CN108303017A - 一种电缆线径的测量装置和方法 - Google Patents

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    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/12—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring diameters

Abstract

本发明公开了一种电缆线径的测量装置和方法，该测试装置主要由检测组件，进线口组件，出线口组件，控制组件组成。本发明利用变极距型电容传感器的工作原理，通过电容和差比的运算将电容值与极距之间的非线性关系转化为线性关系。此装置采用差动式的对称结构，既提高了灵敏度，又增强了抗干扰的能力，能够有效的排除因抖动对电缆线径测量所造成的误差，提高测量的精度。

Description

一种电缆线径的测量装置和方法
技术领域
本发明涉及一种电缆线径测量装置和方法，属于电缆线径检测领域。
背景技术
在电缆产品的生产中，为了保证产品的加工质量，需要对电缆的线径进行测量，并将误差控制在允许范围内。然而由于生产现场的各种因素，如牵引电机的速度变化，挤塑机挤出塑料的流速变化等都会影响到挤塑的均匀性，从而造成电缆线径的误差，因此需要采用相应的测量装置对电缆的线径进行测量。
现阶段对电缆线径的测量方法主要是扫描阴影法和衍射法。但这两种方法多用于静态测量，当用于在线测量时难以快速得到测量结果，且结构复杂，价格昂贵，因此不太适于在线测量电缆线径。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种能够较准确测量电缆线径的装置和方法。
本发明通过以下技术措施实现的，一种电缆线径的测量装置包括检测组件、进线口组件、出线口组件和控制组件；
所述控制组件包括上位机和可编程逻辑控制器；
所述进线口组件包括支撑臂Ⅰ3和支撑臂Ⅱ4以及进线口7，所述的出线口组件包括支撑臂Ⅲ5和支撑臂Ⅳ6以及出线口8，其中进线口7和出线口8的结构相同，主体为支架16，所述支架16为方形框架，U型轮13分别通过方形框架上轮轴12和下轮轴15固定在方形框架内，其中上轮轴12可沿方形框架内侧上下移动；
所述检测组件包括与电缆14上边缘相连的检测室1和与电缆14下边缘相连的检测室2，检测室1和检测室2均由电容式传感器组成。
其中上轮轴12两端分别与压力调节弹簧10连接，压力调节弹簧10的另一端连接至位于方形框架表面的调节螺栓9；支架16的侧面横向开有通槽，其宽度大于电缆14的线径。
利用上述装置对电缆进行线径测量的方法是根据检测室1和检测室2内电容式传感器之间电容的变化与电缆14的线径的对应关系得出待测电缆的线径，具体过程如下：
电容式传感器中电容C和极板间的距离d的关系为其中ε为介电常数，s为有效面积；若介电常数ε与有效面积s保持不变，则测出极板间距离d 就可以得到电容值C。但电容值C与极板间距离d之间的关系为非线性的，在电路的设计和运算上都比较复杂。为了避免非线性误差所造成的影响，通过电容和差比的计算，将电容值C与极板间距离d之间的非线性关系转化为线性关系。具体的转化如下：
检测室1中的电容式传感器的动极板到上面的定极板之间的距离为d1，动极板到下面的定极板之间的距离为d2，上下两边的电容值分别为C1和C2，检测室 2中的电容式传感器电的动极板到上面的定极板之间的距离为d4，动极板到下面的定极板之间的距离为d3，上下两边的电容值分别为C4和C3；
在初始位置时，检测室1和检测室2中的电容传感器的动极板到上下两个定极板之间的距离相等都为d0，即d1＝d2＝d3＝d4＝d0；电容传感器两边的初始电容相等都为C0，即C1＝C2＝C3＝C4＝C0；
无论动极板的位置如何变化，C1+C2＝2C0，C3+C4＝2C0始终为常量，设 C1-C2＝ΔC1，C3-C4＝ΔC2，
则
可得
同理得
在初始位置时，电缆的线径不发生变化，设电缆14初始位置的线径D0＝2d0，测量过程中电缆14的线径变化会对应引起d1、d2、d3和d4的变化，变化中电缆 14的线径
由此可见，用本装置测量电缆的线径值是通过电容变化量得到的，两者的变化是对应的。
本发明的有益效果：
1、消除抖动的影响，减小测量的误差；
2、有效的提高了灵敏度。
附图说明
图1为本发明的整体结构框图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为电缆线径测量装置进线口左侧剖视图；
图4为电缆线径测量装置进线口正面剖视图；
图中各标号：1-上检测室，2-下检测室，3-支撑臂Ⅰ，4-支撑臂Ⅱ，5-支撑臂Ⅲ，6-支撑臂Ⅳ，7-进线口，8-出线口，9-调节螺栓，10-压力调节弹簧，11- 调节槽，12-上轮轴，13-U型轮，14-电缆，15-下轮轴，16-支架。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1-3所示，一种电缆线径的测量装置包括检测组件、进线口组件、出线口组件和控制组件；
所述控制组件包括上位机和可编程逻辑控制器；
所述进线口组件包括支撑臂Ⅰ3和支撑臂Ⅱ4以及进线口7，所述的出线口组件包括支撑臂Ⅲ5和支撑臂Ⅳ6以及出线口8，其中进线口7和出线口8的结构相同，主体为支架16，所述支架16为方形框架，U型轮13分别通过方形框架上轮轴12和下轮轴15固定在方形框架内，其中上轮轴12可沿方形框架内侧上下移动；
所述检测组件包括与电缆14上边缘相连的检测室1和与电缆14下边缘相连的检测室2，检测室1和检测室2均由电容式传感器组成。
采用本装置进行电缆14线径的测量时，只需将电缆14从进线口7送入，通过控制组件的调节即可实现电缆14的线径的实时测量。
实施例2：如图3-4所示，其中上轮轴12两端分别与压力调节弹簧10连接，压力调节弹簧10的另一端连接至位于方形框架表面的调节螺栓9，电缆14行进时，上轮轴12在压力调节弹簧10的作用下可沿调节槽11上下移动，带动U型轮13的相对转动进而调节了上下的U型轮13之间的距离以适应不同线径的电缆14，调节螺栓9是用于压力调节弹簧10的微调；另外支架16的侧面横向开有通槽，其宽度大于电缆14的线径，支架16上的横向通槽是为了方便从侧面取出或放入测量装置，本测量装置可适用不同尺寸的电缆。
实施例3：利用上述装置对电缆进行线径测量的方法是根据检测室1和检测室2内电容式传感器之间电容的变化与电缆14的线径的对应关系得出待测电缆的线径，具体过程如下：
电容式传感器中电容C和极板间的距离d的关系为其中ε为介电常数，s为有效面积；若介电常数ε与有效面积s保持不变，则测出极板间距离d 就可以得到电容值C。但电容值C与极板间距离d之间的关系为非线性的，在电路的设计和运算上都比较复杂。为了避免非线性误差所造成的影响，通过电容和差比的计算，将电容值C与极板间距离d之间的非线性关系转化为线性关系。具体的转化如下：
检测室1中的电容式传感器的动极板到上面的定极板之间的距离为d1，动极板到下面的定极板之间的距离为d2，上下两边的电容值分别为C1和C2，检测室 2中的电容式传感器电的动极板到上面的定极板之间的距离为d4，动极板到下面的定极板之间的距离为d3，上下两边的电容值分别为C4和C3；
在初始位置时，检测室1和检测室2中的电容传感器的动极板到上下两个定极板之间的距离相等都为d0，即d1＝d2＝d3＝d4＝d0；电容传感器两边的初始电容相等都为C0，即C1＝C2＝C3＝C4＝C0；
无论动极板的位置如何变化，C1+C2＝2C0，C3+C4＝2C0始终为常量，设 C1-C2＝ΔC1，C3-C4＝ΔC2，
则
可得
同理得
在初始位置时，电缆14的线径不发生变化，设电缆14初始位置的线径 D0＝2d0，测量过程中电缆14的线径变化会对应引起d1、d2、d3和d4的变化，变化中电缆14的线径
而测量中引起电容变化量改变的有三种情况，分别是抖动(向上或向下)，实际线径的变化(增大或者减小)，线径变化的同时存在着抖动。
在对电缆14线径的测量过程中发生抖动会引起测量的误差，而该测量装置能够消除抖动的影响，减小测量的误差。
当电缆14发生抖动时(假设为向上抖动)：此时d1减小，d2增大，d3增大， d4减小，而d1、d2的差值和d3、d4的差值相同，由上述公式可知对应的电容变化量ΔC1为正，ΔC2为负，两者的绝对值相同，即两者之和为0，通过上述公式可得电缆14的线径没有受到影响，即本装置可以有效的消除抖动。
当电缆14线径减小时：此时d1增大，d2减小，d3增大，d4减小；当电缆14 线径增大时：此时d1减小，d2增大，d3减小，d4增大；根据上述的公式可以得到实时的电缆14的线径结果，而且对于微小的线径变化也可以及时测量，有效的提高了灵敏度。
当电缆14线径变化与抖动同时发生时：此时电容的变化量线径变化时和抖动发生时电容的变化量之和，而由上述分析可知，本装置可有效消除抖动，即此时电容的变化只受电缆14线径的影响。
本方法利用变极距型电容传感器的工作原理，通过电容和差比的运算将电容值与极距之间的非线性关系转化为线性关系。此装置采用差动式的对称结构，既提高了灵敏度，又增强了抗干扰的能力，能够有效的排除因抖动对电缆线径测量所造成的误差，提高测量的精度。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (4)

1.一种电缆线径的测量装置，其特征在于：包括检测组件、进线口组件、出线口组件和控制组件；
所述控制组件包括上位机和可编程逻辑控制器；
所述进线口组件包括支撑臂Ⅰ(3)和支撑臂Ⅱ(4)以及进线口(7)，所述出线口组件包括支撑臂Ⅲ(5)和支撑臂Ⅳ(6)以及出线口(8)，其中进线口(7)和出线口(8)的结构相同，两者的主体为支架(16)，所述支架(16)为方形框架，U型轮(13)分别通过方形框架上轮轴(12)和下轮轴(15)固定在方形框架内，其中上轮轴(12)可沿方形框架内侧上下移动；
所述检测组件包括与电缆(14)上边缘相连的上检测室(1)和与电缆(14)下边缘相连的下检测室(2)，上检测室(1)和下检测室(2)均由电容式传感器组成。
2.根据权利要求1所述的电缆线径的测量装置，其特征在于：所述上轮轴(12)两端分别与压力调节弹簧(10)连接，压力调节弹簧(10)的另一端连接至位于方形框架表面的调节螺栓(9)。
3.根据权利要求1所述的电缆线径的测量装置，其特征在于：所述支架(16)的侧面横向开有通槽，其宽度大于电缆(14)的线径。
4.一种利用权利要求1所述的测量装置对电缆进行线径测量的方法，其特征在于：根据上检测室(1)和下检测室(2)内电容式传感器之间电容的变化与电缆(14)的线径的对应关系得出待测电缆的线径，具体过程如下：
上检测室(1)中的电容式传感器的动极板到上面的定极板之间的距离为d1，动极板到下面的定极板之间的距离为d2，上下两边的电容值分别为C1和C2，下检测室(2)中的电容式传感器电的动极板到上面的定极板之间的距离为d4，动极板到下面的定极板之间的距离为d3，上下两边的电容值分别为C4和C3；
电容式传感器中电容C和极板间的距离d的关系为其中ε为介电常数，s为有效面积；
在初始位置时，上检测室(1)和下检测室(2)中的电容传感器的动极板到上下两个定极板之间的距离相等都为d0，即d1＝d2＝d3＝d4＝d0；电容传感器两边的初始电容相等都为C0，即C1＝C2＝C3＝C4＝C0；
设C1-C2＝ΔC1，C3-C4＝ΔC2，
则
可得
同理得
在初始位置时，电缆的线径不发生变化，设电缆14初始位置的线径D0＝2d0，测量过程中电缆14的线径变化会对应引起d1、d2、d3和d4的变化，变化中电缆14的线径
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