CN1748140B - 微波谐振器和用该谐振器的纺织机以及谐振器用的介质 - Google Patents
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Abstract
公开了一种微波谐振器，用于纺织机，特别用于梳理机、牵引机或梳棉机，用于连接到测试装置，测试要连续通过谐振器空间的纤维材料FB的厚度和/或含水量，其特征是，在谐振器(30)中的至少一个区域中设置至少一个不导电的介质(303、307；460、460a、460b)，在正常的机器操作温度变化时，介质的介电常数不变。相应的具有微波谐振器的纺织机和用于微波谐振器的介质。
Description
技术领域
本发明涉及微波谐振器，连接到测试装置，用于测试通过所述微波谐振器连续输送的纤维材料带厚度和/或含水量，还涉及用这种微波谐振器的纺织机。
背景技术
纺织工业中纤维性能的测试不成问题，它是制造高质量纺织品的基础。因此，例如，纤维带厚度测试是最重要的，以消除要通过一个或多个纺纱机的纤维带中的不均匀。同样，为了达到所设计的最好材料质量控制的目的，非常需要在机器输出端设置测试所述不均匀性的测试设备。正确确定的纤维带的厚度值(技术术语“带的横截面”或“带的体积”也是通用的)，不仅仅用于质量控制，在带厚度超过规定的带厚度阈值的情况下，也用于指示机器突然停止运行。在这样的静止时间不能制造出高质量产品。
迄今为止，安装机械触模-定向传感器来确定纤维带的厚度。而且，电容性仪器在工业上是已知仪器。相反，纤维带厚度的新测试方法引入了微波。该情况下，用微波发生器产生微波射线，用以计算机为基础的控制器可以在一定的限制下调节微波射线的频率。在微波谐振器的谐振空间内具体激励所述的微波，由此，使纤维材料连续地通过微波谐振器。纤维材料的特性包括：纤维带的厚度、纤维带的密度、纤维带的几何形状和纤维带的含水量。按照这些特性，规定的纤维带发射按谐振信号反射的特征微波频率，当用计算机去激励时，能够评估纤维带性能。这种方法例如在EP0468023中描述了其他的应用。这里提供的描述是完全公知的并包含在本文中。这里特别发现了用微波的这种测试技术的优点。确切地说，可以对纤维材料进行无接触检查。因为，用所述的微波技术，在测试中不必考虑机械另件的惯性所造成的对纤维带的机械干扰和所引起的误差。
但是，经验表明，从此处通过的纤维材料在与谐振器的相互作用方面存在各种问题。为此，例如，当没有纤维材料从谐振空间通过的过程中，也就是说机器上没有材料时，或者，除去了堵塞的纤维带时，空的谐振空间随着时间的过去由于其内部温度下降而常常会出现倾斜。随着纤维材料重新引入谐振器，微波变得不起作用，因此，必须重新激励微波。但是，这些并非源于纤维材料的特性。
发明内容
因此，本发明的目的是，改进测试通过微波谐振器的纤维材料的厚度、密度、体积和含水量的微波谐振器。
为了达到上述目的，本发明提供一种微波谐振器，其用于纺织机，特别用于梳理机、牵引机或梳棉机，用于连接到测试装置，测试要连续通过谐振器空间的纤维材料FB的厚度和/或含水量，其中，在谐振器中的至少一个区域中设置至少一个不导电的介质，在正常的机器操作温度变化时，介质的介电常数不变。而且用具有上述类型的谐振器的纺织机也能达到本发明的目的。按本发明的另一个技术方案，介质材料用于这种谐振器也能达到本发明的目的。
按本发明的谐振器具有至少一个不导电的介质，其介电常数随着温度变化而保持基本不变。如果所用谐振器空间的温度下降，然而，所用谐振频率几乎没有变化，所以，当纤维材料重新引入时，谐振器不需要重新调谐。在这些环境下，谐振器的更新校准就变成多余的了。
有利的是，至少一个介质的介电常数小于12，符合纺织机的指出操作条件。
如果介质基本上不吸附/吸收水分，这特别有利。该介质的指标例如，吸水量不超过0.1％。很多材料，特别是塑料随着温度升高吸水量增加，结果，由于上述水分的增加，谐振频率出现缺陷。通过选择适当的材料可以防止出现该缺陷。
有利的是，介质至少要耐磨损，以防止介质与纤维接触而被磨损。
最有利的是，在温度波动中所选择的介质不变形。这种变形会干扰谐振频率。选择适当的材料可以抑制这些变形。具有小的热膨胀系数的物质可以是，例如，含镍量高的钢，例如，镍36钢，例如，Invar
钢。
至少一个介质的优选材料应是陶瓷、聚碳酸酯，或组合物材料，尤其是后者，是包含陶瓷的组合物材料。而且，作为由American firm ofRogers制造的，TMM
，粘接材料，在实施中其本身就是证明。这种材料是碳氢化合物-陶瓷的组合物，具有非常好的温度稳定性。甚至在温度波动时该材料的介电常数也能保持非常稳定。
本发明的优选实施例中，谐振器空间的至少一部分覆盖有一个介质，按该方式，可以防止粉尘或游离的纤维吸入该谐振器空间。改变谐振，这种粉尘或游离纤维的吸入会干扰测试。
有利的是，谐振器中，沿着纤维材料的传送路径至少设置一个介质。例如，在谐振器的两个壁之间的通道中用织物或桥封闭至少一个介质。织物可以从谐振器的进口延伸到谐振器的出口。
为了达到所述的目的，在优选实施例中，介质可以是平板形的，因此，引导纤维材料沿着该平板通过谐振器，这种情况下，纤维材料与介质直接接触。这种情况下的优点是，至少一个介质从谐振器的进口延伸到谐振器的出口，由此保证谐振器的内部空间与纤维材料完全隔离，因为，首先，提供了所述纤维材料的密封通道，第二，适当设置了至少一个平板，也就是说，设置了至少一个介质。
本发明的另一优选实施例中，微波谐振器设置成相互平行配置的两个半圆柱，纤维材料在两个半圆柱之间横向于半圆柱的长轴输送。更详细地说，在该情况下，谐振器壁用半圆柱形的壳形成，同时，其完全置于两个半圆柱之间的平面相互平行，因此，能在纤维材料通道之间形成平板形介质。
或者，除上述情况之外，介质可放在包围谐振器空间的至少一个平板壁上，这种设置保证纤维材料不与谐振器壁接触。这种情况下，用各种适当的方法将介质安装在适当的谐振器内壁上，也就是说，按照需要，按硬板形式设计以匹配上述壁的几何结构。或者，所述的硬板方法，是用蒸发方法，或者用涂覆液体然后在例如加热炉内干燥的方法来涂敷介质作用的涂层。
或者，这样涂敷至少一个介质来填充谐振器空间的至少一部分体积。这种情况下，在具体的形成中，除了纤维材料的通道之外，纤维材料基本上占据了整个谐振器空间。
谐振器壁最好选择具有低热膨胀系数的材料，以避免因温度引起的变形所造成的测试误差。解决该问题的合适的技术方案是，用含镍量高的钢，例如，镍36钢，例如，Invar
钢，这种钢具有合适的极低的热膨胀系数。因为，在任何情况下，建立微波谐振场都很困难，当在谐振空间的优选实施例中用所述的Invar钢时，加导电涂层容易使谐振空间内壁变得光滑，所加的导电涂层例如是无氧铜组合物形成的。该铜涂层上最好加按本发明的介质。在导电涂层上直接加至少一个介质。
所述的陶瓷组合物试剂、即TMM，或它的等效物的优点是，在20℃到60℃的工作温度范围内它的介电常数不仅仅恒定不变，而且偏移量比较小。由于微波信号速度与介电常数相关，小的介电常数就意味着低的微波信号速度，意味着信号具有更长的波长。为此，要想使信号保持恒定不变，就应该使谐振器空间的总尺寸小于选择具有更大介电常数的至少一个介质的谐振器空间的尺寸。用具有与TMM的特性类似的特性的材料显然更好。
就纤维材料通过谐振器空间而言，与平板形配置比较，在纤维材料能通过的开口波导管的两个端面上放置另一介质。因此，纺织纤维不能进入随着时间的推移必须要进行清洁处理的谐振器空间的其余部分。按该实施方式，由于在该运行中波导管的横截面与运行的纤维带的横截面匹配，所以，单个纤维带基本上通过谐振器输送。这种谐振器安装在牵引系统上，或牵引架的输入端，接收从安装在前面的梳理机来的纤维带。
另一优选实施例中，波导管至少一部分设计成其直径在纤维流动方向减小的圆锥形，有就是说，所述的波导管是喇叭形，以便在纤维带送到紧随其后的压光辊子对之前，至少在一定的程度上增加纤维材料的厚度。
为了简化纤维材料输入到谐振器，可以加宽波导管的进口，因此，可以防止在纤维带流动的方法波导管的直径出现圆锥形。
由于波导管设计成能互换，因此，可以按照各个纤维带的光洁度来选择与其相匹配的波导管。更好的方式是，对终断的微波信号的评估要与当前使用的波导管兼容。如果在微波射线范围内将各个波导管的尺寸选择成相同，就可以避免反复修改评估软件。因此要求选择波导管所采用的对应的几何形状。
本实施例涉及的结构中，波导管贯穿谐振器空间，波导管可以看作是所发明的有介电功能的管子，那就是说，各个波导管的外径相同，但内径不同。另一个实施例中，设置至少两个波导管作为所发明的介质，其中，内波导管可滑顺地插入外波导管中。这种情况下，纤维材料通过内波导管。按该设计，同样的，不同内径的内波导管可互换地放在同一外波导管中，按适当的方式，那就是说，按与外圆环形的固定环连接的方式，将主要用作接收内波导管的外波导管安装在谐振器中。本实施例的情况下，通过重新校正评估软件和/或使用在微波传播区域内具有相同直径的内波导管，可以保证各个内波导管的谐振信号精度。
波导管的下流边最好能与纤维带的漏斗连接或可连接，因此，该单元具有双重功能，而且，所需要的空间最小。在相互直接连接的情况下，纤维带的漏斗部分能滑顺地插入波导管的末端，或者，用螺钉固定在波导管的末端上，或用其他方式固定在波导管的末端上。或者，将波导管和纤维带的漏斗部分设计成一个整体，纤维带漏斗部分将纤维带牵引进随后设置的压光辊子对之间的加压横截面缝隙，使纤维带漏斗部分与压光辊子对之间的空白程度和纤维带的路径尽可能地短。
在从属权利要求的特征部分中描述了其他的优点。
附图说明
以下结合附图更清楚地描述了本发明。附图中：
图1是按图2中I-I线剖开的按本发明第一实施例的微波谐振器的剖视图；
图1a是两个波导管的具体实施例的详细剖视图，其中，一个波导管放到另一个波导管中作为介质装置；
图2是已经除去了释放已经磨损的纤维材料的材料引导喷嘴的图1中显示的微波谐振器的平面图；
图3是按本发明草第二实施例的微波谐振器的平面图；
图4是图3中显示的微波谐振器的剖面轮廓图，即贯穿谐振器的纵向垂直剖视图，和
图5是从图3和图4显示的微波谐振器的后端看的谐振器示意图，即沿着图3中的I-I线剖开的剖视图。
具体实施方式
图1和图2分别是按本发明第一实施例的微波谐振器主要部分的侧视图和顶视图。谐振器30放在平板形承载板421上，按照该技术方案，在所述实施例中，承载板421具有圆柱形中心凹槽432，如顶视图图2所显示的。中心凹槽432上设置壁元件446，如图所示，在本文中，壁元件446设计成平的圆柱形盘。该壁元件446的圆周上有按比例设置的多个螺孔36a，该螺孔36a与承载板421中的盲钻孔36b对准匹配。如图2所示，可以用六角螺丝进入分别具有阴螺纹的这些钻孔36a，36b而相互啮合，使壁元件446与承载板421固定在一起。图1中没有显示螺丝。没有显示出的另一实施例中，壁元件446自身安装到承载板421中互补的顶边凹槽中，使壁元件446的顶在与承载板421的顶同一平面上平行，然后，螺丝进入该位置。
已经设置在中心凹槽432上的壁元件446构成微波谐振器30的谐振器空间31。在所述的微波谐振器30中，用激励元件58激励微波，和用去激励器59去激励微波，如图2所示。棒形激励元件58/棒形去激励元件59本身穿过壁元件446中的各个钻孔从外边进入内部的谐振空间31。激励元件58用电缆57连接到图中显示的微波发生器56，微波发生器的频率随着控制器(没有显示)变化。去激励器59本身用电缆55连接到评估单元(没有显示)。去激励器59接收在谐振器中形成的微波信号，并将微波信号传导到评估单元，评估单元可以按相关的信号宽度画出时间顺序点。从这些数据可以确定当前通过谐振器空间的纤维带的厚度和体积。
在凹槽432中将发现介质460，介质460设计成中空的圆柱形管460，中空的圆柱形管460用介质材料构成。波导管460中的贯通开口本身与壁元件446的中心贯通开口以及承载板421中的贯通开口对准。图中用虚线指示的纤维带FB通过谐振器空间31线性移动直接进入紧随其后的压光辊对11、12之间的夹紧缝。
该情况下，波导管也就是介质460，在正常的机器操作温度变化范围内，即20℃到60℃的范围内，构成介质的材料的介电常数保持基本不变。结果，在从一个纤维带的一端输出到一个新的纤维带进入的周期中，无论该周期的时间长短如何，谐振器30的空谐振频率几乎没有变化。因此不需要对微波谐振器进行新的校正。
波导管460的构成材料最好是耐磨损材料，不吸湿，在温度变化时本身不变形。
能完全满足以上要求的材料，例如有：陶瓷类材料、聚碳酸酯、碳氢化合物-陶瓷组合物、和在使用中证明合适的其他组合混合物。商品名为TMM
的，以包含有陶瓷的塑料为基础的组合物能很好地满足这些性能要求。
按图1显示的实施例的波导管/介质460具有在壁元件446区域中的圆锥形窗口461，还具有环形法兰盘。所述的波导管460插入时，该法兰盘密封在焊接壁元件446中的贯通开口对应的台阶式边缘。按该方式，首先，假设波导管460的安全位置在谐振器30中，第二，波导管460能够快速地没有困难地互换。波导管460的相对端面设计成具有喷嘴式终端的纤维带喇叭426。所述的纤维带喇叭426设置在尽可能靠近压光辊子对11、12之间的夹紧缝隙的位置。
波导管460可以用简单方式互换，主要在于壁元件446可以自由纹旋入和取走。按照材料特性和牵引条件可以用各种插入件460，插入件460的尺寸最好与微波传播区的尺寸相同，所以，不需要重新校正谐振器。该情况下，尽管谐振器的内径变化，但谐振器的外径最好保持不变。
图1a显示的另一实施例中，设置有作为本发明介质的至少两个同心的管子460a和460b，其中内管460b可滑动地插入外管460a中。内管460b作为用于输送纤维带的波导管，外管460a主要用于夹紧内管460b，最好将外管460a用它的圆环固定到谐振器，如图1所示。按该方式，可以用任何方式将具有不同内径的各种波导管460b插入相同的外波导管460a中，而不需要去除所述的外波导管。因此，甚至在互换内波导管460b的情况下，谐振器的内部空间也能防止所述有害异物的穿透。在本实施例的情况下，通过重新校正和/或用相同尺寸的介质460a和460b可以获得各种内波导管460b的谐振评估精度。
如图1所示，壁元件446上设置释放磨损了的纤维材料喷嘴插件424，用中心销钉将喷嘴插件424固定到位(图未示)。在波导管上，即，在远离介质460的一边上，设置释放纤维材料喷嘴插件424，喷嘴插件424在圆环的边缘上运行，以保证纤维带FB的受保护的入口进入波导管460。释放纤维的喷嘴423链接到承载板上，特别是在释放纤维的组装卡在喷嘴423处的情况下，它可以按双箭头427指示的方向旋转。图中没有显示在承载板421的窄边上的释放已经磨损的纤维材料的喷嘴的连接。
在壁元件446远离谐振器30的一边上设置第一电加热箔80，而在相对的承载板421的外边上设置第二加热箔85，两个加热箔80、85分别具有引到加热源(图未示)的连接线81、82和86、87。热负载最好控制并保持在例如35℃。为此，最好在承载板421中形成的、要达到谐振器空间31的一个或多个横向钻孔中设置一个或多个温度测试装置(没有显示)。设置包围整个承载板的隔热外壳，隔热外壳有用于输送纤维带的开口，设置隔热外壳，防止环境温度变化所造成的影响和抑制热损耗。
此外，通过对温度稳定性的测试发现，最后用具有低热膨胀系数的材料，例如，含镍量高的钢，例如Invar
-钢，制造谐振器空间31的包围元件。
谐振器30的内壁有导电涂层，例如无氧铜，因为，用于壁元件466和承载板421的Invar
-钢只具有极低的导电率，没有这种导电涂层微波谐振器本身不可能建立足够的信号强度。为了防止涂层腐蚀，所述的涂层上最好淀积一层例如金或银涂层，或者，涂覆一层陶瓷或组合物保护层。
具有由波导管460构成的介质的谐振器30最好设置在牵引系统的后级。从所述牵引系统引出的所释放的有羊毛的纤维构形成纤维带，然后纤维带引导到谐振器30中。或者，谐振器30设置在梳理机与牵引机之间，由此，使从梳理机出来的纤维材料不经过在容器中的中间级而直接进入牵引机的牵引系统。
图3到图5显示出没有微波发生器的微波谐振器300，具有设置在前面的喇叭118和压光辊子对135、136，其中，压光辊子对135、136将至少一个纤维带FB推过喇叭118和谐振器300。图3和图4中有至少一个用一个虚线箭头指示的纤维带FB。图5中显示出由许多单独的纤维带组成的纤维带2的轮廓图。如果几个纤维带FB通过谐振器300，然后，这些纤维带FB最好相互分离地放置。图5中没有显示喇叭118和压光辊子对135、136。
也可以用其他的纤维带导向元件来代替喇叭形118，不能水平和/或垂直地设置压光辊的位置，例如，辊子可以有下凹的导向面，用于引导至少一个纤维带在中心进入谐振器300。而且，压光辊子对135的位置可以从图中显示的位置改变90度，或者，改变任意角度。
谐振器300具有两个由开口310分开的闭合的半圆柱301、305，半圆柱301、305的外壁302、306用金属构成。最接近纤维带的内壁303、307按本发明的原理设计成介质。用于这些板形介质303、307的材料包括TMM
或其他等效材料。参见以上关于波导管460的说明和解释，微波谐振本身建立在外壁302与306之间的谐振空间中。
板形介质303、307最好设计成可以互换，因此，当它们被损坏时容易更新。
纤维材料沿着壁303、307输送，如图5所示。由于半圆柱301、305的各个内部空间是对环境闭合的，所以没有粉尘、纤维屑等渗入内部空间，透过激励器358和去激励器359进入这些内部空间。为了简化附图，只在图4中显示了该透过。
在纤维带的传送方向纤维带FB两边上引起的气流通过开口310，如图3和图4中的虚线所指示的。图5中，该气流设计成离开的气流的“末端”，即，具有内十字50的常规圆。一个以上的流动中的气流50能呈现出多个功能。首先，在开口310中要保持预定的均匀的温度，第二，要防止纤维材料在半圆柱301、305的内壁303、307表面聚集，同样，防止纤维材料淀积在谐振器300的出口或淀积在进入压光辊子对135、136的输送路径。这种不希望出现的材料淀积将导致谐振器调谐失误和引起测试误差。
而且可以用气流50实现所需要的温度调节，特别用于调节谐振器壁302、305上的温度。用冷却空气特别有利，可以使谐振器壁的温度尽可能地保持不变，使谐振器壁的温度低于正常的工作温度。
所要求的具有微波发生器的微波谐振器安装在具有受控制的或不受控制的牵引系统的牵引框架上。在受控制的牵引系统的情况下，一个微波传感器放在前面。另一个微波传感器放在机器后面。同样，本发明对于在梳理机和梳棉机中的安装没有任何限制。
Claims (23)
1.微波谐振器，用于或用在纺织机，用于连接到测试装置，测试要连续通过谐振器空间(31)的纤维材料(FB)的厚度和/或含水量，由此，在谐振器(30)中在至少一个区域中设置至少一个不导电的介质(460；460a、460b)，在正常机器操作温度变化时，该介质的介电常数基本保持不变，其特征是，各个端面有开口的用作所述介质的至少两个波导管(460a、460b)放在谐振器(30)中，设计成纤维材料(FB)通道的内波导管(460b)插入可以圆周包围内波导管(460b)的外波导管(460a)中。
2.按照权利要求1的微波谐振器，其特征在于，所述纺织机是梳理机、牵引机或梳棉机。
3.按照权利要求1或2的微波谐振器，其特征是，至少一个介质(460、460a、460b)的介电常数是固有的，当纤维材料(FB)从谐振器(30)中除去后和相应的温度降低的情况下，谐振频率基本上不变。
4.按照权利要求1或2的微波谐振器，其特征是，在正常机器操作条件中，至少一个介质(460、460a、460b)的介电常数低于12。
5.按照权利要求1或2的微波谐振器，其特征是，至少一个介质(460、460a、460b)基本上不吸湿。
6.按照权利要求1或2的微波谐振器，其特征是，至少一个介质(460、460a、460b)基本不随着温度变化而变形。
7.按照权利要求1或2的微波谐振器，其特征是，至少一个介质(460、460a、460b)是用陶瓷、聚碳酸酯和/或包含有陶瓷的组合物材料构成。
8.按照权利要求7的微波谐振器，其特征是，至少一个介质(460、460a、460b)是用碳氢化合物-陶瓷组合材料构成。
9.按照权利要求1或2的微波谐振器，其特征是，至少一个介质(460、460a、460b)覆盖谐振器(30)的中空空间，使粉尘、纤维屑不能渗透到该空间中。
10.按照权利要求1或2的微波谐振器，其特征是，至少一个介质(460、460b)设计和设置成纤维材料(FB)通过谐振器空间(31)的通道。
11.按照权利要求1或2的微波谐振器，其特征是，至少一个介质(460、460a、460b)本身从谐振器进口延伸到谐振器出口。
12.按照权利要求1或2的微波谐振器，其特征是，至少一个介质(460b)放在谐振器(30)中不是在纤维材料的通道区域中的内壁的一个截面上。
13.按照权利要求1或2的微波谐振器，其特征是，至少一个介质(460；460a、460b)填充谐振器空间(31)的至少一部分空间区域。
14.按照权利要求1或2的微波谐振器，其特征是，波导管(460；460a、460b)设计成至少一部分是圆锥形。
15.按照项权利要求1或2的微波谐振器，其特征是，波导管(460；460a、460b)具有扩大的进口(461)。
16.按照权利要求15所述的微波谐振器，其特征是，所述进口(461)是圆锥形。
17.按照权利要求1或2的微波谐振器，其特征是，波导管(460；460a、460b)下流端区域中放置或可以放置纤维带喇叭(426)，纤维带喇叭(426)与所述波导管的相关的开口端面对准。
18.按照权利要求17的微波谐振器，其特征是，波导管(460；460a、460b)和纤维带喇叭(426)构成一件结构。
19.按照权利要求1或2的微波谐振器，其特征是，设置各个波导管(460；460b)，这些波导管交替地安装在谐振器(30)中，它们的外径相同但内径不同。
20.按照权利要求1或2的微波谐振器，其特征是，具有不同内径的各个内波导管(460b)能够互换地插入外波导管(460a)。
21.按照权利要求1或2的微波谐振器，其特征是，可以交替地安装到谐振器(30)中的、具有不同内径的不同的波导管(460；460b)在微波传播区域中所占据的空间尺寸基本上相同。
22.纺织机，其特征是，具有至少一个根据上述任何一项权利要求所述的微波谐振器(30)。
23.按照权利要求22的纺织机，其特征是，所述纺织机是梳理机、牵引框架或梳棉机。
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