CN1296566A - 纤维强度测试系统 - Google Patents

Abstract

一种轧棉工艺控制系统,其包括一传感台,用于在棉花向前通过轧棉机时感应该棉花的物理属性。一湿度传感器在一很宽的值的范围内确定棉花中湿度的量值。一质量监测器确定棉花的颜色、颜色的分布以及夹带于棉花中的废料和其它杂质的量和类型。马克隆尼单元确定马克隆尼和棉花的成熟度。一纤维长度测试仪提供有关棉花纤维的长度分布、断裂强度和细度。棉花样品由轧棉流聚集并以手动、半自动和自动方式到达传感台。在全自动单元中,传感台直接连接到轧面机。该传感台也与轧棉工艺控制系统连通,该系统使用来自传感台的数据,自动的控制轧面机的操作。另一种方案,传感台组装成单台式的单元。在该单台式的单元的半自动情况下,样品手动聚集并到达集箱的单元中,用于由感应台自动分样并测试。在该半自动的情况下,感应台可以布置成与全自动的在线单元的一样。在单台式的单元的手动情况下,样品手动聚集并手动置于与各种感应台接触。由单台式单元提供的信息可以用于手动控制轧面机的操作。

Description

纤维强度测试系统

发明背景

本发明通常涉及一种处理诸如棉线等纤维材料的方法和装置。更具体地，本发明涉及一种轧棉机处理方法和装置，用于优化棉线的质量。

术语“棉花”可以用于指代“籽棉”或“皮棉”。籽棉是内部有花的纤维中具有植物籽的最初的自然花。皮棉是与籽分离的开花植物的纤维。

轧棉去籽包括干燥，从籽棉中除去杂质，从皮棉中分离植物籽，再从皮棉中除去杂质，皮棉固结和捆束打包。根据处理设备的机械容量，轧棉机最多将每小时150000磅籽棉处理成每小时12000磅皮棉，打包成500磅的包。这意味着，一个轧棉去籽系统可以由几个不同类型的处理机器或装置构成。每种机器设计成影响皮棉产品的一个或多个物理属性。

轧棉去籽之后的皮棉质量与其原有质量、自然属性以及在轧棉去籽处理的过程中所接受的清洗、干燥或潮湿的类型和程度相关。纤维颜色、长度、强度和密度是质量的自然属性。但是，潮气和杂质的出现是外界施加的质量特性，容易受机械影响的改变。研究已经证实棉纤维的外观强度与纤维潮气的含量直接成比例，并且因此潮气含量越高强度越大。进而，随着通过干燥，纤维潮气含量降低，外观强度降低并且在轧棉去籽的过程中纤维断裂的频率增加。

作为吸湿的材料，棉花的自然潮气含量相对于周围空气的相对湿度变化。在湿度高的季节收获的棉花轧棉时达到高达12％或更多的潮气含量，与之相反在湿度低的季节收获的棉花包含4％或更少的纤维潮气。由于这些原因，对于试图以预定的潮气含量进行皮棉的轧棉去籽的轧棉，必须准备向正在处理的棉花添加或除去潮气。但是，在美国大多数棉花按照标准的程序处理，而不考虑在中间的批处理中出现的杂质或潮气的实际含量。因此，尽管比棉花中原始存在的杂质级别所需要的更干净，有些棉花可能是过干燥的或过处理的。这种不需要的或者甚至是有害的处理可能导致纤维质量的下降和成本和/或处理时间的增加。

由于在美国大部分棉花作物在湿度低的季节收获，轧棉时通常达到4％～5％的纤维潮气，通过减少纤维在轧花机机座和飞花清洁机中的断裂的数量，在进行纤维棉籽的分离和皮棉清洁之前加入潮气，可以改善这种棉花的平均纤维长度。但是，轧棉处理后的皮棉中的潮气的重新吸入将不会改善纤维长度。另一方面，具有9％或更多的纤维湿气的棉花可能在穿过飞花清洁机过程中既不会光滑地轧棉也不会恰当地处理。因此，推荐的6.5％～8％的纤维湿气具有轧棉生产方面的问题以及生产质量方面的问题。

杂质的去除最初涉及市场等级和价格的经济情况。但是，存在一个收益递减的点，在此处通过纤维和棉籽损害和重量的过渡损失弥补进一步去除杂质的益处。大多数现代轧棉机包括清洁设备，来控制在它们的服务领域中所希望的最严格的杂质条件。该设备的实际使用最好应当以棉花进料的杂质含量为基础，并且较清洁的棉花不应当仅仅因为它是可以利用的，而经过轧棉机中每个清洁机器的处理。杂质的去除应当对那些由棉花的颜色决定的生产等级需要很严格。进一步的清洁减少重量而没有增加捆的数量。

一种优化棉花处理程序的方式是控制设备例如干燥机的温度，和旁路特定的机器例如对特定的棉花处理不是必需的籽棉清洁机和皮棉清洁机。传统地，在轧棉处理过程中不监测例如杂质含量、潮气含量、颜色、纤维长度、长度变化、纤维强度、纤维的伸长和纤维厚度等物理属性。因此，不存在确定处理程序的系统或方法，来优化皮棉生产质量、等级或价值。由于没有确定最优化的质量等级的方法，也没有执行最优化质量等级的装置或设备。

改变在传统的轧棉系统中使用的清洁机的数量需要系统的停工期以及手工改变阀结构的劳动力成本。已经估算出改变单个轧棉标准皮棉清洁机装置上的阀需要至少五分钟，用于那些装配有流动顺序改变阀的轧棉机系统。一个轧棉机通常具有三组或更多组处于串联或并联处理线中的皮棉清洁机，但并不是全部都装配有旁通阀。

为了绕过传统轧棉系统中的例如皮棉清洁机等机器，棉花的流动穿过直接位于皮棉清洁机之前的轧花机机座停止。如果装配有，则通过将要绕过的机器的材料流动管道中的阀关闭，通常是手动实现。然后旁路的机器停止。为了使得绕过的备用机器联线，必须逆转该处理。为了绕过例如籽棉清洁机或干燥机等机器，位于前面的所有机器必须停止，在几分钟的时间内依次停止穿过整个轧棉系统的棉花流动，在此期间手动地改变籽棉清洁机阀。

最近以来，美国农业部和其它部门已经赞助了用于测量颜色、潮气和杂质值的在线传感器的开发。这些开发的一部分由属于W.S.Anthony等人的美国专利5,058,444、属于W.S.Anthony的美国专利5,087,120和属于W.S.Anthony的美国专利5,639,955所代表。作为与本发明有关的，通过引用的方式将这些现有技术的专利公开的全部内容合并进来。

通过引用也将序列号为08/691，069的待审查美国专利申请完整地合并，其描述一种轧棉系统，具有颜色和潮气这一物理属性的在线传感器。另外，专利申请08/691，069教导了系统流动物流中杂质的相对含量的在线测量。对应于这些测量的数据传递给中央处理单元(CPU)。CPU是具有计算机程序逻辑的中央控制计算机，接收和处理在线传感器的数据来产生轧棉决策矩阵，根据此矩阵确定优化流体的经济价值的流动程序决策。利用得到的特定流动程序，向例如籽棉或皮棉运输管道中的电机操作的阀等有电源的流动控制器发出适当的操作信号。

尽管待审查专利申请08/691，069为在线质量发展表现出明显的进步，程序逻辑可以利用的变量数据基础仍然只是颜色、潮气和杂质。现有技术的程序逻辑没有考虑纤维长度、纤维长度变化、纤维强度、纤维的申长能力、和与马克隆尼(micronaire)相关的纤维周边和壁厚度等属性。

因此，需要一种自动轧棉控制系统，在优化质量处理程序的过程中，与颜色、潮气和杂质一同考虑纤维强度、纤维长度、纤维长度变化、纤维的申长能力和马克隆尼棉花属性。因此，本发明的一个目的在于提供一种轧棉控制系统，它具有用来测量纤维强度、纤维长度、长度变化、伸长能力和马克隆尼以及颜色、潮气和杂质的在线传感器。

本发明的再一个目的在于提供一种基本上成套的设备组件，其可以沿着轧棉系统的材料流动通道定位在任何位置上。

本发明的又一个目的在于提供一种设备，其从运行的轧棉处理流中提取物理样品，而基本上没有中断棉花流体的连续性，其中通过对这一物理样品的自动处理来确定运输中的纤维的平均长度、纤维长度的变化、纤维的延长的值和纤维样品的断裂长度。

本发明的另一个目的在于提供几种新仪器，用于测量马克隆尼。

本发明的再另一个目的在于提供一种方法和设备，用于进行马克隆尼确定，避免需要对样品进行称重。

本发明的又一个目的在于提供一种改进的方法和设备，用来确定棉花样品的成熟度。

本发明的又一个目的在于提供一种方法和装置，用来从活动的流体中获得马克隆尼属性测量，不需要手动的干涉或基本上不中断流体。

本发明的又一个目的是提供一种基本上成套的仪器组件作为单机件的设备，其可以用来测试已经从一个源头例如轧棉机取走的棉花纤维，并且手工地表示为单机件的设备的样品。

此外本发明的又一个目的在于提供一种基本上成套的仪器组件作为单机件的设备，其可以用来测试已经从一个源头例如轧棉机取走的棉花纤维，并且不需要手工帮助可以获得和制备要测试的样品。

发明概要

在具有多个处理单元和用来运输夹带有空气的棉花流的传输管道的轧棉机中，例如遥控的马达阀等流动控制装置定位在传输管道中，来有选择地包括或排除特定的处理单元。每个流动控制装置的传输管道控制状态由轧棉控制计算机排序，对该计算机编程以从在线棉花属性测量的数据为基础选择轧棉处理顺序。进行用于纤维强度、纤维长度、纤维长度变化和长度延伸以及潮气、颜色污染物、马克隆尼和成熟度的棉花属性测试。如所希望的，可以针对皮棉生产质量、皮棉等级、皮棉价值或其他这种控制目标编写程序。由计算机控制的程序流程的整体性的关键是传递给计算机的棉花属性数据的精确度和连续性。

本发明提供通过搅拌型取样机隔离在材料运输管道中的在线棉花流体样品，该取样机暂时收集一定量的管道流体的样品和靠着管道中的透明窗壁挤压该样品。位于透明窗壁的外侧上的反射型或光谱仪型光学传感器相对于挤压窗壁的内侧的样品块反射的亮度值反应。这些反射的亮度值由光传感器检测并且用来确定样品的颜色和杂质含量。

通过具有电阻抗栅格的传感器测量由在线搅拌机收集的流体样品的潮气含量。在一个优选实施例中，该阻抗栅格可以埋入到管道壁中，或者，埋入到搅拌机中。由于搅拌机向壁挤压收集的样品，样品块密实地挤压阻抗栅格，从而产生低的但可以测量的穿过样品的漏电流，其具有与样品的潮气含量成正比的电流值。

还可以使用同样的或独立的搅拌样品收集器，来相对于管道壁中的筛子或光栅挤压管道中的流体样品。在管道壁的外侧上但与外部空气隔绝的，是运载多个精梳机的闭合回路的带式运送机。随着皮带围绕闭合回路驱动，精梳机靠着光栅的外表面穿过，在搅拌机的压缩力的作用下从穿过栅格的缝隙伸出的成包的纤维布上收集纤维样品。利用象须子一样粘在精梳机线上的纤维样品，通过销条牢固地固定样品。随着传送机皮带的前进，精梳机和上面系着的纤维到达精梳台，在此处精梳由带式精梳机固定的纤维样品。第二次运动增量使带式精梳机前进并且由此使纤维样品保持到刷洗台，完成须子纤维的平行化和除去疏松的纤维和外来杂质。带回路中的第三台首先光学地扫描样品须子的长度轮廓的成份，从而提供长度分布数据(fibergram)，由此得出平均长度、短纤维长度和长度一致性。

接下来，拉伸后的样品须子夹在安装在负载单元上的老虎钳钳夹之间，在夹合的精梳机和老虎钳钳夹之间作用待测量的拉伸力，直到须子断开。该测量的拉伸力涉及纤维拉伸强度和纤维延长度。

紧随长度测量/断裂台，保留在夹合的精梳机中的须子残留物前进到落卷台，在此处取出与精梳机齿接合的销条，来将纤维颗粒释放到真空除尘系统中。对于传送带运输回路中的每个工作台，提供一个采样精梳机，从而产生与测量的纤维长度、纤维长度变化、纤维拉伸强度和纤维延长度成比例的电传送数据的增量的连续流动。

马克隆尼气流式纤维细度测试仪是与以纤维周长和纤维壁厚为基础的纺织品工业不同的棉花细度的经验测量。通过则量穿过样品的空气流动确定马克隆尼气流式纤维细度值。总的纤维表面决定流动的阻力。通过传统的马克隆尼气流式纤维细度测试程序，已知的空气流动速率穿过具有预定体积的成捆纤维圆柱的预定的轴向长度。测量在该轴向长度上损失的压力，通过该成捆的体积中的纤维的重量标准化该测量的值。也就是说，马克隆尼气流式纤维细度比值测试需要几个不连续的步骤，包括：隔离一定量的测试纤维；将测试的量放在圆柱形测试单元中；向测试单元作用测试流体并且穿过该一定量的测试纤维；测量穿过轴向长度的空气流的压降；和称量该测试量的纤维。

在本发明中，通过来自主材料运载管道的管道旁路形成在线马克隆尼气流式纤维细度测试。纤维悬挂流体导入到该旁路中，来正对构成测试单元端壁的多孔的或穿孔的活塞的表面。随着旁路中流体继续前进，纤维正对着多孔活塞表面并沿着活塞表面前端中的圆柱孔积累。压力差动地监测一对沿着圆柱孔轴向分隔的压力丝锥区域作为圆柱孔中积累的纤维数量的指示器。在预定的积累点，旁路紧邻主纤维运输管道，第二穿孔活塞进入到纤维累积体积中来挤压位于正对的活塞表面之间的堆积物。堆积物挤压成的容积是一个已知的常量或通过测量的测定而已知。在后一种情况中，挤压活塞的表面使堆积的纤维块达到一个预定的压力或压力值。然后对一个对应的体积容量测量基于挤压力的活塞表面的位置。这样设置后，确定一个穿过位于正对的活塞表面之间的固定容积中的堆积的纤维的已知空气流动速率和相对的测量压力差值。紧随穿过已知容积的压力差值的测量，第一多孔活塞缩进来将堆积物圆柱的一个轴向延伸打开到相切的出口管道。相对于堆积的纤维样品的第二活塞末端的突然的空气压力脉冲，将样品从测试位置推动到出口管道。沿着出口管道的通道将测试样品堆积到台秤上，由此进行测试样品的称重，对于这些需要进行重量测量的方法。与测试的压力差值成比例的信号和测试样品的重量(或者是测量的或者是凭经验确定的)传递给用于马克隆尼气流式纤维细度测试的CPU。

附图的简要描述

从下面参照附图对优选实施例进行的说明中，可以得出本发明的其它目的和优点。其中：

图1A是籽棉给料控制部分的轧棉流动示意图；

图1B是图1A流动示意图的继续，包括两个籽棉干燥机和一个中间制棉棒和绿叶清洁机；

图1C是图1B流动示意图的继续，包括另外两个籽棉清洁机，轧花机机座和两个皮棉清洁机；

图1D是图1C皮棉打包台的流动示意图的继续；

图2是根据本发明的轧棉去籽的流动控制示意图；

图3是在本发明的实践中可以应用的就地设置的棉花流体采样设备；

图4是沿着图3和图9中的切割平面4-4所示的设备的剖面图；

图5是根据本发明的第一种类型的管道流动控制设备的示意图；

图6是图5中的圆圈6中的图5的设备的放大视图；

图7是根据本发明的第二种类型的管道流动控制设备的示意图；

图8是根据本发明的第三种类型的管道流动控制设备的示意图；

图9是根据本发明的就地设置的纤维长度和强度采样和测试设备的机械视图；

图10是根据本发明的纤维长度和强度属性测试设备的侧剖视图；

图11是根据本发明的纤维长度和强度属性测试设备的局部剖开的顶视图；

图12是根据本发明的纤维长度和强度属性测试设备的侧剖视图，表示为分解的机械图；

图13是根据本发明的纤维长度和强度属性测试设备的端视图；

图14是图13中的设备沿着切割平面14-14的光学扫描元件的剖面图；

图15是图13中的设备沿着切割平面14-14的纤维强度测量元件的剖面图；

图16是图15中圆圈16部分的元件的放大图；

图17是在样品提取模式中根据本发明的就地采样和马克隆尼气流式纤维细度测试设备的第一个实施例的机械图；

图18是在空气流动测量模式中的就地采样和马克隆尼气流式纤维细度测试设备的第一个实施例的机械图；

图19是在样品卸除模式中的采样和马克隆尼气流式纤维细度测试设备的第一个实施例的机械图；

图20是马克隆尼气流式纤维细度测试设备的第一个实施例的空气流动测量部分的放大剖面图；

图21是第一个替换的样品提取装置的正面图；

图22是第一个替换的马克隆尼气流式纤维细度测试设备；

图23是第二个替换的马克隆尼气流式纤维细度测试装置；

图24是第二个替换的样品提取装置的正面图；

图25是为测试制备的须子样品的放大视图；

图26是半自动的单机使用的测试设备的示意图；

图27是半自动的单机使用的测试设备的带盒的示意图；和

图28A-28D是手动使用的测试设备的主视和平视图。

优选实施例的详细描述

处理流动系统

参照附图中的图1A-D，其中同样的附图标记代表附图的几个图中相同或相似的机器或元件，表示典型的棉花轧棉去籽系统。通常，棉花顺序地穿过在空气输送管道中限定的空气流体中的每个处理站之间。在用于籽棉的液态输送的套筒式拾取系统中的空气流动速度可以是5500至6000ft/min。用于皮棉的液态输送的空气流动速度可以是2000至3500ft/min。

棉花可以以松散的批量或以统一的体积从田地运送到轧棉机。通过真空牵伸将松散包装的货物经过套筒式拾取管子10拉入到供料输送管道20。另一方面，机动轨道车或高速有蓬火车尺寸的统一组件16可以放在给料传送机15上，将给料控制进入分配头12中并靠着一组旋转驱动的钉齿辊14。钉齿辊沿着工作面梳散该组件，来释放单个的籽棉棉铃，它们通过风扇18的牵引落入到进料斗17中。吸入拾取管子11穿过籽棉流体进入到供料输送管道20中。

接下来沿着籽棉处理线可以是一个绿棉铃和石头分离器22。机器剥离的棉花通常包含许多绿色的未成熟的棉铃，这些棉铃引起轧棉问题，例如轧棉机锯齿的阻塞，籽辊不能运转，辊盒的内表面上和锯齿上以及轧花机机座和其他及其的运动表面上粘性材料的堆积等等。许多绿色棉铃通过清洁机断裂开，它们的成份将潮气添加到邻近的棉花中。此外，来自其它湿的植物材料的潮气转移到干棉花中，引起轧棉问题。特别是不成熟时的棉花和棉花籽包含少量的物质，这些物质潮湿时变成粘生并且造成轧棉机械的树胶分泌。此外，纺锤摘棉机和机械摘棉铃机会捡起田地中的石头、土块、金属碎片、植物根部和其它重的物体。这些成分必须在棉花到达轧棉处理机器之前取走，防止引起机器故障、流动堵塞或火灾。

一种绿色棉铃和石头分离机利用管道流动方向中的突然变化引起的离心力。蓬松的成熟的棉铃比沉重的密集的材料更容易靠近空气流动通道。这些密集的材料倾向于沿着空气流动方向的突然变化的切线的直线运行。该切线通道导向污染物收集腔并将它们从系统中排出。

通过喘振箱24控制进入供料运送管道20和穿过绿色棉铃和石头分离器的籽棉供给速率。通过打开和关闭供料运送管道20中的阀门，喘振箱中的传感器接通和断开抽气机。

经过喘振箱真空式集棉筒26之后，籽棉流籽棉进入到第一干燥机供料管道28，其将该流籽棉转移进第一干燥塔30，如图1B中所示。随着棉花流籽棉进入到干燥机中，棉花流籽棉与干燥的加热后的空气混合。第一干燥机卸料管道32将液态的籽棉流体运送到第一个具有六个斜柱面的流体清洁机34中，来除去精确分离的物料和为接下来的干燥和提取处理蓬松和制备籽棉。由一组，通常是4到7个，针形滚筒组成的滚筒清洁机34，搅动和传送籽棉经过包含小开口或狭缝的清洁表面。清洁表面可以是凹入的筛子或带网格的杆部分或者是有锯齿的圆盘。通过滚筒的作用从籽棉中分离出来的外来杂质落入到筛子、带网格的杆或圆盘的开口中，通过废料通道36收集和排出。处理后的流体传送到真空式集棉筒38和运输管道部分39。气吸供料管道37保持穿过筛子或网格边缘的压力差，将处理后的废料传送穿过筛子或网格偏压进废料收集箱。

在典型的轧棉机系统中接下来的籽棉清洁设备可以是树枝和绿叶机器40，其包括两个滚筒锯42和一个回收滚筒锯44。清洁后的棉花继续穿过真空式集棉筒45进入到第二个干燥塔供料通道47。通过树枝和绿叶机器40分离的废料和废弃材料穿过真空式集棉筒49进入到废料排出管道50。

潮湿棉花的合适干燥对生产者、轧棉者和纺线者在几方面都有益处。通过除去多余的潮气和通过使得部分蓬松的一簇棉花起毛，干燥机将籽棉调整成更光滑和更适于轧花机的连续操作。由于这些原因，为好的构思的轧花设备提供足够的干燥能力，来适应“恶劣情况”。但是，过分的干燥可能引起质量问题。过分干燥的损害来自两个方面：纤维变得太热和过多的纤维断裂。由于它太干燥和易碎，经过机械清洁机、轧花机机座和锯式皮棉清洁机处理棉花，导致纤维断裂，从而减小纤维的平均长度。如果使用第二干燥塔52，材料流体经过第二干燥塔排料管道54排出，输入到第二倾斜滚筒的清洁机56，如图1C中所示。随着针形滚筒在滚筒列的上面和下面经过籽棉，来自筛子牵引通道59的抽气吸力推动空气穿过棉花流体和筛子或网格。通过针形滚筒的锤击，疏松的棉花上的干污染物被拉入穿过筛子或网格进入到废料收集箱上，穿过废料通道58排出。可以接受的棉花在倾斜滚筒的顶部排出到真空式集棉筒60中和进入到中间运输通道62，传送到第三个倾斜滚筒清洁机器64中。

但是，该第三个清洁机还包括一个皮棉回收滚筒锯66，将从流体中捕获的疏松的皮棉排出到真空式集棉筒68中。穿过真空式集棉筒68的皮棉可以交替传送给空气皮棉清洁机80或经过轧花机机座后的流体中的控制棉絮的锯式皮棉清洁机82中。接下来，来自第三倾斜滚筒清洁机64的主要流体发送到螺旋传送带/分配机72中，来沿着轧花供料斜道74分配到轧花机机座进料器机构76中。进料器机构的基本功能是统一地和以可控制的速率将籽棉流体提供给轧花机机座。

轧花机机座78是轧花机的核心。该机器将棉花籽从皮棉中分离出来。系统的能力和生产的皮棉的质量以及潜在的纺纱性能取决于轧棉的工作条件。轧花机机座的运行质量可以影响除纤维强度和马克隆尼以外每一个通常测量的纤维属性。通常轧花机机座之后直接放置的是空气皮棉清洁机80。通过空气皮棉清洁机的腔室中的管道吹动来自轧花机机座的疏松的皮棉。由于它们穿过狭窄的废料喷出槽，穿过管道运动的空气和棉花突然改变方向。通过惯性力将比棉花纤维重并且没有被纤维很紧密地吸住的外来杂质喷出该槽。

通过锯式皮棉清洁机82将来自轧花机机座78和空气皮棉清洁机80的液态皮棉形成为冷凝器筛鼓上的棉花片。该棉花片经过一组或多组挤压辊进给，穿过紧密配合的送料辊和送料盘或棒，并且送料到滚筒锯。每组挤压辊比前面的一组转动的稍微快一些，产生一些薄的棉絮。进料辊和盘抓牢棉絮使得随着锯齿抓住纤维产生精梳作用。滚筒锯的齿将纤维传送到排放点。与此同时在滚筒锯上，通过离心力、滚筒锯和网格棒之间的擦洗作用的组合，以及空气流动产生的重力清洁纤维。通过转动的刷子、气流冲击或抽气，纤维可以从锯齿上脱离。根据使用的轧花机机座的数量和能力，多个锯式皮棉清洁机82可以协同地以并联方式84或以串联的方式连接。

成捆包装是轧花机中棉花处理的最后步骤。包装系统由一套冷凝器90、皮棉滑板94、皮棉进料器96和成捆熨压机器98组成，如图1D所示。来自皮棉清洁机组84的干净的皮棉流体排放到冷凝器传送管道86中。冷凝器90具有慢速旋转的，筛子状的或打有孔的金属覆盖的鼓92，轧花后的皮棉在其上形成棉絮。棉絮从脱棉辊之间排放到皮棉滑板94上。由轴向的叶片或高容积的离心扇提供的输送空气穿过鼓上的筛子，并且穿过空气通道99从鼓的一端排出。皮棉滑板是一个将一组冷凝器90与成捆台98的皮棉送料器96相连接的金属槽。皮棉滑板安装成与水平成33°至45°的角度，来保证皮棉棉絮只有滑动运动而没有滚动。

材料运输系统

参照图2，通过方框图的形式表示上面相对于图1A～1D所述的主要处理机器。连接机器方框的线表示棉花处理通道。通道线中的箭头表示在相应的通道中主要的流动方向。简而言之，每个处理机器表示为具有一个棉花流体进入线和一个出来线。在实际中，流动系统具有非常复杂的并联和旁路流动，是由风扇抽气系统提供能量和由有动力的真空式集棉筒检查。但是，对于该目的，通过单个的四通阀门标志100足以表示进入和从对应的处理机器出来的流动控制。应当理解的是用于每个机器的实际的一个或多个流动控制装置可以多于一个设备，流动回路可以不同于四通阀门的，或者可以完全省略部分处理机器之间的流动控制器。基于前面的说明的理解，四通阀门100A-100K提供两个流动控制回路，通过它们，原始的材料流体可以交替地发送到相关的处理机器中或经过某一机器，如来自中央计算机200的控制信号所希望或要求的。如果原始材料流体发送到处理机器中，来自处理机器的排出流体表示为发送回用来控制返回给原始流体的四通阀门。如果处理机器是设成旁路的，来自机器的流体排出通道或者是堵塞的，或者与闭合的隔绝回路的入口流体通道相连接。

通过与具体应用的机器相匹配的形式的马达运行每个阀门100A-K。这些马达可以由电力、压缩空气或水力提供能量。这里，术语“马达”用来广泛地概括所有转动的和线性生驱动的机器。因此，马达控制包括所有这些本质上将来自计算机200的具体命令信号转化为所需要的通道流动控制目标的功能和装置。这种技术对于本领域中的普通技术人员是已知的，除了关于具体适用于管道流通控制的图5-8中所示的一些机构以外，不再进一步说明。因此，图2中将管道流动控制装置100A-K与控制计算机200相连接的直线102A-K表示相应的管路控制信号传递路线。

与每个处理机器之间的棉花传送管道相关联的是通过信号载波通道122A-L连接的传感器数据发送机120A-L。实际上，图2中的每个数据发送机120可以表示多路数据发送机，多路中的每个发送机利用相应的测试仪器进行特定的棉花属性测量。

棉花样品提取

图3以简要视图的方式，表示通过带有流动方向的箭头112代表的含有空气的液态棉花的传送的典型矩形截面的管道110。沿着一个管道的边界墙104的是样品沉降区114，其具有位于侧壁118之间的平板116。设置在沉降区平板116中的是透明窗口124和穿过平板116的小孔阵列126。铰接在彼此正相对的侧壁118之间以与相对于地板平行的轴136转动的是翻板器件130。参照图4的剖视图，看到当翻板从通道流体中旋转出来时，沉降区的平面地板116基本上远离翻板的逆流而上的面132。最好是，当翻板130从通道流体中旋转出来时，顺流而下的面134基本上平行于通道壁104的平面。通过任何适当控制的动力装置，例如没有表示出来的作用在曲柄臂138上的线性支撑的电机等，可以驱动翻板。

如美国专利No.5,087,120和No.5,639,955所描述的，通过引用将其中的复杂说明合并进来，当反向地升入到流体中时，通道流体中的棉花样品量靠着翻板的逆流而上的面132快速地堆积。翻板的进一步转动将堆积的棉花样品挤压进沉降区114，成为靠着窗口124和小孔阵列126的紧密压实的棉花块128。在窗口124的外侧上是光学分析仪器150，用来检测颜色和废料含量等棉花属性。适合于该目的的是以由Motion Control,Inc和Zellweger Uster,Inc.制造的仪器为基础的录像机，例如在1997年10月28日递交的美国专利申请08/962，973中描述的，这里通过引用将它的全部结合进来。由靠着窗子的内表面124压实的棉花表面反射的光激发录像机150的电信号。这些信号或它们调整后的形式传递给计算机200，作为具有与棉花颜色和废料含量适当成比例的原始输入数据。

粘结在沉降区114的地板116上的是包括至少两个并联的导体电路的充电的栅格140。当翻板转动到靠着栅格140挤压堆积物时，导体元件是非绝缘的，来与靠着翻板130的逆流而上的面132的棉花堆积物紧密地电接触。通过压实的棉花样品作为可变的电阻来传导并联电路之间的泄漏电流。棉花样品128的阻抗值与棉花样品的潮气含量成比例。在并联电路之间的一个已知的电位处，样品潮气含量与对应的电路电流成比例。因此电流值作为样品的潮气数据传递给计算机200。

在另一个实施例中，用于传感潮气含量的并联导体电路可以粘结在翻板130的朝向上游的面132上。在1997年11月4日递交的美国专利申请08/963，855中更详细地描述了这种潮气传感器，其全部内容通过引用方式结合在本申请中。

通过翻板的转动压实到沉降区114中的靠着翻板130朝向上游的表面132的棉花样品堆积物，还靠着小孔阵列126压实。结果，纤维的荚状突出142从带孔的地板126的外侧伸出。相对于图4和9，闭合的传送带或者例如具有多个安装在上面的精梳装置162的无端头的运载带160围绕多个链轮齿164运行。每个精梳机配有一个由美国专利No.5,178,007描述的可转动的尖齿传输机。该传送带安装到通道110或者其它刚性框架上，来将精梳机162的运行路线与带孔平板的外表面和棉花突出142的矩阵紧密地排成直线。精梳机162的运动驱动伸出的尖齿穿过突出的棉花突起142，来耙出棉花纤维的子样品。

由于物理外形看起来是延长的、细的、扁平的不同纤维长度的簇，该子样品定义为“须子”。最好是，传输带的运动是间歇的，并且传送带运动距离的每个增量与几个须子制备和测试台166、168、170和172之间的最小间隔距离相等。沿着传送带的相邻的带式精梳机162之间的摆放间距最好对应于传送带运动间隔。通过多个序列之间的最大的须子样品处理时间确定传送带运动之间的固定或标准间隔。通常，通过长度/强度测试装置170的一个完整循环所需要的时间确定标准间隔。通过图中没有表示的与一个传送带链轮齿164耦合的电机驱动传送带160运动。通过中央计算机200可以操作控制整个传送带驱动电机，但不是必需的。除了纤维属性数据向计算机200的传递以外，传送带160的操作基本上独立于计算机200的操作。

由翻板130进行的样品采集同样是包括样品净化阶段的间歇操作。紧随压实的棉花样品128的至少一个图像扫描和至少一个子样品须子的耙集，翻板130转动离开压实的样品128和进入位于下游的成流线型沉降区144。通过通道流体主流112引导的标准边界层紊流和抽吸将压实的样品128从样品沉降区114清除出翻板130的上游的表面132。

最好通过图3中所示的旁路通道180提取用于马克隆尼测试的主通道流体112的典型样品。存在许多已知的从较大的流体中进行小流体分离的技术，并且大多数在旁路通道180接近它与主通道100的接头182处具有一个部分真空或较低绝对气压的区域。在图3的例子中，翻板130的竖起在接近接头182的主流体中产生局部的增大的静压。沿着旁路通道180远离接头182的小的感应的出口牵引将棉花颗粒从主流体中拖出，进入到旁路通道180中。通常通过旁路通道流动路线中的盘形阀184控制用于旁路通道180的稳定的抽取力。例如通过曲柄臂186和没有示出的线性电机可以转动圆盘的驱动轴。

通过图21表示用于马克隆尼测试或其它测试的另一种样品提取方法和装置。通过例如反向夯实机146等任何合适的装置压实传输通道110中的棉花样品堆积物128，反向夯实机146相对于梳理滚筒148的转动的尖齿或齿149挤压棉花层128。通道壁104中的长孔158提供进入到堆积的棉花层128中的齿149的周长的浅穿透曲线。通过围绕梳理滚筒148的转动的圆弧上的齿149，将由齿149从堆积层128钩住的纤维运送到具有转动的刷子246的转动的钳子188中。这里，更快速转动的旋转刷子246从梳理滚筒的齿中提取样品。具有与刷子246周边相邻的采集开口的抽气管248将由刷子的毛粘附的纤维抽入到用来传递到马克隆尼测试腔的管子中。

在另一个实施例中，棉花样品没有自动从压花机中的棉籽流中采集和传送给测试设备。在这些其它实施例中，以其它一些方式得到棉花样品和传递给单机工作的测试设备。单机工作的测试台可以包括这里所描述的设备的多种不同组合的全部或任何一部分，包括纤维长度、纤维长度分布、纤维强度、纤维延长度、纤维潮气含量、纤维废料含量、纤维废料识别、纤维颜色、纤维颜色分布、纤维马克隆尼细度和纤维成熟度的测试仪。最好是，单机工作的测试台包括纤维长度、纤维马克隆尼细度和纤维颜色的测试台。

如图26所示，在一个实施例中，采集大量的棉花样品并送入到如图27中所示的箱柜或盒子402中的测试台400中。箱柜或盒子402最好包括多种识别器，使得可以由测试台400唯一地识别每个箱柜或盒子402。执行它的一种方法是在每个箱柜或盒子402上由一个可以取走的棒代码标签404，受到测试台400的扫描并且与由测试台400进行的全部测量有关系。箱柜或盒子402装载到自动分段和加标系统中，例如运动的传输带406上。在该方式中，在测试台400仍然忙于对前面放下的箱柜或盒子402进行测量的同时，包含新的棉花样品的箱柜或盒子402可以进入和放在测试台400处。当结束对当前箱柜或盒子402的读取时，分段和加标系统递进，当其中的棉花样品可以测量时将下一个箱柜或盒子402带入到位置中，与此同时前一个盒子放置到输出装置上，例如另一个运动的传送带408。前一个测量完毕的棉花样品自动移动到储藏室，稍后由此移走。

在该实施例中，最好从包含在箱柜或盒子402中的棉花样品中得到子样品。在获取子样品的过程中，棉花样品最好更完全地开松。换句话说，获取子样品的处理倾向于将棉花样品中的纤维更大程度地相互不同。图24中说明了一种这样的样品提取装置，包括以相反的循环方式驱动的一对闭合的传送回路350和351。传送带回路350的一段382与传送带回路351的一段384一同限定出它们之间的纤维俘获区域380的边界。相对于对应的回路在相反的方向中运动，传送带的这些段382和384交汇在一个多通路的区域386。

传送带351相对于包括352和353并具有相对于框板354固定位置的轴的履带托轮驱动。但是，履带托轮355、356和357的转动的轴固定在平移臂358上。还通过具有与梳理滚筒362的相同的正对末端的转动的轴的摆杆360限定履带托轮355的转轴。还限定履带托轮355和350的转轴来引导开槽的通道366和368固定到框板354上。平移臂358的平移运动与杆370从圆筒372的伸出段相对应。杆370的这种伸出使得传送带回路350相对于梳理滚筒362的轴平移，而引导槽366和368保持传送带回路350相对于传送带回路351的定向。这种平移有选择地调整传送带回路之间的样品俘获区域380的容积，来将棉花颗粒压实到它们之间的沉降喉区域386。该沉降喉区域386向梳理滚筒362和364之间的转动的收敛区排出。从梳理滚筒的收敛区出来，完全开松的棉花颗粒抽入到抽气喷管374，经过排出通道376传送到马克隆尼测试室或其它棉花属性测试仪器，例如棉花成熟度测试台。

在另一个实施例中，通过如图21中所示此处不再进行更详细描述的梳理和落卷设备，得到用于马克隆尼和成熟度测试台的子样品。

最好是，利用位于迂回线路的传送带上的梳理采样机(例如在别处更具体描述的)，获得用于纤维长度、长度分布、强度和延长度测试台422的纤维子样品。梳理机以一种或多种不同的方式接触盒子402中的棉花。例如，梳理机可以通过位于盒子402的顶部、底部或侧面的狭缝410接触棉花。另外，梳理机可以从位于盒子402的顶部、底部或侧面的小孔412取走棉花子样品，在此处通过从另一侧进入到盒子402的柄418穿过小孔412挤压棉花。

最好通过利用从盒子402的一侧上的入口414进入的柄418挤压盒子402中的棉花样品，获得用于纤维颜色、颜色分布、肥料含量和废料识别的子样品，并且相对于棉花属性测试台420的透明板挤压棉花子样品，该透明板紧邻盒子402的正对的一侧上的第二入口416设置。在一个实施例中纤维潮气传感台紧邻该透明板设置，在另一个实施例中位于柄418的末端。

如图28A-28D所示，在又一个实施例中，单机工作的测试设备不需要来自箱柜或盒子402的子样品。在该实施例中，以其它方式制备子样品，例如通过人工开松棉花样品，和然后将它们分别放置在进行测量的测试表面或腔室的旁边或中间。例如，用于读取潮气含量的样品放置成与潮气传感器阵列424接触，用于读取马克隆尼的样品放置在马克隆尼腔室426中。另外，用于读取长度、强度、延长度和纤维长度分布的样品放置在带孔的网格428的顶部，在此处梳理机可以获取子样品。因此，这是本发明的一个更手工化的实施例，可以在具有较低生产能力的轧花机中使用，或者在整个时间中具有非常不统一的属性的棉花原材料的轧花机中使用，使得不需要全部自动控制的其它实施例。

在该实施例的一个优选结构中，纤维保存装置，例如运动平板430，将纤维样品压实和限定在平板430与带孔的壁例如测试表面432之间的固定格式中。纤维潮气测试台424可以位于运动平板430上或者测试表面432上。纤维颜色测试台436最好紧邻测试表面432的一个部分中的透光窗口438设置。

带孔的平板428最好紧邻测试表面432中的透光窗口438设置。运动的平板430穿过小孔440挤压一部分棉花样品。通过位于带孔平板428的另一侧上的梳理机啮合该部分棉花样品，并进入到纤维测试台例如纤维长度测试台中。该精梳机可以是迂回线路的采样机的一部分，在别处有更详细的说明。另外，该精梳机可以是单个的精梳机，沿着通向刷拭台然后通向测试台的通道运行，然后沿着同样的通道返回来俘获另一个子样品。在该优选实施例中，精梳机相对于棉花样品运动，该棉花样品与测试装置的其余部分保持静止。因此，进行再采样的精梳机相对于测试装置的其余部分运动。这极大地简化了再采样处理的机械操作，并且允许在进行再采样的纤维长度以外的同一个纤维样品的其它部分上同时进行其它测试，例如潮气含量和杂质含量。

利用控制台442来输入关于正在测试的纤维样品的识别或其它信息。该信息可以由键盘446或通过棒代码阅读器444输入。在显示器448上显示该信息和测试结果。

通道流动循环

同时参照图5和6，表示向锯式皮棉清洁机82I供料的典型的通道流通循环。至此以后参照皮棉清洁机82I说明的相同的通道流动循环原理，同样适用于轧花机系统中的其它材料处理和调整机器，例如干燥机和生棉铃分离机。

对于所选择的例子，过渡通道106I和108I将流动控制器主体100I(四通阀门)与主流体通道110I连接。在主通道110I分别与过渡通道106I和108I的连接之间是通过线性电机197I大约可以转动四分之一象限的的通道流动门196I。流动门196I的调配堵塞位于上游的通道部分110I与下游的通道部分110J之间的主流体。当流动门196I调配成堵塞通道部分110I和110J之间的流动时，线性电机199I工作，将流动门198I转动到打开上游的通道部分110I与入口过渡通道106I之间的流体连接的位置。另外，线性电机194I工作，将流动控制器开关板190I定位为使得进入的流体与输出的流体隔绝。因此，将沿着通道部分110I运行的含空气的棉花流体引导到过渡通道106I中，并且最终进入到皮棉冷凝器供料斜道81I中。从皮棉清洁机82I中出来，排出通道86I将流体运送回流动控制器100I，并由此进入到排出过渡通道108I，来返回到主流体通道的顺流而下部分110J中。

在另一种情况中，图5和6中的通道流动循环装置使主流体动门196I转动，来打开位于上游的通道部分110I与下游的通道部分110J之间的主流体通道。与此同时，流动门198I转动来关闭上游的通道部分110I与入口过渡通道106I之间的流体连接。尽管进入到清洁机82I中的主流流体受到流动门198I的堵塞，为了抽取功率的管理，基本上是处理机与主运输通道110J隔绝。因此，流动开关门转动到将清洁机入口和排出通道81I和86I与流动控制器出口108I和主通道110J隔绝的位置。

通过图7简要地显示本发明的自动流动控制的另一个实施例。在该实施例中，通过旋转执行机构214关闭的流动门212将主流体的上游的部分110B与下游的部分110C隔离。同步地，可遥控的旋转执行机构218将流动门216定位为打开从主流体通道110B到流动控制器入口106B的通道。此外，可遥控的旋转执行机构211将四通阀门100B的流动转换开关平板210定位为将进入到倾斜的圆柱清洁机34中的流体与排出的流体39隔离。与此同时，四通阀门100B将圆柱清洁机的排放通道与阀门排放管108B和主流体的下游部分110C连接。

通过材料属性测试数据应当确定不需要进行穿过石头和绿棉铃清洁机40的材料流体的处理，可遥控的旋转执行机构226操作流动门224来将机器40的入口通道106C与主流体110C闭合。通过旋转执行机构222操作流动门220，使得主流体部分110C相对下一个连续的流动部分110D开通。

图8中本发明的实施例涉及一种通道的Y连接部分228，位于流体控制器入口106B与主流体通道110的连接处。在本发明的该实施例中，流动门212和216基本上平行摆动，因此可以由一个执行机构控制。

纤维长度和强度测试

再参照图9，通过运载式精梳机162伴随纤维子样品须子161的提取的传输带运动的第一个增量，将皮带精梳机停止在第一修饰台166的前面。第一修饰台166最好包括带有硬金属钢毛的转动梳理滚筒167，用来矫正带有须子的单个纤维和移去称为“棉结”的纠缠在一起的纤维簇。空气流遮盖转动的梳理滚筒来清除具有棉结和疏松纤维的滚筒钢毛。

运输传送带的第二次前进增量将支撑梳理过的须子161的皮带运载的梳理机定位为与转动的刷洗台168的平移通道对齐。刷洗台168安装在直线轴承169上，用来控制由第二步进电机驱动的运动，该第二步进电机位于更接近于皮带运载的梳理机162的工作位置和更远离运动通道的梳理机162的非工作位置之间，图中没有显示出来。前面梳理过的须子现在落入到位于精炼炉、软钢毛旋转刷154和对应的平板156之间的辊缝中。当刷洗间隔完成时，刷洗台168沿着由直线轴承169确定的运输通道从皮带退出。

运输传送带160的第三次前进增量将从皮带运载的梳理机162伸出的梳理过和刷洗过的须子161与长度/强度测试机170中的样品狭槽230(图9中没有表示出来)排成一条直线。作为一个单元，长度/强度测试机170通过第三步进电机沿着直线轴承176交互运动，图中同样没有显示。参照图10至16，通过具有前壁平板232的外壳封闭测试机170。具体参照图14，外壳前壁平板支撑具有“浮动”架的刚性、光导平板233，其允许玻璃光导233具有相对于前壁平板232独立运动的有限角度。引导平板233中的槽230将该平板分配在上部光导部分234和下部光导部分236之间。玻璃上部光导部分234的上边缘238是具有磨砂凹入表面的扩散受光器。沿着受光器凹面的聚焦轴是一个多个发光二极管(LED)240的阵列。沿着下部光导236的下边缘是延长的大面积的光传感器242。因此该光传感器的精密敏感元件是相对固定的，来保持对准。抽气管244将壳体内的空气抽出来激发进入须子槽230中的空气流。由于在步进电机的转动作用下测试机前壁沿着直线轴承176向运载皮带前进，进入到槽230中的空气流保证槽230受到须子161的穿破。

槽230受到须子161的穿破阻碍校准后的光从上部光导234发射到下部光导236中，从而影响由光传感器242发射的信号值。随着须子进入到槽230中，通过相对于测试机单元170的位置调整光传感器的信号值，可以确定该批须子的纤维长度和纤维长度变化都最大的值。步进电机驱动的角度位置用信号通知测试机空制程序测试单元170的非常精密的相对位置。相对于从材料主流体中提取的每个须子子样品的纤维长度和纤维长度变化的值与预先确定的要处理的值的数量相组合，来产生有代表生的平均值。

这将有助于核查由长度/强度测试设备得到的样品须子的数据。随着须子在上部和下部光导之间前进，由光传感器242检测到的穿过槽230的光发射的最初减小发出信号，以便通知到达了须子中最长的纤维的引导边缘。该到达信号与位置参考点的同步步进电机信号相关。保持该相关直到须子继续穿过时光传感器242的信号基本上保持不变。通过控制程序通知在该定位点的步进电机信号，来解决引导边缘参考点和信号固定点之间的线性差值。从固定的光传感器信号中推断出，须子中的所有纤维的长度至少为足以中断槽230的光发射。因此，槽的该定位位置限定须子中的最短的纤维。尽管须子进一步穿透进槽中，没有损失额外的光发射。因此，参考点和固定点之间的直线距离是纤维的长度变化。

可以用反复的演算扩展前面的程序，来使得位于参考点和固定点之间的中间槽位置与一个长度分布评价的全部差值中的每个直线增量相对应的光损失的量或百分比相关。

由于测试单元170处于相对于皮带运输的精梳机162最接近的位置，须子161处于穿过两对老虎钳锯齿250和252(图16)之间的须子的槽230的穿透位置。老虎钳250具有相对于由直线轴承176支撑的测试单元170框架固定的位置。老虎钳252具有相对于固定位置老虎钳250的相反运动。老虎钳252的相反运动与直线轴承176的运动相平行。固定位置的老虎钳250包括固定位置的下钳口250b和运动的上钳口250a。两个横向平衡的一对空气滚筒260安装在固定位置的下钳口250b上。从每个滚筒260伸出的活塞致动的杆262安装在固定位置老虎钳250的运动上钳口250a上。分别安装在运动上钳口250a和固定位置下钳口250b上的正相对的老虎钳钳口棒254a和254b与须子槽230的平面对齐，并且打开时接收位于它们中间的须子161。

运动的老虎钳252还包括固定位置的下钳口252b和运动的上钳口252a。空气滚筒264安装在固定位置的下钳口252b上。从相应的滚筒264伸出的活塞杆266固定在运动的上钳口252a上。老虎钳钳口棒256a安装在位于须子穿透平面上的运动的上钳口252a上，而老虎钳钳口棒256b安装在位于须子穿透平面下的固定的下钳口252b上。

固定在固定位置老虎钳250的下钳口250b和运动老虎钳252的下钳口252b之间的(例如起重(千斤顶)螺旋或蜗杆和齿条等)往复式运输机械受到高度精确的步进电机174的驱动。安装在运动老虎钳252的下钳口上的校准磁铁268与校准开关269协同工作，来保持从步进电机的角度位置信号得到的固定的和运动的老虎钳之间的相对位置测量的精度。另外，运输机械固定在运动的老虎钳252至载荷或力测量单元270上。浮动连接272调整载荷单元270和运动老虎钳252之间的校准调整。

对于一致的和有意义的纤维延长和强度测量，最好是经受不合格压力的纤维的数量是已知的，或者至少同样数量的样品与测量隔绝。从光传感器得到的长度和长度分布数据，须子161的设计图可以如图25所示。在该须子设计图中，可以相对于参考平面放置平面直线163的位置。该直线163的位置选择为穿过预先确定的总数量的纤维，不考虑穿过须子设计图的纤维分布顺序。因此，相对于须子161调整测试单元170的位置，来对准位于须子夹具钳口254和256之间的直线163的平面。这里，空气滚筒260和264充有压缩空气，来朝向各自的固定钳口250b和252b闭合该运动钳口250a和252a。接下来，须子161中基本上一致数量的纤维夹在每对老虎钳钳口棒254和256之间。在夹紧的过程中，步进电机174驱动运输，来将运动的老虎钳钳口部分252与固定位置的老虎钳钳口250分开。由运输速率增加的步进电机弧脉冲的累计量决定具有相当精度的一对钳口分开的直线距离。与钳口分开的同时，载荷单元270传感和向控制计算机发出继续纤维延长所需要的力的值。继续监测该子样品须子的延长的力直到断开。当须子在两对夹具棒254和256之间断裂时，已经确定纤维延长的值和最大强度的值。至此以后，控制计算机指示老虎钳滚筒打开。由穿过抽气管244的槽230的抽吸力取走已经在夹具棒256之间夹紧的切断的须子末端。须子161的前端保持固定在皮带运载的精梳机162上。如图9中所示，皮带160的继续前进将精梳机162与须子抛弃站172对准。这里精梳机162的纤维夹紧机械打开，通过刷洗和真空操作移去须子残余物。

本领域的普通技术人员会接受在最严格的棉花处理例如干燥和轧棉去籽之前和之后图9-16中的定位在线长度/强度测量系统中的值。具体地，有助于知道在穿过一组干燥机的过程中流动系统中的纤维平均长度是否减小了。同样地，如果从轧花机机座出来的纤维经受了平均的长度缩减，可以按顺序改变特定的上游处理。

马克隆尼测试

从Koxeny公式得到马克隆尼值的基础，该公式提供具有可以忽略的数量的“极其微小”的毛孔的允许粉尘渗透的可靠的近似值。参见American Instituteof Physics Handbook。该公式给出了一个表面上的空气流动阻力与已知体积中的已知质量的关系。

        M=(RM)＇当 $\mathrm{RM}=\[\frac{(\mathrm{HMP}-\mathrm{LMC})}{(\mathrm{LMP}-\mathrm{HMP})}\]\[\mathrm{LMC}+(\mathrm{LMP}-P)\]$ 和

x=1+[(w-10)100][0.00125-13.5-RM｜0.00015]

其中，在重量范围为8到12克的样品上：

M=矫正后的马克隆尼值

RM=原始马克隆尼值

HMC=高标准的棉花值

LMC=低标准的棉花值

LMP=低标准棉花值的压力

HMP=高标准棉花值的压力

P=测试下的棉花压力

W=测试下的棉花重量，克

参照图3的例子，翻板元件130的竖起提供一个局部压力带，来完成穿过旁路通道180的外部抽气，来将主流体材料样品吸入到马克隆尼测试装置中。图17至19表示样品提取装置，利用带孔的挡板280，在进入到马克隆尼旁路通道180的开口182周围建立一个局部压力区域。与翻板130相似，通过图中没有显示出来的计算机控制的转动执行机构，带孔的挡板280有选择地旋转进入和离开主流体通道110中的工作位置。

第一个马克隆尼测试装置包括缸膛292，具有限定缸膛292的正对的轴向端部的活塞294和296。每个活塞294和296相对于对应的空气压力致动的滚筒295和297可以在伸展的位置和缩进的位置之间往复运动。活塞294和296中的任何一个或全部是带孔的或多孔渗水的，基本上是空气穿过的自由通道。但是，这些孔足够小能够堵塞和保留穿过此处的空气流体中的任何棉绒。位于滚筒295的杆端表面298和活塞294的杆侧之间的是没有表示出来的空气流动整流机械，允许活塞294从致动滚筒295伸出时入口处的空气流动进入到缸膛292中。该机械可以是穿过缸膛292的壁的孔，当处于缩进位置时受到活塞294的遮盖或者封闭。

在该马克隆尼测试装置的目前的优选实施例中，马克隆尼缸膛的直径为大约1.5英寸。缸膛192的中间长度样品采集区域X的轴向长度是大约6.0英寸。在缩进活塞294的表面平面和采集区域X的上游的限定平面之间，样品旁路通道180以一个交叉角度穿过马克隆尼缸膛292的壁，该角度足够小允许液态的皮棉从旁路通道180光滑地运输进缸膛292中。同样地，真空抽气通道300以较低的交叉角度穿过位于样品采集区域X的下游的限定平面和缩进活塞296的表面之间的缸膛292的壁。

马克隆尼测试缸膛292的样品采集区域X内的是压力差测量区域Y，其大约为4.0英寸长。参照图20，通过两组平面对准的孔群302和304，缸膛壁292的周边是多孔的。上游的孔群302向上游的歧管套环306开口。下游的孔群304向下游的歧管套环308开口。两个歧管套环共同与压力差信号发射机310连接。

可以利用图17所示的上游的带孔活塞294的缩进和下游的带孔活塞296的伸出，开始马克隆尼测试装置的一个工作循环。此外，通过旋转执行机构186将阀盘184返回到与旁路通道180的轴平面对齐，来使得旁路通道向马克隆尼缸膛292的样品采集区域X开口。当抽气通道300中抽成真空时，穿过带孔活塞296的空气流将纤维从通道110拉出，经过旁路通道180进入到样品采集区域X。靠着下游的活塞296将混有空气的纤维从该流体中筛出来，并且堆积在样品采集区域X中。随着堆积物增加和挤压，阻碍空气流穿过堆积物的阻力也因此增大。堆积物的量与在堆积的质量上形成的压力差相关。通过压力差发射机310的监测，当上游的孔302和下游的孔304之间的压力差增加到代表足够进行马克隆尼测试的堆积量的预定极限值时，控制计算机向旋转执行机构186发出命令信号，来闭合阀盘184。接下来，激活上游的执行滚筒295来使得上游的活塞294伸出。在该点，所有活塞294和296充分地伸出，来在缸膛292中限定一个可变的、尽管可以确定的体积Z。该体积Z由基本上已知数量的压缩纤维填充。

将会想到当上游的活塞294完全缩进时，进入缸膛192的外部空气通道闭合。当上游的活塞294伸出时，这些外部空气通道打开。现在，由真空抽气通道300吸走的空气流到达上游的活塞294的后面，并穿过活塞穿孔进入到两个活塞表面之间的堆积的纤维块中。参见图18，由于穿过活塞的压力损失或者是可以忽略的或者是累计值，通过压力差发射机320测量沿着体积Z的轴向长度穿过受挤压的纤维块的空气压力损失。控制计算机接收来自发射机320的对应于沿着体积Z的轴向长度的压力差值的信号。

参照图19，在由发射机320测量第二个压力差值之后，通过致动的滚筒297使得下游的活塞296缩进，从而使得真空抽气通道300直接向缸膛292开口。不再受到活塞296的表面的抵制，堆积起来的纤维块象塞子一样运动到抽气通道300中。通道300将该塞子运送到重量秤312。对应于纤维塞子重量的信号传递给控制计算机200，与来自压力差发射机310的信号值一同来计算出该样品的马克隆尼值。

通过图22中的分解部件图显示该马克隆尼测试装置的另一个实施例。该方案只需要一个向主管道体274开口的纤维样品供给通道278。沿着主管道体274来自最初运送通道(没有显示)的空气抽气流穿过同心对准的测量腔276和穿过一对流动控制球元件287的沿直径正相对的筛子部分282。球元件287还具有一个开口部分285。在由图中没有显示的旋转执行机构控制的第一个转动位置中，筛子部分282穿过阀门体284开口。与第一位置成90°的球元件287的第二旋转位置对准穿过阀门体284的开口部分285。

在测量腔276中提供一个如图20中所示的压力差测量装置。与测量腔276同轴对准的是安装在活塞杆324的末端的多孔渗水或带孔的样品压缩活塞322。杆324的轴具有穿过主管道体274的盖子325的滑动的伸杆。挤压活塞杆324的外部末端安装到并且位置受到图中没有表示的位置反馈空气滚筒的控制。位置反馈空气滚筒主要是双运动空气滚筒，具有可以选择的在任何一个相对的方向中的正向压力驱动位移。但是，此外，监测例如活塞或杆等位移元件相对于滚筒或老虎钳的位置。在另一种情况中，位置控制信号对于指示或报告例如挤压活塞322等运动元件的相对位置是有效的。

包含在来自原始运输通道的空气流中的棉花微粒紧靠着球部282的筛子堆积。通过图20中的压力差测量装置检测和监视在测量腔276中堆积的这些微粒。当检测到对应于足够数量的堆积的棉花样品的预定的压力差时，控制程序终止空气抽气源和额外的棉花进入到测量腔中。接下来，位置反馈空气滚筒推进挤压活塞322进入到测量腔276中，向堆积的样品施加预定的压力载荷。与此同时，活塞位置报告给控制程序，从而提供样品体积的足够的数据。在这种情况中，穿过压缩样品的已知的空气流动速率减小，穿过挤压活塞322和带筛子的球部分282。从穿过压缩的棉花样品的压力损失确定作为已知流动速率的函数的空气流动阻力。接下来，通过计算机200计算马克隆尼值作为流动阻力和其它已知参数的函数。

利用已经得出的空气流动阻力，流动控制球元件转动90°，来对准开口部分的孔285。通过位置反馈空气滚筒挤压活塞322的进一步伸出将棉花样品从测量腔276中推出，进入到参照图19的实施例中所描述的自动称重台312中。这些重量数据可以用来作为确认质量的依据。如果需要，提取出来的样品可以抛弃或循环。在任何一种情况中，一旦样品穿过球元件287排出，球元件角度位置返回到最初的样品堆积位置。

本发明的第三个马克隆尼测试实施例包括图23中的装置，其中棉花样品芯129通过去核冲压机330与更大的堆积物128隔绝。可以通过任何一种已知的手段例如具有去核孔139的翻板130加固较大的堆积物128。与去核孔139对准的具有伸出的边端332的去核冲压机330。去核体受到中空的芯杆334的双向的运送，来使得伸出的边端332有选择地与通道壁104中的圆形密封/切割通道336配合。实质上是芯样品129没有完全从较大的堆积物128切断。

在由通道336限定的圆周上具有一个或多个向大气开口的通道壁孔338。滑动平板机械339可以定位在通道壁104的外侧上，如果需要时可以有选择地封闭孔338。在去核冲压机330的测量腔344中同轴对准的是带孔的挤压活塞340。通过安装在挤压活塞340上并且同轴限定在杆334的内部中的杆342轴向定位活塞340。抽走空气的通道346穿过去核冲压机体330的圆周壁。由压力传感器348传感并向控制计算机传送测量腔344中的空气压力(或真空)。

图23中马克隆尼测试的该实施例，在可以获得完全开松的棉花样品的轧花机机座和皮棉清洗机之后的整个处理流中最有益处。这种完全开松的样品对于保证测量腔344中的统一的纤维密度和样品一致性是必需的。

冲压机体334的致动是简单的完全一次生的运动，与压紧元件130相一致。但是，通过图中没有显示的驱动活塞杆342的反馈控制的空气或电动机，挤压活塞340的位置精确地控制在测量腔344中的行程极限之间。活塞340反馈控制的一个功能在于调整预定设定点范围内样品129上的活塞340的压力(或力)。其次，反馈控制给出活塞340的表面位置，来确定活塞340行程的最大极限之间的对应的精确变化的测量腔体积。

利用位于挤压活塞340的预定载荷下的样品129，同时填充测量腔内的已知体积，通过运算法则确定相应的样品129的重量。穿过通道346抽走的已知空气流动速率对应于由传感器348测量的相应的腔室压力。从该数据阵列，可以计算“无重的”马克隆尼值。

作为图23中的实施例的另一种应用，可以确定对应于“成熟度”之前的棉花样品的属性。根据现有技术中的“成熟度值”的测量程序，将一定数量的已知重量的完全开松的棉花挤压到第一预先确定的容积，穿过第一挤压的容积抽走已知的“低”空气流并且给出压力差值。随后，同一个样品进一步挤压到第二预先确定的容积，并且穿过该第二容积抽走已知的“高”空气流动速率。将“高”空气流动容积的压力差与“低”空气流动压力差值相结合，利用典型的ASTM公式计算纤维成熟度值。

利用图23的实施例的操作程序可以得到一个改进的成熟度值，其中挤压活塞340逐渐增多地编程为两个或更多个位置。在限定对应容积的每个预先编程的活塞位置处，记录穿过样品的空气流动速率、来自样品的压力差值和活塞载荷的数据。从这些记录的数据，可以确定棉花成熟度值。该成熟度值确定程序可以是间歇的或连续的。

为了进行解释和说明，已经给出了本发明的优选实施例的上述解释。这些解释不是排除性的或将本发明限定在所公开的形式中。在上述教导的精神内可以得到各种改进或变化。选择和解释这些实施例来提供本发明的原理和它的具体应用的最好的说明，因此本领域任何普通技术人员可以将本发明应用在多种实施例中和具有多种变形，因为它适合于所预期的具体应用中。当根据本发明公正地合法地和平衡地授权的范围进行解释时，所有这些变形和改变属于由所附权利要求书限定的本发明的范围内。

Claims (8)

1．一种用于测量纤维的物理属性的测量设备，其包括：

纤维样品容纳装置，用来将一定样品数量的纤维以簇的形式保持在预先确定的位置，所述簇基本上沿着所述容纳装置延伸成一条直线；

仪器壳体装置，其具有带狭缝的开口和第一可以反向驱动的装置，用来有选择地相对于所述样品容纳装置在相反的方向中运输所述壳体装置，所述带狭缝的开口具有正相对的第一和第二圆周边缘；

空气抽气装置，用来随着所述壳体装置前进到所述样品容纳装置上，通过所述带狭缝的开口中抽走空气流，所述空气流便于样品簇渗入到所述带狭缝的开口中；

光源装置，其沿着所述带狭缝的开口的第一圆周边缘，用来发射穿过所述带狭缝的开口的光；

照片传感装置，其沿着所述带狭缝的开口的第二圆周边缘，用来接收来自所述光源装置的光线，和用来产生与在所述第一和第二圆周边缘之间的光通过量成比例的信号，对其进行处理来确定纤维的长度属性；

第一夹紧装置，其具有紧邻所述带狭缝的开口的相配合的固定和运动钳口，用来夹紧它们之间的纤维簇，与此同时所述夹紧后的纤维簇保持被所述样品容纳装置容纳；

第二夹紧装置，其具有紧邻所述带狭缝的开口的相配合的固定和运动钳口，用来夹紧它们之间的纤维簇，与此同时所述夹紧后的纤维簇保持被所述第一夹紧装置容纳；

第二可以反向驱动的装置，用来将所述第二夹紧装置相对于所述第一夹紧装置移开，与此同时所述第一和第二夹紧装置同时夹紧在同一个纤维簇上；和

载荷测量装置，用来测量由沿与所述第一和第二夹紧装置之间的相对位移相反方向施加的所述夹紧的纤维簇施加的力，和产生与所述力的值成比例的信号。

2．根据权利要求1所述的属性测量装置，其进一步包括移动距离测量装置，用来产生与所述第一和第二夹紧装置之间的相对距离的值成比例的信号；和信号处理装置，用来将测量到的力值与移动距离值相结合，来确定纤维延长的属性。

3．根据权利要求2所述的属性测量装置，其中处理与光辐射成比例的照片传感器信号，来确定纤维长度中的变化。

4．根据权利要求2所述的属性测量装置，其中处理与光辐射成比例的照片传感器信号，来确定所述纤维簇中穿过基本上预先确定的数量的纤维的断裂平面的位置，所述第一可以反向驱动的装置将所述第一夹紧装置定位在所述断裂平面的一侧上，并将所述第二夹紧装置定位在所述断裂平面的正对的一侧上。

5．根据权利要求1所述的属性测量装置，其中所述壳体的所述第一可以反向驱动的装置包括第一精密直线轴承，用来沿着平面运输通道支撑所述壳体装置。

6．根据权利要求5所述的属性测量装置，其中所述第二可以反向驱动的装置包括第二精密直线轴承，用来相对于所述第一夹紧装置运输所述第二夹紧装置。

7．根据权利要求1所述的属性测量装置，其中通过具有基本上与所述壳体装置的运输运动正交的运输运动的线性空气马达，相对于所述第一夹紧装置的运动钳口压靠在第一夹紧装置的固定钳口上。

8．根据权利要求7所述的属性测量装置，其中通过具有基本上与所述壳体装置的运输运动正交的运输运动的线性空气马达，相对于所述第二夹紧装置的运动钳口压靠在第二夹紧装置的固定钳口上。

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