CN86100336A - 带有可作弹性运动的纤维探测器的纤维拉力测量装置 - Google Patents

Abstract

纤维拉力测量装置，包括可相对于支撑板作弹性运动的纤维探测器及振动测量装置。其中纤维探测器是一端固定的板簧或弹簧杆，它的自由端有导纱器。此探测器的一部分伸入盛有磁化阻尼液体的容器里，以保证此测量装置无惯性地按照纤维的振动频率运动，而不致受外部干扰的影响。上述的振动测量装置由应变计或行程测量装置组成，此行程测量装置具有对温度变化的补偿能力。

Description

本发明为一台带有可作弹性运动的纤维探测器的纤维拉力测量机。

在生产和加工纤维，特别是编织和用人造纤维编织时，纤维拉力是一个重要的工艺参数。即使是短时间的振动也会影响纤维的质量。因此，根据这一情况就要求一台可使用的纤维拉力测量机必须具备足够高的固有频率。这种固有频率使纤维测量机能够按照纤维拉力的振动频率进行工作，否则机器频率将会引起拉力测量装置的振动。

本发明根据这一技术问题，提供了一种纤维拉力测量机。这种测量机的构造简单，在发生故障时不易损坏。该测量机可无惯性地按照纤维拉力的振动进行工作。它解决了本文前面描述的那种纤维拉力测量机的问题。为了保证对纤维探测器运动的独立阻尼，而将探测器伸入磁化阻尼液体中。这一结构显示了这种类型的拉力测量机的优越性。

最有利的结构是：可作弹性运动的纤维探测器的活动端设置一个可沿受力方向动的凸出部分。该部分形成阻尼活塞。该活塞伸入固定在支撑板上的装有磁化液体的容器内。在该容器的底部有一块磁铁，特别是有一块永久磁铁。尤其是该凸出部分或称阻尼活塞是由非磁性材料制成的。

纤维拉力测量机的一项改进结构是：可作弹性运动的纤维探测器一端是卡紧的板簧。该板簧的固定端固定在支撑板上;它的另一端是活动的。活动端为纤维的输导端，它带有一个作为阻尼活塞的凸出部分。该凸出部分伸入磁化液体中。磁化液体盛放在一个固定在支撑板上的罐状容器中。在罐的底部，比如在罐的下面或在罐的内底部固定一块磁铁，特别是一块永久性磁铁，以便将磁化液体吸附在它的位置上。

另一项有利的结构是：纤维探测器是一个一端卡紧的弹簧杆。该弹簧杆穿过位于磁力影响下的装有磁化液体的阻尼室。在该阻尼室中，相对的一对侧壁形成一个通孔。该通孔的尺寸可以使纤维敏感器在孔内作弹性运动。另外一对侧壁是磁铁，灌满整个阻尼室内腔的磁化液体处于磁铁的作用下。

特别是，纤维探测器是由平行弹簧组成的。这样就使纤维探测器的活动端只作平行移动。因此，作用于纤维的反作用力的方向不会改变。

纤维探测器的弹性运动是由适当的测量仪器，例如应变计测定的。一种与温度无关的测量系统是由一个行程测量装置组成的。它可以直接测量纤维探测器振动的行程长度。

在此关系到发送器和接收器这一对装置。其接收次数表示测量信号，该信号随振动幅度变化。例如可以设置一个光发射器和一个光电管，例如光电二极管。

优先采用的一种结构适用于各种行程测量，特别适用于带有行程测量装置的纤维探测器。在这种结构中，一个光发射器和一个光接收器面对面固定在可作弹性运动的纤维探测器的活动端附近。纤维探测器带有一个反射器，例如光学棱镜。在此具有优越性地规定，棱镜角略偏于90°，而且，纤维探测器的可作弹性运动的活动端与由发射器接收器组成的合件之间的相对距离是可以调整的。在这种结构中以很简单的方式就可以得到“0点校正”。就是说，温度的变化也会造成探测器测量端和由发射器接收器组成的合件之间的距离发生变化。当温度变化时，接收次数也发生变化。这是由于反射光线不平行于发射光线的缘故。为了消除温度的影响，可以将合件与反射器之间的相对距离调整到所希望的或标准的无负荷状态下的接收信号。如前所述，这种纤维拉力测量机由于其特殊结构，即便没有阻尼装置也可工作。本发明的纤维拉力测量机的一项特殊的改进是，它具有一个可做弹性运动的纤维探测器。该纤维探测器为一个矩形或方形截面的板簧。它形成一个方形空壳体。该壳体上与作用力方向，即纤维拉力对于导纱器的作用方向相平行的侧壁，与对称于过外壳轴线并垂直于力方向的平面的弯曲面一起，形成一个占外壳长度的大部分的构架形空间。在“构架”下面，侧壁中间形成几个开口。这些开口有彼此平行的边缘，并一直延伸到两端圆形扩展部分。与外壳的固定端固定在一起的是一个刚性测量杆。该测量杆延伸到外壳中，实际上一直延伸到外壳的活动端。纤维探测器的外壳活动端有一个导纱器，即延外壳轴线延长的那一部分，在对着刚性测量杆活动端的部位上形成一个测量头。考虑到温度补偿，测量杆的材料最好与方形外壳的材料相同。为了适应弹性特性曲线，并以此使外壳的指针摆动适应所需要的纤维拉力，改进的外壳的上下面都有空隙。

以上描述的这种改进了的纤维拉力测量机的方形外壳的头部有一个沿力方向的凸出部分，该部分为一个阻尼活塞。该阻尼活塞伸入盛放在固定于支撑板上的罐状容器内的磁化液体中。该容器位于一块磁铁，特别是一块永久磁铁上;或者在容器的内底部安放一块这样的磁铁。特别有利的是，盛放磁化液体的罐状容器是用非磁性材料制成的。

按照本项发明，使用这种纤维拉力测量机可以测量高频率的纤维拉力振动，例如30至40Hz的振动。使用测量放大器可以进一步扩大测量范围。测量放大器的特性曲线在可作弹性运动的纤维探测器的固有频率范围内上升，并以此来全部或部分补偿与频率有关的纤维探测器的特性曲线。

下列附图更详细地解释了本项发明：

图1、为纤维探测器的带有单一的平行弹簧的结构形式，

图2、为平行弹簧的有方形外壳的结构形式。

图3、是图2的Ⅲ-Ⅲ剖面图。

图4、5纤维探测器穿入阻尼室中的结构形式。

图6、是图3的测量装置部分的详细剖面图。

图1中的纤维敏感器1由两个相同宽度的板簧2组成。板簧2通过活动端的中间块4与固定端的固定块3组成了平行弹簧2-4。间隔块6位于平行弹簧2-4的固定端3与支撑板7之间。通过螺栓将固定端3与支撑板7固定连接在一起。支撑板7也是一个支架。活动端（中间块4）有一个导纱器8和一个沿作用力方向11，即纤维拉力对导纱器8的作用方向，延伸出来的凸出部分或称阻尼活塞9。该阻尼活塞伸入一个装有磁化液体13，在本文前面称作容器12的罐12中。在表示的结构中，该容器位于一块磁铁14，特别是一块永久性磁铁上。通过这块磁铁，将该容器与支撑板7固定在一起。由导纱器8牵引的纤维10也可以由导纱器8中的一个导纱孔中引出。

图2和图3是本发明的另一种较好的结构形式。图3是图2的Ⅲ-Ⅲ剖面图。由于测量机构具有较高的敏感性，弹性常数可以相对大一些，因而在此条件下固有频率也较高。所以高频率的纤维拉力波动也是可以测量的，特别是设置了本发明装置的振动阻尼9，12-14。如果使用一个相应的无惯性装置，例如一个光电扫描装置，便可记录约为50Hz的纤维拉力振动。借助于一个可作频率修正的放大器来修正测杆的频率特性，以此来记录几百Hz的拉力波动频率。

所表示的结构形式由一个正方形筒制成的方形外壳16组成。图3中所示的图2Ⅲ-Ⅲ剖面即该外壳的横截面。间隔块6上方的螺栓5将外壳的固定端3与支撑板7连接在一起。前面的活动端带有一个有导纱器8和一个沿力方向（箭头11）延伸的凸出部分，或称阻尼活塞9的头部15。在外壳16的侧壁22中有形成“构架形状”的空隙17。该空隙在纵向上占据了外壳的大部分。这些空隙的边缘互相平行，其端部是圆形的。该圆形端部的直径在图中与外壳16的横截面内壁间距尺寸相同。这样便在外壳横截面的中心上形成所需的最小阻力矩（也是最小的截面惯性矩）。在附图的结构形式中，也考虑到了有空隙17的横壁的刚性问题。

阻尼活塞9伸入装有磁化液体13的容器12中，以此达到对由机器引起的振动的阻尼。借助容器12中的磁铁，特别是具有优越性的永久磁铁稳定的磁化液体13使得本发明的拉力测量机具有独立性。

在外壳16和刚性压紧的部分内，带有测量插头20的刚性测量杆23一直延伸到外壳的活动端（头部15）头部的对面。在活动端以及头部15中固定着一个带有夹持器24的测量头19。该测量头能够与外壳活动端15和导纱器8一起作由纤维拉力引起的运动。比如说，由一个光电系统对该运动作实际上无惯性的扫描。这样，即使纤维拉力振动的频率很高，也仍然可以进行可靠的测量。

虽然图1未表示可与前面叙述的光电扫描装置比较的纤维拉力测量机扫描装置，但同样可以具有优越性地实现这种结构，当把带有夹持器24的测量头19安装在中间块4中时，带有测量头20的测量杆23则被固定在固定端3的两个板簧之间。另外，气动扫描装置在所描述的两种结构中都可以使用。

使用非磁性材料制成的阻尼活塞或称凸出部分9和凹入部分或称罐12具有其优越性。如同用这种非磁性材料制造外壳16，测量头夹持器24和测量杆23一样，用这种材料制造平行板簧2-4的中间块34有利于避免出现不同的热膨胀。

本发明中的阻尼装置可用于各种可进行相对运动测量的纤维拉力测量机。这种相对运动是指由于纤维拉力的作用而对支撑板作相对运动的纤维探测器与支撑板之间的相对运动。该支撑板有效地防止由纤维探测器的自然振动现象引起的测量误差。

在图4和图5的结构示例中，板簧2穿过阻尼室25。通过间隔块6和螺栓5将该板簧固定在它的固定端3上。纤维10位于导纱器8上。导纱器8固定在活动端4上。板簧上的行程测量装置，或者具体说是应变计能够记录沿力方向11的振动。阻尼室25的各个侧面封闭，一直连到开口26和27处。用于穿过板簧2的开口应尽量地小一些，但不要使开口妨碍弹性运动。阻尼室中完全灌满磁化液体。阻尼室的两侧装有永久磁铁14。

图6是图3，特别是图3中的测量头19和测量头20的详图。测量头19带有一个棱镜28。棱镜的α角略小于90°。测量头一边带有一个发射源29，另一边带有一个接收器30。例如，该发射源可以是一个光源，接收器可以是一个光电二极管31。因为α角约为90°，所以发出的光不是平行反射。因此，反射光线只是在测量头19和20之间的规定距离A上进入光电二极管31的中心，以此达到测量应力U时的最佳指针摆动。这种指针摆动情况被视为纤维探测器无负荷状态的校准信号。如果由于温度变化，使外壳16和测量杆23产生膨胀而导致距离A发生变化，则在O负荷情况下产生一个改变了的校准信号U。沿着导板32推移测量杆23，直到重新调整了校准信号U为止。通过这种方法来消除温度的影响。做为一种结构示例，在支撑板中滑动地引导测量杆23。为了调整测量杆，在支撑板32中设置了一个调整螺栓33。该调整螺栓可以在支撑板中转动，并通过螺纹与测量杆23连接在一起。测量杆23的背面通过压缩弹簧支承在支撑板32上。

编号名称

1、纤维探测器

2、板簧

3、固定块，固定端，夹紧端

4、中间块，活动端

5、螺栓，螺钉连接

6、间隔块

7、支撑板

8、导纱器

9、凸出部分，阻尼活塞

10、纤维

11、作用力方向，偏转方向

12、容器，罐

13、磁化液体

14、磁铁，永久磁铁

15、头部，活动端

16、外壳

17、（构架形状）空隙

18、内腔

19、测量头

20、测量头

21、弯曲面

22、侧壁

23、测量杆

24、夹持器，测头夹持器

25、阻尼室

26、开口

27、开口

28、棱镜

29、发射器，光源

30、接收器

31、光电二极管

32、支撑板

33、调整螺栓

34、压缩弹簧

文件名称    页    行    补正前    补正后

说明书    1    2    在生产和加工…纤维    在长丝纱的生产加工中，

编织时，    尤其是变形和假捻变形

时，

1    8    在发生故障时不易损    对于外界的扰动基本不

坏。该测量机可无惯性    受影响，并可无惯性

1    11    优越性    特征

1    18    一端是    是一端

2    5    敏感器    探测器

2    19    对面固定在可作弹性    对着可作弹性运动…

…的活动端附近。    的活动端固定。

3    2    如前所述，    上述的

3    5    一个矩形或方形截面的    由平行板簧形成的一个

板簧。它形成一个方形    矩形或方形截面的空壳

空壳体。    体。

3    7    平行的侧壁，与对称    平行的侧壁上，对称于

于

3    8    弯曲面一起，形成…    弯曲面，形成…长骨形

构架形空间。在“构    空槽。这些空槽有…

架”下面，侧壁中间

形成几个开口。这些

开口有…

3    13    部分，    部分。

3    14    为了适应    为了改变

文件名称    页    行    补正前    补正后

说明书    3    15    指针摆动    挠曲摆动

3    16    空隙    空槽

4    4    弹簧的有    弹簧组成

4    7    是图3的    是图2的

4    8    敏感器    探测器

5    4    “构架形状”的空隙    “长骨形状”的空槽

5    5    该空隙在…这些空隙    该空槽在…这些空槽的

的

5    8    也考虑到了有空隙17    横壁上也有空槽17，

的横壁的刚性问题。    以改变其刚性。

5    12    具有独立性。    与位置无关。

5    13    在外壳16和刚性压    在外壳16内部，一根

紧的部分内，带有    刚性压紧的带有

5    20    当把带有    如把带有

5    21    中间块4中时，带    中间块4上，而带

6    5    该支撑板    该阻尼器

6    14    图6是图3，特别是    图6是图2，特别是图2

图3

6    17    α角约为    α角不是

7    倒4    （构架形状）空隙    （长骨形状）空槽

权利要求书    1    3    探测器的一端为一个    探测器为一个一端长紧的

长紧的

1    6    探测器的一端为一个    探测器为一个一端长紧的

长紧的

文件名称    页    行    补正前    补正后

权利要求书    2    3    是一个由具有…空外壳    是一个由平行弹簧组成

（16）组成的平行弹簧    的具有矩形…空外壳

（16），

2    5    侧面（22）同对称    侧面（22）上对称于…的

…的空隙（17）形成    空槽（17）具有一个

一个框架形状。    长骨形状。

2    9    自由端在一起    自由端相配合

Claims (20)

1、带有可作弹性运动的纤维探测器的纤维拉力测量装置，具有下述特征：纤维探测器浸入一个装有磁化液体的容器中。

2、根据权利要求1，该装置具有下述特征：纤维探测器的一端为一个卡紧的弹簧杆，该弹簧杆的末端支承着一个圆柱体（9），该圆柱体浸入磁化阻尼液体（13）中。

3、根据权利要求1，该装置具有下述特征：纤维探测器的一端为一个卡紧的弹簧杆，它位于装满磁化阻尼液体的阻尼室中，该阻尼室位于磁铁作用之下。

4、根据权利要求2，该装置具有下述特征：在可作弹性运动的纤维探测器（1）的末端（4;8），在偏转方向（11）上装有一个作为阻尼活塞的圆柱体（9），该圆柱体浸入固定在支撑板（7）上的装有磁化液体（13）的罐（12）中，在罐的底部装有一块磁铁，特别是一块永久磁铁（14）。

5、根据权利要求3或4，本装置具有下述特征：圆柱体部分或称阻尼活塞（9）是由非磁性材料制成的。

6、根据上述权利要求之一，该装置具有下述特征：可作弹性运动的纤维探测器（1）由一个一端压紧的板簧（2-4）组成，板簧的固定端（3）固定在支撑板（7）上面;它的另一端（4）上有一个导纱器（8），端部（4）还带有一个圆柱体，该圆柱体为一个阻尼活塞，此阻尼活塞浸入盛放在固定于支撑板（7）上的容器（12）中的磁化液体（13）中。容器（12）即一个凹入部分（12），该容器位于一个永久磁铁上面，或者在容器内的底部安装一块这种磁铁（14）。

7、纤维拉力测量装置，带有一个可相对于支撑板作弹性运动的纤维探测器;纤维探测器与支撑板之间的相对运动是通过纤维探测器上的行程测量来测定的;尤其根据权利要求4，本装置具有下述特征：纤维探测器（1）是一个由具有矩形或正方形横截面（图3）的方形空外壳（16）组成的平行弹簧，该平行弹簧与作用力方向（11）平行的侧面（22）同对称于弯曲面（21）并占外壳大部分长度的空隙（17）形成一个框架形状。此处，与外壳（16）的卡紧端（3）固定在一起的刚性测量杆（23）延伸到外壳（16）中。另外，外壳（16）的自由端（15）支承着导纱器（8），以及位于这一端内侧的行程测量装置（测量头19），该测量装置是与刚性测量杆（23）的自由端在一起的，以此来测定测量杆自由端和外壳自由端之间的相对运动。

8、根据权利要求7，该装置具有下述特征：伸入外壳（16）中的刚性测量杆（23）实际上一直延伸到自由端（15）处。

9、根据上述要求之一，该装置具有下述特征：可作弹性运动的纤维探测器与行程测量装置连接在一起，该行程测量装置由一个发射器（例如光辐射器）和一个接收器（例如光电二极管）组成。

10、根据权利要求9，该装置具有下述特征：行程测量装置是一个装有发射器和接收器的组合装置，该组合装置与一个反射器一起发挥作用。

11、根据权利要求10的装置，具有下述特征：反射器是一个反射棱镜。

12、根据权利要求11的装置，其中棱镜的角度不是90°。

13、根据权利要求12的装置，具有下述特征：组合装置与棱镜之间的相对距离是可调整的。

14、根据权利要求7到权利要求13之一的装置，具有下述特征：测量杆（23），特别是带有支撑夹持器（24）的测量头（19）与方形外壳（16）都是用相同材料制成的。

15、根据第7至第14条权利要求之一的装置，具有下述特征：方形外壳（16）的上，下侧面同样都有空隙（17）。

16、根据第7至第15条权利要求之一的装置，具有下述特征：方形外壳（16）的端部（15）支承着一个沿作用力方向（11）凸出的部分（9），即阻尼活塞（9）;该突出部分伸入容器（12）中的磁化液体（13）中，容器（12）固定在支撑板上，该容器位于磁铁上，特别是永久磁铁（14），或者在容器的内底部设置这种磁铁（14）。

17、根据上述权利要求之一，该装置具有下述特征：盛放磁化液体（13）的罐状容器（12）由非磁性材料制成。

18、根据上述权利要求之一，该装置具有下述特征：输出信号放大器显示出一条特性曲线，该特性曲线在可做弹性运动的纤维探测器的固有频率范围内上升。

19、纤维拉力测量装置，带有一个可作弹性运动的纤维探测器，在该探测器上，通过测量行程来测定纤维探测器与支撑板之间的相对运动;这样的纤维拉力测量机具有下述特征：一方面通过固定在支撑部分上的带有发射器和接收器的组合装置，另一方面通过固定在可作弹性运动的纤维探测器上的反射棱镜来测量行程。在这种棱镜上，棱镜角度稍微偏于90°。

20、根据权利要求19，本装置具有下述特征：组合装置与棱镜之间的距离是可调整的。

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