较低谐振频率，以及确保测量的空间分辨率。

通过具备权利要求1中特征的微波空腔谐振器能够实现这一任务。

按照本发明，微波空腔谐振器的出色之处在于：谐振腔的内轮廓能够如此构造，以在微波空腔谐振器与运输方向平行延伸的截面中(对比图4)具有相同电场强度的点排列成线条，这样的形状(也就是其空间构造)在通行通道中形成在运输方向延伸的最大空间延伸，但小于其在垂直方向延伸的最大空间延伸。

此外，某些或者全部上述线条都可以是闭合线，也就是说没有开始和结尾的线条，这样相应线条的形状就会展现出二维物体的轮廓(用数学术语表述，这种情况中，这些线条展现了封闭平面曲线，具有相应空间延伸的形状)。同时，某些或者全部这些线条也可以作为非闭合线(数学角度：“开放的平面曲线”)，每个都有开端和断开的结尾。这种情况中，相应的线条也可以有几何形状，并符合前文所述规定。

换句话说，谐振腔的构造为：在通行通道区域内，形成运输方向线条的空间聚集，从而使运输方向上相邻线条的距离小于其在垂直延伸方向上的对应间距。例如，所述线条为运输方向上锻造成的圆圈或者椭圆。不管何种情况，都通过相应的谐振腔内轮廓(其直接对上述线条的形状产生影响)确保通行通道区域(通常，运输垂直方向上延伸的断面构造为圆柱形、方形或者矩形)相对其他谐振腔区域出现电场强度的提高。对比上述运输方向中的圆柱形谐振腔，通行通道在其他相同的谐振频率下(最优的频率为2GHz至5GHz之间)能够显著缩短，从而相应地优化空间分辨率。

在此处给出提示，谐振腔应构造成上述线条定义的平面垂直的场强，不受限于任何波动，以便于同时监控多个相继流经通行通道的纤维束的厚度和/或湿度。

当谐振腔在与上述线条平行延伸的截面中与通行通道相邻的区域两边都相邻时，特别有优势。这些区域可以相互连接。这些区域可以是封闭空间的、相互通过通行通道分开的空腔，电场延伸到谐振腔两个区域内(例如，通行通道可以通过不导电通道壁部分限定，对上述区域进行空间分离，下文还会详细描述)。

无论如何，当这些区域通过导电壁部分分段式限定，在上述截面中其内轮廓(也就是平等于通过线条定义的平面)以圆弧形偏转时有优势。这会影响上述线条的形状，这些形状很大程度上依赖于导电壁部分的形状与结构。此外，此处还提示，上述内轮廓的形状在整个与线条形成的平面平行延伸的截面中应是相同的。

当导电壁部分的内轮廓在上述截面中至少有一段为线条延伸时就会有特别的优势。例如，导电壁部分可以为平面，谐振腔的内部表面在与运输方向垂直的方向上延伸。各个壁部分可以相互平行延伸，或者形成一个直角或者尖角。例如，微波空腔谐振器可以有两个壁部分，在两边对谐振腔进行限制，与上述线条平行延伸。同样，壁部分也可以是在两边与上述线条垂直的延伸方向上进行限制，这样这些壁部分相互平行，至少有一段与运输方向平行延伸。

此外，当上述截面的两个区域的导电壁部分的内轮廓为C型时也有优势。原则上，C型由第一个截面、第二个截面以及与上述截面相连的第三个截面组成。可以弯曲各个截面，使C型符合拉丁字母的形状。同样，上述截面也可以线条或者折弯延伸，这样内轮廓就可以在两个矩阵长边中的一个中断时仍符合矩形。当两个区域的内轮廓原则上符合矩形时特别有优势，相邻两个延伸的、部分限定通行通道的长边有中断。最后所述长边可以通过壁部分形成为片状，从外部伸入谐振腔内，将其分为两个区域，这个中断应通过不导电通道壁部分进行跨接，以便将区域与外部隔绝，避免污物进入。

若通行通道上述截面中两个区域的导电壁部分的内轮廓为镜面对称时十分有优势。由此产生通行通道镜面对称的电场，保证十分精确地监控移动的纤维材料。若在与上述线条垂直延伸的截面中，导电壁部分的内轮廓为镜面对称也是很有优势的。

若在上述截面中谐振腔两个区域的导电壁部分各自都有中断(上文已提到)也是很有优势的，中断由不导电、至少在某段对通行通道有限定的通道壁部分进行跨接。上述通道壁部分在与运输方向垂直延伸的截面上可以为圆形或椭圆形，使通行通道显示圆柱形状，具有圆形或椭圆形截面。同样，不导电通道壁部分也可以形成平面，在与运输方向垂直的延伸段中的通行通道也可以为方形或矩形。通行通道可以是方形，在运输方向中通过微波空腔谐振器延伸，通过微波空腔谐振器相继传递多个束状纤维材料，并由此监控厚度和/或湿度。

若上述截面中的不导电通道壁部分有与运输方向平行延伸的宽度，且小于运输方向垂直方向、与上述线条平行延伸的谐振腔最大高度，则有优势。因为高度是由给定的谐振频率确定的，可以通过较小的不导电通道壁部分宽度(电场借助其在通行通道或通过通行通道予以延伸，并由此与移动的纤维材料形成相互作用)实现通行通道区域内空间分辨率的提高，因为通过较小的宽度可以实现通行通道中电场强度的浓缩。

此外，当谐振腔的最大高度在80mm至200mm之间、最优在100mm至180mm之间时有优势。这样可以驱动谐振频率在2GHz至5GHz之间的谐振器，因为这直接与谐振腔的高度相关。谐振腔可以在多个点达到上述高度，尤其是定义该高度的壁部分为平面、相互平行、与运输方向平行延伸时。

若不导电通道壁部分的上述宽度在20mm至80mm、最优在30mm至70mm之间时有优势。因为这一宽度也决定了通行通道内上述线条的间距，证明上述宽度可以实现通行通道内所希望的较高的空间分辨率。通过符合上述谐振腔高度而实现的较小的宽度产生电场，其在通行通道内的强度相比其他谐振腔有所提高。结果是，允许识别出移动纤维材料短时的厚度和/或湿度波动，谐振频率不一定与上述范围有偏差，就像是众所周知的圆形线状态一样，这些位于线条上的点具有相同的电场强度。

若上述截面中谐振腔两个区域的内轮廓为多边形时特别有优势，多边形一部分为各个导电壁部分，多边形剩下部分由不导电通道壁部分构成。比较理想的情况为：上述内轮廓包括了两个通行通道及其中轴镜面对称延伸的多边形，其形状为矩行或者梯形。

若谐振腔两个区域的内轮廓都为方形或者槽型则有优势，每个区域都应由上述导电壁部分和各个不导电通道壁部分限定。

按照本发明的纺纱制备机器的出色之处在于：其至少具有目前或者下文描述的微波空腔谐振器。纺纱制备机器可以是目前技术已很成熟的梳机或者起绒机。最好是将纺纱制备机器实施为并条机，下文图示说明中将更为详细地介绍。这种情况下，微波空腔谐振器可以位于并条机牵伸装置前，为需要拉伸的纤维材料规定的并条机供给方向上。这种情况下，微波空腔谐振器用于监控在牵伸装置中移动的纤维材料的厚度和/或湿度。基于微波空腔谐振器提供的测量值可以调整牵伸装置的拉伸，从而获得一个或多个尽可能同等变形的纤维束。也可以考虑在牵伸装置出口处放置微波空腔谐振器，用于监控离开牵伸装置的纤维材料的厚度和/或湿度，并确保离开牵伸装置的纤维材料符合上述数量规定的期望值。这两种情况中，微波空腔谐振器可以与并条机控制装置连接，在并条机运行期间也可以改变牵伸装置的变形(基于微波空腔谐振器的测量数据)。

附图说明

本发明的其他优势在下面的实施方式中予以描述。用图展示：

图1，按照并条机构造的纺纱制备机器的侧面图；

图2，微波空腔谐振器透视图；

图3，按照本发明的微波空腔谐振器与规定运输方向延伸的纤维材料平行的截面；

图4，根据图3的视图，无移动的纤维材料；

图5，另一个按照本发明的微波空腔谐振器与规定运输方向延伸的纤维材料平行的截面；

图6，根据图5的视图，位于电场强度相同点的线条；以及

图7，另一个按照本发明的微波空腔谐振器与规定运输方向移动的纤维材料平行的截面。

具体实施方式

图1使用侧面图，将并条机作为例子说明按照本发明的用于拉伸(均衡)束状纤维材料(纤维束3)的纺纱制备机器1。并条机运行期间，纤维束3(如为单独的纤维束)借助于排出装置，从一个或多个所谓的纺纱罐17中取出，并通过并条机牵伸装置2相应的导向器16进行运输(例如在多头并条机中为并条机的牵伸装置2)。

牵伸装置2具有多个可以沿着相应转轴6(只有一个标有附图标记)转动的牵伸装置滚轮4，夹紧地运输纤维束3。所希望的纤维束3的变形，其形成的方法为：各个圆柱形下辊以及与之接触的各个上辊在所显示的纤维束3的运输方向T上具有不断增加的圆周速度。通过各个牵伸装置滚轮4在运输方向T上不断增加的圆周速度，实现拉伸以及纤维束3的标准尺寸。

接着牵伸装置2，拉伸的纤维材料(目前为无纺布)通过未展示的压缩器，最好为无纺布漏斗形，因此能够压缩无纺布15。

接着，无纺布15到达排出装置5，该排出装置通常包括多个可转动或者至少为部分驱动的排出元件，例如两面接触无纺布15的排出轮。排出装置5通过相应高度的输送速度实现变形，并提高无纺布15的抗拉强度。然后，通常情况下，无纺布15送至转动的转盘18上，以圈状保存到准备好的纺纱罐17中，各个部分的操控借助于一个或多个操控元件12进行。

为了能够使牵伸装置2的变形与所输送的纤维束3相适应，特别需要在牵伸装置2启动前就计算出纤维束3的厚度波动。并条机具有微波空腔谐振器8，布置在牵伸装置2前方区域中(所谓的入口谐振器)。这样就可以将相应的微波空腔谐振器放置在运输方向T上牵伸装置2后面的区域内，以便监控从牵伸装置2出来的无纺布15的厚度波动，并得出牵伸装置2不符合规定的变形的结论(变形基于微波空腔谐振器8的测量值，借助于操控单元12可以进行调整)。

图2显示了相应微波空腔谐振器8的透视图。微波空腔谐振器8原则上具有一个入口10，通过这个入口可以将微波空腔谐振器8传送的束状纤维材料送至内置的谐振腔7(下文还将详细介绍)。此外，还规定了纤维材料的出口11，位于后方区域、与板面平行延伸的、微波空腔谐振器8的背面，因此在图2中看不到。在入口10和出口11之间，纤维材料在与运输方向T平行延伸的通行通道13中移动，正如图2所示，为方形。

此外，微波空腔谐振器8还具有一个目前技术已知的、因此无需多做说明的耦合结构9，用于微波的耦合，以及相应的微波去耦结构22。一部分微波在微波空腔谐振器8运行时借助去耦结构22从谐振腔7中分离，以便计算谐振曲线。由此可以根据谐振曲线的谐振频率和半值宽度得出纤维材料大小、厚度和/或湿度，因为谐振频率和半值宽度这两个参数可以基于纤维材料的相互作用和微波的电场特殊调节。

图3显示了按照本发明的微波空腔谐振器8在运输方向T上平行延伸的截面。如图所示，谐振腔7由两个由通行通道13相互分离的区域19组成，这两个区域19都受多个导电壁部分20和由通行通道13限定的不导电通道壁部分21限制(当然，微波空腔谐振器8也具有一前一后两个导电壁部分20，使得谐振腔7可以向前或者向后移动)。

图4显示了按照本发明构造的谐振腔7的内轮廓：在谐振腔7内部产生的电场具有与板面平行延伸的线条14，这些线表示具有相同电场强度的点，通行通道13中的线条14(图4中原则上为椭圆形)具有在运输方向T上延伸的空间延伸A1，其小于在垂直方向延伸的空间延伸A2(在图3中所示的各部分的标号，出于视觉效果的考虑，图4中没有展示所有部分的标号)。这样在通行通道13中形成的电场和移动纤维材料之间出现相对较短的相互作用区域(只在不导电通道壁部分21中发生)，这样相比于圆柱形谐振腔7，微波空腔谐振器8的分辨率就明显提高了。

图5显示了谐振腔7内轮廓另一个比较优秀的构造。展示的导电壁部分20以及与之相连的不导电通道壁部分21在这种情况中的构造也同时需要让谐振腔7中的各个区域19为方形，与板面平行延伸的壁部分20例外，所有导电壁部分20和不导电通道壁部分21(通过电场拉伸)与运输方向T垂直延伸。

图7显示了谐振腔7的内轮廓最后一种可能的实施方式。这种情况中，垂直于运输方向T延伸的导电壁部分20与不导电通道壁部分21一起，共同形成了两个相对于通行通道13的镜面对称梯形，正好形成了上述线条14的形状，在通行通道13中具有在运输方向T延伸的空间延伸A1，但小于其在垂直方向延伸的空间延伸A2。

此外，此处还要提示，与运输方向T平行延伸的不导电通道壁部分的宽度B应小于谐振腔7在垂直方向延伸的最大高度H(为了清晰表示，所述数值宽度B和高度H只在图6中标出)。

本发明不限于此处说明的实施方式。在权利要求范围内可以进行各种变形，以及所述特征的任意组合，即使它们是在说明书或权利要求的不同部分、或者在不同实施方式中描述的，只要不违反各个特征即可。

附图标记列表

1纺纱制备机器

2牵伸装置

3纤维束

4牵伸装置滚筒

5排出装置

6转轴

7谐振腔

8微波空腔谐振器

9耦合结构

10谐振腔入口

11谐振腔出口

12操控单元

13束状纤维材料的通行通道

14持续场强线

15无纺布

16导向器

17纺纱罐

18转盘

19谐振腔区域

20导电壁部分

21不导电通道壁部分

22去耦结构

A1通过持续场强线形成的在运输方向延伸的空间延伸

A2通过持续场强线形成的在垂直于运输方向延伸的空间延伸

B与运输方向平行延伸的不导电通道壁部分宽度

H谐振腔最大高度

T运输方向

Claims (12)

1.微波空腔谐振器(8)，用于检查在纺织制备机器(1)中借助微波空腔谐振器(8)移动的束状纤维材料(3、15)的厚度和/或湿度；其中微波空腔谐振器(8)具有内置谐振腔(7)，借助于微波空腔谐振器(8)的至少一个耦合结构(9)产生电场；

-微波空腔谐振器(8)至少具有一个纤维材料(3、15)流入谐振腔(7)的入口(10)，通过该入口，运输方向上的纤维材料(3、15)能够进入谐振腔(7)；

-微波空腔谐振器(8)至少具有一个纤维材料(3、15)的出口(11)，通过该出口，纤维材料(3、15)经过谐振腔(7)后在运输方向(T)上能够重新从谐振腔(7)排出；

-微波空腔谐振器(8)具有在运输方向(T)上连接入口(10)和出口(11)、且通过谐振腔(7)的用于纤维材料(3、15)的通行通道(13)，其特征在于：

-谐振腔(7)内轮廓的结构为：在与运输方向(T)平行地延伸的微波空腔谐振器(8)的截面中，具有相同电场强度的点排列成线条(14)，通行通道(13)中的这种形状能够获得运输方向(T)上延伸的最大空间延伸(A1)，但仍小于其在垂直方向上延伸的最大空间延伸(A2)。

2.根据权利要求1所述的微波空腔谐振器(8)，其特征在于：与线条(14)平行延伸的截面中的谐振腔(7)两边分别包括与通行通道(13)相邻的区域(19)，这些区域(19)每段都受导电壁部分(20)限定，所述壁部分(20)内轮廓呈圆弧状偏转。

3.根据权利要求1或2所述的微波空腔谐振器(8)，其特征在于：截面中导电壁部分(20)的内轮廓至少应分段式地直线延伸。

4.根据权利要求2或3所述的微波空腔谐振器(8)，其特征在于：截面的两个区域(19)中的导电壁部分(20)的内轮廓都为C形状。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的微波空腔谐振器(8)，其特征在于：与通行通道(13)相关的所述截面的两个区域(19)中的导电壁部分(20)的内轮廓为镜面对称。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的微波空腔谐振器(8)，其特征在于：所述截面内的谐振腔(7)的两个区域(19)的导电壁部分(20)都有中断，这些中断分别通过不导电的、至少分段式限制通行通道(13)的通道壁部分(21)跨接。

7.根据上述权利要求中任一项所述的微波空腔谐振器(8)，其特征在于：在所述截面中，不导电的通道壁部分(21)具有与运输方向(T)平行延伸的宽度(B)，其小于垂直于运输方向(T)、与所述线条(14)平行延伸的谐振腔(7)的最大高度(H)。

8.根据上述权利要求中任一项所述的微波空腔谐振器(8)，其特征在于：谐振腔(7)的最大高度(H)的数值为80mm至200mm之间，最好为100mm至180mm之间。

9.根据权利要求7或8所述的微波空腔谐振器(8)，其特征在于：权利要求7中所述的不导电通道壁部分(21)的宽度(B)，其数值在20mm至80mm之间，最好为30mm至70mm之间。

10.根据权利要求2至9中任一项所述的微波空腔谐振器(8)，其特征在于：所述截面中谐振腔(7)的两个区域(19)的内轮廓都为多边形，多边形的一部分为各个导电壁部分(20)，多边形的剩余部分由不导电通道壁部分(21)构成。

11.根据权利要求2至10中任一项所述的微波空腔谐振器(8)，其特征在于：谐振腔(7)的两个区域(19)的内轮廓都为方形或槽型。

12.纺纱制备机器(1)，尤其是起绒机、梳机或者并条机，其特征在于：至少具有一个根据上述权利要求中任一项所述的微波空腔谐振器(8)。