CN110715762A - 基于声表面波的简支梁结构式纱线张力传感器 - Google Patents

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CN110715762A
CN110715762A CN201911062247.5A CN201911062247A CN110715762A CN 110715762 A CN110715762 A CN 110715762A CN 201911062247 A CN201911062247 A CN 201911062247A CN 110715762 A CN110715762 A CN 110715762A
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acoustic wave
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yarn tension
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卢文科
丁勇
刘守兵
方建安
冯阳
卢子譞
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Donghua University
National Dong Hwa University
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    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/04—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands
    • G01L5/042—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands by measuring vibrational characteristics of the flexible member

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Abstract

本发明提供了一种基于声表面波的简支梁结构式纱线张力传感器，用声表面波器件制作，其特征在于，包括压电基片一和压电基片二，压电基片一和压电基片二均设有声表面波输入叉指换能器和声表面波输出叉指换能器；压电基片一采用一端固定，另一端滑动的简支梁结构，导纱轮将2倍的纱线张力通过拉杆传递到压电基片一上。本发明提供的传感器是用声表面波器件制作的。由于采用了简支梁结构，所以该传感器具有简支梁不容易折断和灵敏度比较高的优点，同时也采用了计算机(如单片机)进行温度补偿。

Description

基于声表面波的简支梁结构式纱线张力传感器
技术领域
本发明张力传感器领域，特别涉及一种用于检测纱线张力的基于声表面波采用简支梁结构的传感器。
背景技术
目前在纺织工业中所用的纱线张力传感器包括电阻应变式、电容式、磁电感应式、霍尔效应式等。由于这些纱线张力传感器具有价格低廉、结构简单、牢固可靠等优点，所以它们得到了广泛的应用，但还存在误差大、响应速度慢等缺点，尤其它们采样频率低，不能满足高速纺机的要求。
用声表面波器件制作的纱线张力传感器的输出信号的频率从10MHz～3GHz，根据实际的需要来设计传感器的输出信号的频率，这样能够满足高速纺机的要求。
发明专利[ZL201010022680.9]公开了一种基于声表面波的悬臂梁结构式纱线张力传感器，该传感器的悬臂梁容易折断。发明专利[210611032084.2]公开了一种基于声表面波的两端固定悬臂梁结构(即两端固支梁结构)式纱线张力传感器，该传感器的优点是固支梁不容易折断，其缺点是灵敏度低。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用不容易折断的简支梁且灵敏度比较高的纱线张力传感器。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种基于声表面波的简支梁结构式纱线张力传感器，用声表面波器件制作，其特征在于，包括压电基片一和压电基片二，压电基片一和压电基片二均设有声表面波输入叉指换能器和声表面波输出叉指换能器，压电基片一的声表面波输入叉指换能器和声表面波输出叉指换能器与压电基片二的声表面波输入叉指换能器和声表面波输出叉指换能器的结构完全相同；压电基片一采用一端固定，另一端滑动的简支梁结构，导纱轮将2倍的纱线张力通过拉杆传递到压电基片一上；
压电基片一的声表面波输入叉指换能器和声表面波输出叉指换能器与压电基片二的声表面波输入叉指换能器和声表面波输出叉指换能器分别与各自的放大器的输入端相连，两个放大器的输出端分别与各自的整形电路的输入端相连，两个整形电路的输出端与计算机相连，由计算机显示出纱线张力的数值。
优选地，由三个导纱轮将所述2倍的纱线张力通过所述拉杆传递到所述压电基片一上。
优选地，所述压电基片一的端部设于滑动装置，通过滑动装置实现所述压电基片一该端部的滑动。
优选地，所述声表面波输入叉指换能器是变迹加权的叉指换能器；所述声表面波输出叉指换能器是指条相等重叠、均匀周期叉指换能器。
本发明提供的传感器是用声表面波器件制作的。由于采用了简支梁结构，所以该传感器具有简支梁不容易折断和灵敏度比较高的优点，同时也采用了计算机(如单片机)进行温度补偿。
附图说明
图1为本发明中基于声表面波的简支梁结构式纱线张力传感器具体实施例结构图；
图2为本发明的受力示意图；
图3是本发明中采用的简支梁结构立体图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
参照图1，本发明提供的一种基于声表面波的简支梁结构式纱线张力传感器，用声表面波器件制作包括压电基片一1和压电基片二2。在压电基片一1和压电基片二2上制作了完全相同的声表面波输入叉指换能器3和声表面波输出叉指换能器4。两个压电基片上的声表面波输入叉指换能器3和声表面波输出叉指换能器4分别与各自的放大器5相连构成两个振荡器，该两个振荡器的输出频率为f1和f2的正弦波信号。当两个正弦波信号分别通过整形电路13和整形电路14后，其两个正弦波信号被整形成两个方波信号。
参照图3，声表面波输入叉指换能器3是变迹加权的叉指换能器；声表面波输出叉指换能器4是指条相等重叠、均匀周期叉指换能器。压电基片一1的一端固定，另一端通过滑动装置6实现滑动，从而形成简支梁结构。
当纱线9的张力F通过导纱轮10、11和12时，将2倍的纱线张力F通过拉杆8传递到压电基片一1，从而导致于压电基片一1产生应变。该应变使得压电基片一1上叉指换能器的几何尺寸和声表面波的传播速度发生变化，从而导致于振荡频率f1发生偏移。该振荡频率f1的偏移量与纱线9张力F成正比，从而达到了测量纱线张力F的目的。由于压电基片一1和压电基片二2都是石英基片，并且它们的叉指换能器都是相同的，所以它们对温度和湿度的敏感度也相同，导致于振荡频率f1和f2中所含的由温度和湿度所引起的频率偏移量相同。将振荡频率f1和f2分别送入计算机15进行减法运算，达到消除温度和湿度的影响。

Claims (4)

1.一种基于声表面波的简支梁结构式纱线张力传感器，用声表面波器件制作，其特征在于，包括压电基片一(1)和压电基片二(2)，压电基片一(1)和压电基片二(2)均设有声表面波输入叉指换能器(3)和声表面波输出叉指换能器(4)，压电基片一(1)的声表面波输入叉指换能器(3)和声表面波输出叉指换能器(4)与压电基片二(2)的声表面波输入叉指换能器(3)和声表面波输出叉指换能器(4)的结构完全相同；压电基片一(1)采用一端固定，另一端滑动的简支梁结构，导纱轮将2倍的纱线张力通过拉杆(8)传递到压电基片一(1)上；
压电基片一(1)的声表面波输入叉指换能器(3)和声表面波输出叉指换能器(4)与压电基片二(2)的声表面波输入叉指换能器(3)和声表面波输出叉指换能器(4)分别与各自的放大器的输入端相连，两个放大器的输出端分别与各自的整形电路的输入端相连，两个整形电路的输出端与计算机相连，由计算机显示出纱线张力的数值。
2.如权利要求1所述的一种基于声表面波的简支梁结构式纱线张力传感器，其特征在于，由三个导纱轮(11、10、12)将所述2倍的纱线张力通过所述拉杆(8)传递到所述压电基片一(1)上。
3.如权利要求1所述的一种基于声表面波的简支梁结构式纱线张力传感器，其特征在于，所述压电基片一(1)的端部设于滑动装置(6)，通过滑动装置(6)实现所述压电基片一(1)该端部的滑动。
4.如权利要求1所述的一种基于声表面波的简支梁结构式纱线张力传感器，其特征在于，所述声表面波输入叉指换能器(3)是变迹加权的叉指换能器；所述声表面波输出叉指换能器(4)是指条相等重叠、均匀周期叉指换能器。
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