CN207244082U - 一种细纱机钢丝圈转速检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种细纱机钢丝圈转速检测装置，在钢领的一侧，钢丝圈高度上，安装有电涡流传感器。MCU产生方波信号激励，通过转化在电涡流传感器线圈形成正弦波信号，在线圈周围产生交变磁场，当钢丝圈在磁场中转动时切割磁力线会感应出反向涡流，涡流产生的二级磁场和原磁场叠加从而改变线圈电流，由于两个线圈相对钢丝圈位置不同，线圈中电流变化量出现差别，此差值信号通过后面信号处理电路检出。根据MCU计算出的阈值来检测钢丝圈转动产生的脉冲，并计算转速。有效解决目前光电传感器对钢丝圈表面颜色和钢领表面颜色必须存在色差的要求和背磁霍尔传感器磁化钢丝圈的问题，克服传统电感式传感器检测距离近的缺点，比相同规格传感器检测距离提升4‑5倍。

Description

一种细纱机钢丝圈转速检测装置

技术领域

本实用新型涉及细纱机检测技术领域，具体涉及一种细纱机钢丝圈转速检测装置。

背景技术

传统细纱机在纱线实时检测方面存在很大缺失，普遍都没有安装相关的检测装置，这样在生产过程中完全需要依靠人工进行巡检，目测是否有断纱、钢丝圈转速异常等，但仍然存在以下缺陷：第一，断纱发生后往往需要巡检人员巡视一圈后回来才能发现，而此期间纱线断头就会随空气流动向两边飘，非常容易和邻近的正常运行的纱线缠绕在一起造成更大面积的断纱甚至整节机器停止等重大事故；第二、钢丝圈在高速运转下，出现速度变化人工目测很难发现，这样导致出厂的纱线参数参差不齐，一致性较差，棉纺厂只能依靠频繁的保养机器，降低机器故障率来提高产品质量，但用这种方法提高质量的程度非常有限。

鉴于以上原因，目前设备厂商采用在原有设备上额外添加钢丝圈转速检测系统，实时检测钢领上钢丝圈的转速变化，根据转速变化特征对断纱进行预警，提前处理抑制断纱的发生，如果因为突发因素导致发生断纱，传感器会第一时间检测并判断断纱的发生，同时触发相应纱线的执行机构，夹住断头并报警，避免更大事故的发生。

目前市场比较流行的钢丝圈转速检测装置，大多采用漫反射红外光电传感器方案，其特点是，检测距离远，对检测体材质不敏感，但其对环境要求高，要求探头保持洁净，否则影响检测效果产生误判，其还有一个致命的缺点，对被检测体颜色、反光率要求高，要求被检测体和背景有较大的色差，才能稳定检测，而在实际使用中，存在很多这样的情况，钢领(背景)和钢丝圈(被检测体)都是钢本色，无色差且反光率高，这种情况下光电传感器很难进行稳定的检测，基于这种情况有部分厂商改用带有背磁的霍尔传感器传感器方案进行检测，虽然能解决光电传感器对色差要求高的问题，但其本身所带的背磁具有较大磁场，会对钢丝圈和钢领产生磁化作用，使钢丝圈和钢领之间的磁力，影响实际使用。

实用新型内容

为解决光电传感器对被检测体颜色、反光率要求高，霍尔传感器背磁强对钢丝圈和钢领产生磁化作用，本发明提供一种细纱机钢丝圈转速检测装置。

本实用新型提供如下技术方案：

一种细纱机钢丝圈转速检测装置，包括MCU控制电路、方波三角波转换电路、线圈检测电路、信号处理电路，如图2。

正对钢领,钢丝圈的高度上，安装有电涡流传感器如图1。

MCU产生固定频率方波信号，经三角波发生器转换成三角波信号，以恒定电压幅度驱动电涡流传感器线圈，在线圈处形成稳定的正弦波信号。

线圈检测电路采用电涡流传感器线圈和谐振电容组成谐振回路，线圈安装在棒形软磁材料两端形成电涡流传感器探头，其中一头靠近钢丝圈安装。

信号处理电路有运算放大、二阶带通滤波、峰值检波电路组成，从线圈取样的两路信号经过差分放大，去除钢领及环境温度的共模背景信号，经过二阶带通滤波网络取出有用信号，分别送给两路峰值检波电路进行检测，一路用于钢领背景信号检测，跟踪钢领位置是否有变动，另一路用于钢丝圈信号检测；

MCU对峰值检波电路的检测信号进行处理运算，由检测的钢丝圈峰值电压减去背景信号电压求出偏移量，偏移量的一半再加上背景信号电压为阈值，大于阈值信号判断为钢丝圈峰值信号，连续两个钢丝圈峰值信号的时间间隔即为一个周期T，周期的倒数1/T即为转速。

进一步的，所述MCU产生50％占空比的固定频率方波信号。

进一步的，所述二阶带通滤波的通带频率范围为几十kHz到几百kHz。

方波三角波转换电路的作用是将MCU产生的50％占空比固定频率方波信号转换成三角波信号，以恒定电压幅度驱动检测线圈，在检测线圈形成稳定的正弦波信号，电路原理图如图3，产生的三角波信号波形图如图4。

线圈检测电路当回路的谐振频率和驱动信号的频率一致，就产生谐振，线圈会感应出数倍于驱动电压的信号，并在线圈周围产生交变磁场，当钢丝圈进入磁场会感应出反向涡流，涡流产生的二级磁场和原磁场叠加从而改变线圈电流，由于两个线圈相对钢丝圈位置不同，线圈中电流变化量出现差别，此差值信号通过后面信号处理电路检出，电涡流传感器线圈结构示意图如图5，谐振回路电路原理如图6。

信号处理电路中,运算放大电路如图7，二阶带通滤波电路如图8，峰值检波电路如图9。

本发明检测的灵敏度比普通电感式传感器要高4-5倍，一是采用线圈激励方式，磁场强度要强出许多，二是信号处理电路采用共模抑制比较高的放大器和窄带二阶带通滤波，以及跟踪背景并根据背景信号强弱调整放大器偏置电压，保证在较大放大倍数下有效信号的完整性。

相比现有技术,本实用新型具有如下有益效果:

1)本发明完全避开了光电传感器和背磁霍尔传感器的固有缺陷，采用新颖的差分线圈电感式传感器方案进行检测，电感式传感器本身具有对被检测体表面颜色不敏感的特点，对被检测体颜色、反光率等无要求，且采用软磁材料，不会对钢领和钢丝圈产生任何磁化作用，不影响纺纱过程的任何参数，可有效解决目前光电传感器对钢丝圈表面颜色和钢领表面颜色必须存在色差的要求和背磁霍尔传感器磁化钢丝圈的问题。

2)电感式传感器本省固有的耐恶劣环境能力，环境温度、振动、漂浮的灰尘、检测表面粘附的棉纱甚至油污均不会影响测量结果。

3)价格优势明显，相对于光电式传感器，生产和物料成本大幅降低，这对纺织行业可以节约30-50％的成本。

4)本发明采用独特新颖的线圈结构及信号处理方式，克服传统电感式传感器检测距离近的缺点，比相同规格传感器检测距离提升4-5倍。

5)消除固定强背景干扰,实时跟踪检测金属背景(钢领)，消除背景变化的影响，实现对钢领的实时跟踪，方便实际使用中钢领更换也无需人工设置传感器，在纺织行业可以节约大量的人力。

附图说明

图1本实用新型使用安装示意图

图2本实用新型原理框图

图3本实用新型方波三角波转换电路

图4本实用新型三角波信号波形图

图5本实用新型线圈结构示意图

图6本实用新型线圈谐振电路

图7本实用新型运算放大电路

图8本实用新型二阶带通滤波电路

图9本实用新型峰值检波电路

其中：1.钢丝圈，2.钢领，3.电涡流传感器

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细说明。

细纱机钢丝圈套在钢领上面凸出的边缘又称跑道上，纺纱时纱线带动钢丝圈在钢领跑道转动，钢丝圈转一周，纱线就被加上一个拈。

正对钢领,钢丝圈的高度上，安装有电涡流传感器如图1。

MCU产生固定频率方波信号，经三角波发生器转换成三角波信号，以恒定电压幅度驱动电涡流传感器线圈形成稳定的正弦波信号。

当线圈检测回路的谐振频率和驱动信号的频率一致，就产生谐振，电涡流传感器线圈会感应出数倍于驱动电压的信号，并在线圈周围产生交变磁场，当钢丝圈在磁场中转动时切割磁力线会感应出反向涡流，涡流产生的二级磁场和原磁场叠加从而改变线圈电流，由于两个线圈相对钢丝圈位置不同，线圈中电流变化量出现差别，此差值信号通过后面信号处理电路检出。

信号经运算放大、滤波、峰值检测一路用于钢领背景信号检测，跟踪钢领位置是否有变动，另一路用于钢丝圈信号检测；

MCU对峰值检波电路的检测信号进行处理运算，由检测的钢丝圈峰值电压减去背景信号电压求出偏移量，偏移量的一半再加上背景信号电压为阈值，大于阈值信号判断为钢丝圈峰值信号，连续两个钢丝圈峰值信号的时间间隔即为一个周期T，周期的倒数1/T即为转速。通过算法滤除干扰及噪声得到准确结果，并通过CAN总线将转速数据传送给上位机处理。

以上实施例为本申请的优选实施例，本领域的普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本申请总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本申请要求保护的范围之内。

Claims (3)

1.一种细纱机钢丝圈转速检测装置，其特征在于：

包括MCU控制电路、方波三角波转换电路、线圈检测电路、信号处理电路；

正对钢领(2),钢丝圈(1)的高度上，安装有电涡流传感器(3)；

MCU产生固定频率方波信号，经三角波发生器转换成三角波信号，以恒定电压幅度驱动电涡流传感器线圈，在线圈处形成稳定的正弦波信号；

线圈检测电路采用电涡流传感器线圈和谐振电容组成谐振回路，线圈安装在棒形软磁材料两端形成电涡流传感器探头，其中一头靠近钢丝圈安装；

信号处理电路有运算放大、二阶带通滤波、峰值检波电路组成，从线圈取样的两路信号经过差分放大，去除钢领及环境温度的共模背景信号，经过二阶带通滤波网络取出有用信号，分别送给两路峰值检波电路进行检测，一路用于钢领背景信号检测，跟踪钢领位置是否有变动，另一路用于钢丝圈信号检测；

MCU对峰值检波电路的检测信号进行处理运算，由检测的钢丝圈峰值电压减去背景信号电压求出偏移量，偏移量的一半再加上背景信号电压为阈值，大于阈值信号判断为钢丝圈峰值信号，连续两个钢丝圈峰值信号的时间间隔即为一个周期T，周期的倒数1/T即为转速。

2.根据权利要求1所述的一种细纱机钢丝圈转速检测装置，其特征在于，所述MCU产生50％占空比的固定频率方波信号。

3.根据权利要求1所述的一种细纱机钢丝圈转速检测装置，其特征在于，所述二阶带通滤波的通带频率范围为几十kHz到几百kHz。