CN202177596U - 湿度传感器及用于测量棉花包内湿量值的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种湿度传感器及用于测量棉花包内湿量值的设备，所述设备放置在棉花打包机的出口处或者棉花压榨机的入口处，包括：频率发生器，其以不大于1KHz的基波频率产生至少一个源信号；多个探测器，其中一个探测器作为源探测器，与所述频率发生器连接在一起，并将所述源信号发射到所述棉花包内并产生一电场，所述电场与棉花包内湿量相关；另有一个探测器用作接收端探测器，用于探测所述电场并产生一输出信号；放大器，用于接收所述输出信号，并对所述输出信号进行放大和滤波；模数转换器，用于接收所述输出信号，并将所述输出信号转换成数字信号；用于生成所述棉花包湿量值的装置，其根据所述输出信号产生关于湿量值的输出特性数据。本实用新型的探测器不需要直接插入到被测棉花包内。

Description

湿度传感器及用于测量棉花包内湿量值的设备

技术领域

本实用新型涉及湿度检测领域。具体涉及对棉花包中棉花纤维湿量进行测定的装置。 

背景技术

利用轧棉机或棉花压榨机对棉花纤维进行加工处理时，应对棉花纤维的湿量进行监控。在进行加工处理过程中，棉花中的湿量对棉花的质量有很大的影响。例如，在处理过程中如果棉花湿量下降太多，棉花纤维就容易被破坏。由于棉花纤维在加工处理过程中，常会受到气流和热量的影响，因此如果不投入足够的重视以避免上述情况的发生，其湿量很容易下降，从而导致棉花纤维的质量下降。 

在加工处理过程中，有许多地方都需要获取棉花纤维的湿量读数。例如，当棉花纤维流经轧棉机时，需要湿度传感器来获取并探测其湿量。另一个需要取得湿量读数的场合是轧棉过程临近结束时，目的是测定棉花包的最终湿量。还有一个需要取得湿量读数的场合是，在棉花被捆扎包装之前，棉花纤维在夯实器中形成棉花包的时候。当前已经开发了用于在棉花被夯实以备压成棉花包时，通过嵌入棉花纤维的方式来测量湿量的湿度传感器。 

上面描述的湿度传感器，通常是通过测量两个或多个电极之间的电阻来测量湿量。对于夯实器湿度传感器，电极通常要插入到一团棉花纤维中， 电流经由所述棉花团在两个电极之间流动。纤维团的湿量取决于其与电阻的特性间的关系，所述电阻是在嵌入纤维团的电极间测量到的。 

但是，用这种夯实器湿度传感器测定最终棉花包的湿量时，存在几个问题。其中一个问题是，在棉花纤维退出夯实器之前，为了恢复水分会在棉花纤维上洒水，这样棉花纤维就容易缠绕，从而会滞留一部分在电极上，因此每次读取时湿量读数都会至少部分地受到同一团棉花纤维的影响，直到将所述滞留的棉花纤维团从电极上取走。 

所以，需要设计一种系统，该系统能够测定在大容量棉花包的湿量，比如棉花包，在该系统中湿度传感器不受棉花包材料的妨碍，并且其读数趋于更能代表棉花包整体的湿量。 

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种湿度传感器，其提供的湿量读数更能代表所述棉花包的整体情况，且不需要直接插入到被测棉花包内。 

为解决以上技术问题，本实用新型提供了一种湿度传感器，所述设备放置在棉花打包机的出口处或者棉花压榨机的入口处，包括：频率发生器，其以不大于1KHz的基波频率产生至少一个源信号；多个探测器，其表面与所述棉花包直接接触，其中一个探测器作为源探测器，与所述频率发生器连接在一起，用于接收所述源信号，并将所述源信号发射到所述棉花包内并产生一电场，所述电场与棉花包内湿量相关；另有一个探测器用作接收端探测器，用于探测所述电场并产生一输出信号，该输出信号取决于所述源信号和所述湿量；放大器，用于接收所述输出信号，并对所述输出信号 进行放大和滤波；模数转换器，用于接收所述输出信号，并将所述输出信号转换成数字信号；用于生成所述棉花包湿量值的装置，其根据所述输出信号产生关于湿量值的输出特性数据。 

本实用新型的有益效果在于：其提供的湿量读数更能代表所述棉花包的整体情况，探测器不需要直接插入到被测棉花包内，这样在传统电极中存在的纤维滞留等问题，在本实用新型的探测器中就可以降低或消除。因为减少了纤维滞留问题，相同的纤维团就不会重复地影响湿量读数，探测器也无需像传统电极那样进行日常的维护和清洁。 

本实用新型还提供了一种用于测量棉花包内湿量值的设备，所述设备包括： 

频率发生器，用于以小于约1KHz的频率产生源信号； 

两个探测器，与所述棉花包直接接触，所述探测器制成滚轮，在所述棉花包退出棉花打包机时相对所述探测器滚动，从而使得所述探测器与所述棉花包的公共表面接触，其中没有电流经由所述棉花包在所述探测器间流动； 

所述两个探测器中的一个探测器作为源探测器，与所述频率发生器连接在一起，用于接收所述源信号，并将所述源信号发射到所述棉花包内并产生一电场，所述电场与棉花包内湿量相关；另有一个探测器用作接收端探测器，用于探测所述电场并产生一输出信号，该输出信号取决于所述源信号和所述湿量； 

放大器，用于接收所述输出信号，并对所述输出信号进行放大和滤波； 

模数转换器，用于接收所述输出信号，并将所述输出信号转换成数字 信号； 

用于产生棉花包湿量值的装置，其中所述湿量值取决于所述输出信号的幅值； 

用于对所述棉花包的湿量进行采样的装置，该装置以沿着所述棉花包长度方向的多个规则性期望距离间隔对所述棉花包的湿量进行采样； 

用于生成所述棉花包的湿度分布图的装置。 

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。 

图1是本发明实施例所述系统的示意图。 

具体实施方式

如图1所示，其中根据本实用新型的优选实施例描绘有系统10。该系统10优选用于测定棉花包14中的湿量。该棉花包14优选为纤维束，最优为棉花包14，其通常在打包机12中形成，置于轧棉机的出口处。系统10优选用于测定棉花包14的湿量，而不管该棉花包14是否被包装、是否经捆扎，也不考虑其方位。然而，应了解，系统10也可用于测定棉花包以外的其它棉花包的湿量。 

系统10采用探测器16来探测棉花包14的特性，该特性是至少部分地取决于棉花包14中的湿量的。在最佳实施例中，探测器16安装在传输导轨18上，棉花包14就是在其上传输的。例如，在一个实施例中，探测器16被配置成传输轨道18上的滚轮，棉花包14从打包机12中退出时沿着该轨道18传输。因此，探测器16不会以任何程度插入到棉花包14中。 

探测器16安装时，最好保证至少一个探测器的表面与棉花包14有直 接接触，然而并不要求是直接导电接触。因此，对于探测器16，其与棉花包14有直接接触的表面，可以由导体材料组成，也可以由绝缘材料组成。但是不管是哪一种材料，最好都没有直接的电流经由棉花包14从一个探测器16a流向另一个探测器16b。探测器16内部最好由导电材料组成，如下文中更详细的描述。 

在探测器16被配置成滚轮的实施例中，当棉花包14沿着轨道18传输时，探测器16的外表面随之转动。因此，当所述滚轮随着棉花包14的运输在其下面转动时，所述探测器16几乎所有的外表面都与棉花包14一次又一次地重复接触。在这种配置中，所述滚轮的表面最初由绝缘材料构成，如涂有橡胶、涂有油漆、经过阳极电镀或者涂有粉末，但是，随着多次的使用，绝缘表层会逐渐磨损，探测器16的导电部分就会暴露出来，开始与棉花包14接触。虽然这种情况是可以接受的，但是在探测器16与棉花包14接触的外表面最好是绝缘材料，因为绝缘材料还有一些优点，比如抗腐蚀等。 

探测器16优选只是与棉花包14的单一表面接触，就是说当棉花包14沿着导轨18传输时，这些探测器只能接触到棉花包14的一边。但是，在可选实施例中，根据棉花包14的形状等因素，一个或多个探测器可安装在与棉花包14相邻的、相对的或其它类似的面上。 

优选地，安装有两个探测器16。然而，在各个实施中，可以使用更多数量的探测器16，其中附加的探测器16可安装在附图中绘出的同一导轨18结构中，或者将其安装成可与棉花包14的其它表面接触。这些附加探测器既可作为具有第一双探测器16的同一系统10的组成部分，也可作 为附加系统的组成部分。该探测器16可能安装在如导轨18等结构上，最优地其应与这些结构的绝缘。 

在一个实施例中，探测器16被配置成可与与其连接的导线20进行间歇式电接触。可以这样实现，在探测器16的末端放置一个或多个导电元件，由于在棉花包沿导轨18传输的同时，滚轮在所述棉花包14下面转动，因此当导电元件转过导电接收装置时，即使得这些元件和导电接收装置产生间歇式电接触。当然，在本实用新型中也可用其它方法来实现间歇式电接触。 

探测器16a通过导线20a连接到频率发生器22上。所述频率发生器22产生至少一个源信号，所有的这些源信号的频率都不高于约1000Hz。在最优选实施例中，只产生一个源信号，该源信号的频率为约600Hz。这种低于约1000HZ的超低频率优于更高的频率，因为这种超低频不会产生可能会出现在更高频率中的具有破坏性或其它危险性的辐射，并且经证实，这些低频信号适合于在此描述的使用。而且，这种超低频率的信号已被证实与湿量具有相对稳定的和可预测的相关性，见下文中更详细的描述。 

源探测器16a将信号发射到棉花包14中，而不会将任何电流传递到棉花包14中。发射到14中的源信号会产生电场，该电场至少会部分地覆盖到棉花包14内部。棉花包14的各个特性，如湿量，会影响到由源信号建立在棉花包14内的电场的各个特性。另一探测器16b用作接收端探测器，用于探测电场的特性，比如受棉花包14内湿量影响的那些特性。接收端探测器16b产生输出信号，通过导线20b传输到接收器28。 

最优地，接收器28包括放大器24，该放大器24用于将接收自接收端探测器16b的输出信号进行发大和滤波。接收器28还包括模数转换器26，该模数转换器26用于将模拟的、并在优选情况下经过放大的输出信号转换成数字信号，以便分析。然而，应了解，此处提到的对输出信号所进行的所有操作和研究也都可以在模拟域中执行，而并不一定非要在数字域中执行。然而，在现代社会中，计算机的特性使得数字信号更易于处理。 

频率发生器22和接收器28都是数据采集模块30的组成部分，例如个人电脑中的SOUND BLASTER声卡。在这种结构中，数据采集模块30是全双工的声卡，这样频率发生器22和接收器28就能够同步运行，其中同步运行是本实用新型的优选实施例。在另一实施例中，数据采集模块30是具有嵌入式微机的数字信号处理器的组成部分。 

输出信号被送到控制器38中进行分析。在各种实施例中，优选地该控制器植入于软件中，如植入于运行于个人电脑的程序中，而在该电脑中应装有数据采集模块30。可替代的，此处所述的装置也可嵌入于专用硬件中。 

输出信号用于测定棉花包14中的湿量值，如通过湿度测定程序32来实现。在优选实施例中，这可通过将输出信号的一个或多个特性与一输出信号特性表进行比较来实现，该表格内的输出信号特性由具有已知独立变量的系统测量得到。例如，所述表格可按如下步骤计算得到：以各种已知频率产生输入信号，并在具有已知湿量等特性的包裹14内产生电场；输出信号的不同特性(由不同组合的输入信号产生)及湿量被检测并编制成与输入频率和已知湿量相关的表格。 

随后，按照如下方法使用该表格来测定棉花包14的湿量。以已知频率产生源信号，之后源探测器16a会在棉花包14中产生电场，此时棉花包14中的湿量是未知的。接收端探测器16b探测电场，产生输出信号，并按上述方法对其进行处理；然后，将输出信号的期望特性与表格中与其具有相同频率源信号的相应特性进行比较；之后将所述表格中的湿量数据进行插值计算或者回归计算，来测定未知的棉花包14的湿量值。在最佳实施例中，用于测定湿量的输出信号的特性是输出信号的峰峰值。 

控制器38包括一个间隔序列发生器34，用于以一定间隔对输出信号进行采样。所述间隔是规则性的等距间隔，为时间间隔或者当棉花包14经过所述探测器16时沿着其长度方向的距离间隔。产生采样间隔的方法之一如前文所述，即在转动的探测器16上使用间歇式接触。应了解，可以对上述方法进行增补，或者用构建于控制器38内的逻辑方法来代替，所有的这些组合和方法都在本实用新型的考虑范围内。 

当得到这样的间隔序列后，优选地，系统10还包括湿度绘图仪36，它能绘制棉花包14的湿度分布图。也就是说，所述系统10可获取棉花包14上的多个湿度读数，而不是仅获取棉花包14上的单一湿度读数，并且最优地可利用这些湿度读数来创建棉花包14的湿度分布图。该湿度分布图包括：如用棉花包14内不同位置上(如沿着棉花包14的长度方向)的湿量值趋势图所表示的物体图形描述等信息。只要包裹14始终与探测器16保持直接接触，或者随时间反复与探测器16进行接触，湿度分布图也可描述棉花包14内的湿量分布是如何随着时间进行变化的。 

湿度分布图有以下用途，比如棉花商从买入棉花到卖出的整个过程中，察看湿量的变化。也可以用于纺织厂中，从买入棉花、将其放入仓库、到将棉花包从仓库取出以送入纺纱车间进行处理的整个过程中，察看湿量的变化。所以，根据本实用新型中，有许多不同的湿度分布图的实施例。 

在湿度分布图中无论是单个的湿量值还是多个湿量值，都会通过连接线40从控制器38发送到输出装置42。在各种实施例中，所述输出装置42可采用许多不同的结构，例如，为了举例而不是限制，可为数据存储设备、显示器、报警系统、联锁装置或远程计算设备等。应了解，除湿量值外，前面提到的所有或部分其他数据也可发送到输出装置42。 

因此，这里描述的系统10可用来测定棉花包14中的湿量。最优地，被测湿度是水的湿度。但是，在可替代实施例中，所述被测湿度可以是任何液体，如酒精或是含有不同浓度的盐或者其他矿物质等杂质的水。可编制出用于计算这些不同种类液体间相互关系的表格或算法，这样即使是在同一棉花体14中有多种不同种类的液体共存也能对这些液体进行检测和记录。 

在一些实施例中，频率发生器22产生一个以上源信号。但是，在所有的这些实施例中，所产生的基波源信号的频率均低于约1000Hz。同时，在所有的这些实施例中，具有最低频率的源信号用于测定棉花包14内的湿量，而其他具有更高频率的源信号则用于减少数据中的混淆变量。 

优选地，所述源信号的电压在约10V到40V之间。然而，该电压取决于多种因素，比如探测器的表面积、探测器间的距离、棉花包14的质量及其成份等。如果棉花包14是具有标准尺寸的棉花包，源信号具有约 600hz的频率，同时探测器16被配置成直径约2英寸、长度约3英尺的滚轮，且各探测器间的距离不超过约0.5英寸，则数据采集模块30选用声卡时，40V的电压工作效果较好。然而，当选用嵌入式控制器时，10V左右的电压工作效果较好。 

本实用新型并不限于上文讨论的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在于为了描述和说明本实用新型涉及的技术方案。基于本实用新型启示的显而易见的变换或替代也应当被认为落入本实用新型的保护范围。以上的具体实施方式用来揭示本实用新型的最佳实施方法，以使得本领域的普通技术人员能够应用本实用新型的多种实施方式以及多种替代方式来达到本实用新型的目的。 

Claims (6)

1.一种湿度传感器，其特征在于：所述设备放置在棉花打包机的出口处或者棉花压榨机的入口处，包括：

频率发生器，其以不大于1KHz的基波频率产生至少一个源信号；

多个探测器，其表面与所述棉花包直接接触，其中一个探测器作为源探测器，与所述频率发生器连接在一起，用于接收所述源信号，并将所述源信号发射到所述棉花包内并产生一电场，所述电场与棉花包内湿量相关；另有一个探测器用作接收端探测器，用于探测所述电场并产生一输出信号，该输出信号取决于所述源信号和所述湿量；

放大器，用于接收所述输出信号，并对所述输出信号进行放大和滤波；

模数转换器，用于接收所述输出信号，并将所述输出信号转换成数字信号；

用于生成所述棉花包湿量值的装置，其根据所述输出信号产生关于湿量值的输出特性数据。

2.如权利要求1所述的湿度传感器，其特征在于，所述探测器制成滚轮，且所述棉花包相对于这些探测器的滚动，所述探测器的表层是绝缘的，所述探测器安装于所述棉花包的公共表面上。

3.如权利要求1所述的湿度传感器，其特征在于，所述频率发生器产生多个源信号，其中具有最低频率的第一源信号用于测定湿量值，而至少一个具有更高频率的第二源信号用于区别混淆变量。

4.如权利要求3所述的湿度传感器，其特征在于，所述信号源的输出电压在10V与40V之间。 

5.如权利要求1所述的湿度传感器，其特征在于，只使用具有600Hz频率的单一源信号。

6.一种用于测量棉花包内湿量值的设备，其特征在于，所述设备包括：

频率发生器，用于以小于约1KHz的频率产生源信号；

两个探测器，与所述棉花包直接接触，所述探测器制成滚轮，在所述棉花包退出棉花打包机时相对所述探测器滚动，从而使得所述探测器与所述棉花包的公共表面接触，其中没有电流经由所述棉花包在所述探测器间流动；

所述两个探测器中的一个探测器作为源探测器，与所述频率发生器连接在一起，用于接收所述源信号，并将所述源信号发射到所述棉花包内并产生一电场，所述电场与棉花包内湿量相关；另有一个探测器用作接收端探测器，用于探测所述电场并产生一输出信号，该输出信号取决于所述源信号和所述湿量；

放大器，用于接收所述输出信号，并对所述输出信号进行放大和滤波；

模数转换器，用于接收所述输出信号，并将所述输出信号转换成数字信号；

用于产生棉花包湿量值的装置，其中所述湿量值取决于所述输出信号的幅值；

用于对所述棉花包的湿量进行采样的装置，该装置以沿着所述棉花包长度方向的多个规则性期望距离间隔对所述棉花包的湿量进行采样；

用于生成所述棉花包的湿度分布图的装置。 

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