CN211284783U - 一种压电选针器感知执行一体式状态检测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种压电选针器感知执行一体式状态检测系统，涉及选针器工作状态检测技术领域。本实用新型包括压电陶瓷片、挡板、选针器刀头和控制电路板；压电陶瓷片为执行元件又能作为传感元件；控制电路板包括压电陶瓷片驱动电路和振动信号检测电路。本实用新型通过压电陶瓷片的双向效应，使其既能作为执行元件又能作为传感元件，提高了压电陶瓷片的利用效率，避免了在选针器中加入过多的元器件；通过检测压电陶瓷产生的电信号，判断检测到的电信号的频率和幅值是否在正常的范围之内，实现了对压电选针器工作状态的实时检测，极大避免由选针器工作状态不稳定或者失效造成的的织物瑕疵，机器撞针等严重后果。
Description
技术领域
本实用新型属于选针器工作状态检测技术领域，特别是涉及一种压电选针器感知执行一体式状态检测系统。
背景技术
压电式选针器作为提花机的核心部件，并且作为提花针的驱动构件，在提花的过程中，根据提花选择控制指令和图案文件，选针器应处于稳定工作状态：在上限位和下限位两个极限位置之间快速跳跃。
选针器工作状态不稳定时，经常会导致针织异常，造成针织材料的缺陷和产品报废，甚至会由于撞针或断针引起机械故障。压电选针器由于长时间工作压电晶片会出现老化现象，导致本身的压电系数产生变化。甚至层叠结构会开始剥落，此时压电晶片的工作状态会产生异常，随之刀头就不会正常工作从而影响到提花状态。
现有的针织选针器没有状态保持和位置跳跃的故障检测功能，很难对针织的缺陷和事故的发生进行预警，现提供一种压电选针器感知执行一体式状态检测系统，解决上述问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种压电选针器感知执行一体式状态检测系统，通过在不额外添加传感器的情况下，充分利用了压电陶瓷片的双向效应，使其在压电选针器中，既能作为执行元件又能作为传感元件，振动信号检测电路检测并调理压电陶瓷片产生的电信号，获取压电选针器动作状态是否正常，解决了现有的压电式选针器工作时无法对选针器工作状态进行故障检测，从而导致针织缺陷的问题。
为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：
本实用新型为一种压电选针器感知执行一体式状态检测系统，包括压电选针器，所述压电选针器包括压电陶瓷片、挡板、选针器刀头和控制电路板；所述压电陶瓷片为选针器刀头的驱动元件、选针器刀头碰撞挡板的振动信号的检测元件；所述控制电路板包括压电陶瓷片驱动电路和振动信号检测电路；所述压电陶瓷片驱动电路控制压电陶瓷片产生上下弯曲，所述压电陶瓷片为执行元件并带动选针器刀头上、下摆动；所述振动信号检测电路检测并调理所述压电陶瓷片产生的电信号，获取压电选针器动作状态是否正常，实现了对压电选针器工作状态的实时检测，可以在工程中极大避免由选针器工作状态不稳定或者失效造成的的织物瑕疵，机器撞针等严重后果。
进一步地，所述压电陶瓷片通过压电正效应原理检测选针器刀头与挡板碰撞产生振动信号、各类织针撞击刀头与挡板碰撞产生的振动信号；振动产生的力施加于压电陶瓷片，压电陶瓷片产生电信号；所述压电陶瓷片驱动电路通过压电逆效应原理驱动控制压电陶瓷片；所述压电陶瓷片驱动电路输出正负电压时，压电陶瓷片正反加持电压，其特性等效为电容，上下弯曲，在不额外添加传感器的情况下，充分利用了压电陶瓷片的双向效应，使其在压电选针器中，既能作为执行元件又能作为传感元件，提高了压电陶瓷片的利用效率。
进一步地，所述振动信号检测电路与压电陶瓷片电连接，获取选针器刀头碰撞挡板产生的反作用力、各类织针撞击刀头与挡板碰撞产生的反作用力作用于压电陶瓷片上产生的电信号；所述振动信号检测电路对获得的电信号进行滤波、放大、计算、分析处理，获取压电选针器动作状态。
进一步地，所述压电陶瓷片为层叠结构，所述压电陶瓷片包括上层压电晶片、下层压电晶片和中间高碳纤维基层；所述上层压电晶片、下层压电晶片通过导电胶对称粘接在中间高碳纤维基层的上下表面；所述压电陶瓷片固定安装在一固定组件上，所述上层压电晶片、下层压电晶片和中间高碳纤维基层末端处引出电极；所述固定组件上设有分别与电极对应三根导电柱，三根所述导电柱插在压电选针器驱动板上增加其固定的稳定性；所述固定组件上设有固定凸柱，所述固定组件通过固定凸柱将压电陶瓷片固定在选针器壳体上。
所述一体式状态检测系统的工作方法包括以下步骤：
SS01：压电陶瓷片驱动电路驱动控制压电陶瓷片产生弯曲，压电陶瓷片带动选针器刀头上、下摆动；
SS02：选针器刀头上、下摆动与挡板发生碰撞时，产生的碰撞力反作用于压电陶瓷片、各类织针撞击刀头与挡板碰撞产生的力反作用于压电陶瓷片，根据压电正效应原理，压电陶瓷片产生电信号；
SS03：振动信号检测电路对电信号进行滤波、放大、计算、分析处理，获得压电选针器动作状态是否正常。
本实用新型具有以下有益效果：
1、本实用新型在不额外添加传感器的情况下，充分利用了压电陶瓷片的双向效应，使其在压电选针器中，既能作为执行元件又能作为传感元件，提高了压电陶瓷片的利用效率，避免了在选针器中加入过多的元器件；
2、本实用新型可以检测压电陶瓷作为执行元件和传感元件的两个阶段的耦合信号，判断检测到的电信号的频率和幅值是否在正常的范围之内，实现了对压电选针器工作状态的实时检测，极大避免由选针器工作状态不稳定或者失效造成的的织物瑕疵，机器撞针等严重后果。
当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型中压电选针器的局部结构示意图；
图2为图1的局部结构俯视图；
图3为本实用新型中压电陶瓷片的局部结构示意图；
图4为本实用新型中振动信号检测电路示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“末端”、“中”、“内”、“侧”、“端”、“底”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
具体实施例，请参阅图1-4所示：
本实用新型为一种压电选针器感知执行一体式状态检测系统，包括压电选针器，压电选针器包括压电陶瓷片、挡板、选针器刀头1和控制电路板；压电陶瓷片为选针器刀头1的驱动元件、选针器刀头1碰撞挡板的振动信号的检测元件，如图1-3所示，压电陶瓷片为层叠结构3，压电陶瓷片层叠结构3包括上层压电晶片12、下层压电晶片14和中间高碳纤维基层13；上层压电晶片12、下层压电晶片14通过导电胶对称粘接在中间高碳纤维基层13的上下表面；压电陶瓷片固定安装在一固定组件5上，上层压电晶片12、下层压电晶片14和中间高碳纤维基层13末端处引出电极；固定组件5上设有分别与电极对应三根导电柱8、9、10，三根导电柱8、9、10插在压电选针器驱动板上增加其固定的稳定性；固定组件5上设有固定凸柱4、6、7、11，固定组件5通过固定凸柱4、6、7、11将压电陶瓷片固定在选针器壳体上，挡板2其齿槽上下端为选针器刀头1运动的上下限位，整个装置固定在选针器壳体中可以等效为简单的悬臂梁模型。
优选的，控制电路板包括压电陶瓷片驱动电路和振动信号检测电路；压电陶瓷片驱动电路控制压电陶瓷片产生上下弯曲，压电陶瓷片为执行元件并带动选针器刀头1上、下摆动；振动信号检测电路检测并调理压电陶瓷片产生的电信号，获取压电选针器动作状态是否正常，实现了对压电选针器工作状态的实时检测，可以在工程中极大避免由选针器工作状态不稳定或者失效造成的的织物瑕疵，机器撞针等严重后果。
优选的，压电陶瓷片通过压电正效应原理检测选针器刀头1与挡板碰撞产生振动信号、各类织针撞击刀头与挡板碰撞产生的振动信号；振动产生的力施加于压电陶瓷片，压电陶瓷片产生电信号；压电陶瓷片驱动电路通过压电逆效应原理驱动控制压电陶瓷片；压电陶瓷片驱动电路输出正负电压时，压电陶瓷片正反加持电压，其特性等效为电容，上下弯曲，在不额外添加传感器的情况下，充分利用了压电陶瓷片的双向效应，使其在压电选针器中，既能作为执行元件又能作为传感元件，提高了压电陶瓷片的利用效率。
优选的，振动信号检测电路与压电陶瓷片电连接，获取选针器刀头1碰撞挡板产生的反作用力、各类织针撞击刀头与挡板碰撞产生的反作用力作用于压电陶瓷片上产生的电信号；振动信号检测电路对获得的电信号进行滤波、放大、计算、分析处理，获取压电选针器动作状态，如图4所示，一RLC振荡电路分别为电阻R1，电容C1，电感L1串联，RLC振荡电路与电容C0并联即成为一个压电传感器的等效电路，根据压电陶瓷特有的压电效应，在其等效电路后串联一电阻R2，实时检测通过压电陶瓷的电流变化来判断其工作状态。
一种压电选针器感知执行一体式状态检测系统的工作方法包括以下步骤：
SS01：压电陶瓷片驱动电路驱动控制压电陶瓷片产生弯曲，压电陶瓷片带动选针器刀头1上、下摆动；
SS02：选针器刀头1上、下摆动与挡板发生碰撞时，产生的碰撞力反作用于压电陶瓷片、各类织针撞击刀头与挡板碰撞产生的力反作用于压电陶瓷片，根据压电正效应原理，压电陶瓷片产生电信号；
SS03：振动信号检测电路对电信号进行滤波、放大、计算、分析处理，获得压电选针器动作状态是否正常。
压电选针器采用双压电晶片驱动，由于工作时，采用单压电晶片驱动会使单片压电晶片长期在正反电场下工作，影响其工作寿命，所以采用双压电晶片分时驱动，因由于压电陶瓷片的双向效应决定了其既能作为执行器又能成为传感器。在通过驱动板给传感执行器供电时，其中，上层压电晶片12受逆压电效应带动整个层叠结构3，通过装在选针器壳体上的转轴带动选针器刀头1向上摆动碰撞到挡板2达到其运动的上限位，下层压电晶片14和中间高碳纤维基层13被动弯曲变形，当卸载电压时，下层压电晶片14受逆压电效应带动整个层叠结构3，通过装在选针器壳体上的转轴带动选针器刀头1向下摆动碰撞到挡板2达到其运动的下限位，上层压电晶片12和中间高碳纤维基层13被动弯曲变形，此阶段为压电选针器利用压电陶瓷片的逆压电效应，实现执行元件的功能。
执行元件在工作时，选针器刀头1由静止加速摆动撞击到挡板2，在瞬间碰撞过程中，挡板2对选针器刀头1施加反作用力，此反作用力通过选针器刀头1传递到压电陶瓷片上，压电陶瓷片受正压电效应作用，会产生电位移，此时的压电陶瓷片实现传感器的功能。
实际工作时，当给传感执行器加载电压U0时，压电陶瓷片等效为电容，因压电陶瓷的电特性，会在此条件下进行充电，振动信号检测电路中会检测到其充电过程。当选针器刀头1和挡板2碰撞时，充电过程并未完全结束，此时的振动信号通过压电效应转化为电信号，从而会耦合进入之前的充电信号之中，这两种信号线性耦合为最终的检测信号U1。因压电陶瓷材料自身存在差异，通过检测正常工作状态下的执行传感器信号，划定信号的频率和幅值标定一定的范围，若在实际工作状态中，信号频率和幅值不在范围之内则判定该压电选针器工作状态异常，若在该范围之内，则压电式选针器工作状态稳定。
一种压电选针器感知执行一体式状态检测系统，在不额外添加传感器的情况下，充分利用了压电陶瓷片的双向效应，使其在压电选针器中，既能作为执行元件又能作为传感元件，提高了压电陶瓷片的利用效率，避免了在选针器中加入过多的元器件；通过压电陶瓷片作为执行器时电特性信号以及作为传感器时由刀头和挡板碰撞或者刀头与提花针碰撞所产生的振动信号，由振动信号检测电路耦合为最终的检测信号，然后判断该耦合信号的频率和幅值是否在预设幅值范围内，从而判断压电选针器工作状态是否正常，实现了对压电选针器工作状态的检测，可以在工程中极大避免由选针器工作状态不稳定或者失效造成的的织物瑕疵，机器撞针等严重后果。也实现了对压电陶瓷片作为执行元件和传感元件的双重功能的应用。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (4)
1.一种压电选针器感知执行一体式状态检测系统，包括压电选针器，其特征在于：
所述压电选针器包括压电陶瓷片、挡板、选针器刀头和控制电路板；
所述压电陶瓷片为选针器刀头的驱动元件、选针器刀头碰撞挡板的振动信号的检测元件；
所述控制电路板包括压电陶瓷片驱动电路和振动信号检测电路；
所述压电陶瓷片驱动电路控制压电陶瓷片产生上下弯曲，所述压电陶瓷片为执行元件并带动选针器刀头上、下摆动；
所述振动信号检测电路检测并调理所述压电陶瓷片产生的电信号，获取压电选针器动作状态是否正常。
2.根据权利要求1所述的一种压电选针器感知执行一体式状态检测系统，其特征在于：
所述压电陶瓷片为层叠结构，所述压电陶瓷片包括上层压电晶片、下层压电晶片和中间高碳纤维基层；
所述上层压电晶片、下层压电晶片通过导电胶对称粘接在中间高碳纤维基层的上下表面。
3.根据权利要求2所述的一种压电选针器感知执行一体式状态检测系统，其特征在于：
所述压电陶瓷片固定安装在一固定组件上，所述上层压电晶片、下层压电晶片和中间高碳纤维基层末端处引出电极；
所述固定组件上设有分别与电极对应的三根导电柱，三根所述导电柱插在压电选针器驱动板上。
4.根据权利要求3所述的一种压电选针器感知执行一体式状态检测系统，其特征在于，所述固定组件上设有固定凸柱，所述固定组件通过固定凸柱将压电陶瓷片固定在选针器壳体上。
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Cited By (2)
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| CN110629384B (zh) * | 2019-10-08 | 2024-07-05 | 浙江理工大学 | 一种压电选针器感知执行一体式状态检测系统 |
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