DE3215182C2

DE3215182C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines elektrostatisch wirkenden Fadenlaufwächters

Info

Publication number: DE3215182C2
Application number: DE19823215182
Authority: DE
Inventors: Peter Dr.-Ing. Wettswil Aemmer
Original assignee: Zellweger Uster AG
Current assignee: Zellweger Uster AG
Priority date: 1981-09-15
Filing date: 1982-04-23
Publication date: 1985-02-07
Also published as: CH652108A5; JPS5847769A; DE3215182A1; JPS641388B2

Abstract

Hochempfindliche Fadenwächter, die auf der Basis elektrostatischer Phänomene arbeiten, können in bestimmten Anwendungsfällen eine beträchtliche Störanfälligkeit gegenüber Einstreuung von Netzbrumm aufweisen. Es wird vorgeschlagen, das von einer Brummspannung (U ↓B) überlagerte Meßsignal (U ↓S) an den Abtast-Eingang einer "sample + hold"-Schaltstufe zu legen, und deren Steuer-Eingang mit einem monostabilen Multivibrator zu verbinden, der von der Netzspannung bzw. vom Netzgleichrichter zur Abgabe von zur Netzfrequenz synchronen rechteckförmigen Impulsen angeregt wird. Dabei wird in der "sample + hold"-Schaltstufe das vom laufenden Faden hervorgerufene rauschartige und von Brummeinstreuungen gestörte Signal (U ↓M) synchron mit der Netzfrequenz abgetastet und der jeweilige Abtastwert bis zum nächsten Abtastwert gespeichert, so daß ein "treppenförmiges" Ausgangssignal (U ↓A) entsteht. Die eingestreute Brummspannung (U ↓B) erzeugt dabei eine Gleichspannung, das rausch artige Meßsignal dagegen eine treppenförmige Wechselspannung. Mittels eines Hochpasses kann die von der Brumm einstreuung entstandene Gleichspannung von der Wechselspannung abgeblockt werden, womit die störende Wirkung der Brummeinstreuung eliminiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines elektrostatisch wirkenden Fadenlaufwächters nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung desselben.

Im Zuge der zunehmenden Verbreitung der Behandlung von Fäden mit Antistatik-Zusätzen wird die Forderung gestellt, daß elektrostatisch wirkende Fadenwächter auch zur Überwachung antistatischer Fäden einsetzbar sind. Messungen und praktische Erfahrungen haben gezeigt, daß solche Fadenwächter tatsächlich auch noch mit schlecht leitenden Fäden funktionieren. Zwar ist das vom Fadenlauf erzeugte rauschartige Signal schwächer, wenn ein Faden mit Antistatika behandelt ist, aber es ist trotzdem in den praktisch vorkommenden Fällen genügend stark, um sich deutlich vom Eigenrauschen der vordersten Verstärkerstufe abzuheben.

Aus der DE-OS 26 23 701 ist ein Verfahren zum Erfassen von Garnfehlern, bei welchem der Garnquerschnitt mittels geeigneter Fühlorgane laufend abgetastet und in ein entsprechendes elektrisches Signal umgeformt wird, bekannt.

Bei antistatisch behandelten Fäden ergeben sich bezüglich der Auswertung des elektrischen Signals Probleme, da die Amplitude des gewonnenen Signals in diesem Fall verglichen mit eingestreuten Störspannungen klein ist. Diese Problematik wird in der DE-OS 23 701 nicht angesprochen.

Die Störspannungen bestehen im wesentlichen aus Grundwelle und Oberwellen der Netzfrequenz. Diese Störspannungen können mit einem üblichen Sperrkreis, der eine effektive Verbesserung des Störabstandes von höchstens 10—20 dB erbringt, nicht beseitig werden.
Für eine höhere Störunterdrückung müßten mehrere Sperrkreise vorgesehen werden, von denen jeder auf eine einzelne Oberwelle abzustimmen wäre. Damit würde aber der schaltungsmäßige Aufwand in einer nicht tragbaren Weise ansteigen.
Aus der DE-OS 29 47 776 ist es im Zusammenhang mit der Aufnahme und der Auswertung biologischer Signale bekannt, unerwünschte Störspannungsanteile im Nutzsignal durch Synchronisation mit der Störquelle zu beseitigen.

Ferner ist es aus der DE-OS 30 05 537 bekannt, »sampie + hold«-Schaltstufen zur Signalabtastung im Zusammenhang mit Entstörproblemen zu verwenden.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe be-" steht darin, ein Verfahren zum Betrieb eines elektrostatisch wirkenden Fadtnlaufwächters derart auszugestalten, daß sowohl antistatisch behandelte, als auch verhältnismäßig gut leitende Fäden überwacht werden können, daß die Auswirkungen elektrostatischer Störfelder, deren Ursache in erster Linie die Einstreuung von Netzbrumm ist, vollständig eliminiert werden können und daß die Anordnung bei geringem schaltungsmäßigem Aufwand und wirtschaftlicher Fertigungsmöglichkeit realisiert werden kann.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen.

Für die Erfindung ist es demgemäß wesentlich, anstelle der Verwendung aufwendiger Filter das Mischsignal in ganz spezieller Weise abzutasten, wobei durch diese Abtastung Nelzbrummen und Harmonische davon in einen bei der Auswertung nicht mehr zu beachtenden Gleichspannungsantcil überführt werden. Dies hat seine Ursache darin, daß die Momentanwertc des Störsignals zu jedem Abtastzeitpunkt gleich sind. Zur Auswertung muß dann nur noch der Amplitudenverlauf des durch die Abtastung erhaltenen Signals überprüft werden.

Eine bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens ist im Anspruch 2 angegeben. Für diese Vorrichtung wird ausschließlich im Zusammenhang mit dem Verfahrensanspruch Schutz be-

ansprucht.

Ein Vorteil dieser Vorrichtung liegt in der durch Verwendung eines als IC erhältlichen »sample + holdw-Schaltkreises erzielbaren kostengünstigen Ausführung. Ferner entfallen alle Probleme bezüglich Stabilität und Präzision von Filterkomponenten.

Die Erfindung eignet sich sowohl für Meßorgane, die mit berührungslosen Signalaufnehmern ausgerüstet sind, als auch für solche, bei denen das Meßsignal durch Berührung des Fadens mit dem Signalaufnehmer gewonnen wird.

Anhand der Beschreibung und der Figuren wird die Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 den in einem Fadcnlaufwächter benötigten Signalpfad;

bo F i g. 2 als Blockschcma die prinzipielle Auslegung des Fadenlaufwächters mit Brummspannungsunterdrückung;

Fig. 3a —c graphische Darstellungen von Kingangsund Ausgangssignalen.

Der in F i g. I schematisch gezeigte Fadenlaufwächtcr enthält eine Eingangsslufc 13, in der ein Faden 10 an einer Elektrode U vorbeibewegt wird. Die auf dem Faden 10 — der beispielsweise ein Chemiefaserkabcl mit

antistatischer Behandlung sein kann — stochastisch verteilten elektrostatischen Ladungen erzeugen auf der Elektrode 11 durch Influenzwirkung eine Signalspannung Us, die ihrem Verlauf nach auch als P.auschspannung bezeichnet werden kann.

Auf der Elektrode 11 entsteht im gestörten Fall zusätzlich zum rauschartigen Nutzsignal t/.s-eine Brummspannung Ub, entweder über den als Antenne wirkenden Faden 10, oder durch direkte Einstreuung aus der Umgebung. Die durch Influenz oder Einstreuung an der Elektrode 11 auftretenden Spannungen gelangen an einen Verstärker 12 und verlassen diesen als verstärktes Mischsignal Uu. Da die Signalspannung Us bei empfindlichen Systemen amplitudenmäßig in der gleichen Größenordnung oder aber auch wesentlich kleiner als die Brummspannung Ub sein kann, muß die Wirkung dieser Brummspannung unterdrückt werden, wenn aufgrund dei Signalspannung Us ein Kriterium darüber gefällt werden soll, ob der Faden 10 läuft oder ob tr stillsteht bzw. gar nicht vorbanden ist.

Zu diesem Zweck wird das verstärkte Mischsignal Um einer »sample + hold«-Schaltstufe 15 zugeführt, die mit dem Ausgang einer von der Netzfrequenz synchron angestoßenen Schaltstufe 16 angesteuert wird. Am Ausgang der »sample + hold«-Schaltstufe 15 erzeugt die Brummspannungskomponente Ub des Mischsignals Um eine Gleichspannung, die rauschartige Signalspannung Us infolge ihres mit der Brummspannung unkorrelierten Charakters hingegen eine treppenförmig verlaufende Wechselspannung. Der Effektivwert dieser Wechselspannung ist annähernd proportional zum Effektivwert der Signalspannung Us, obwohl der zeitliche Verlauf der Momentanwerte dieser beiden Spannungen infolge der »sample + hold«-Funktion markant verschieden ist. Die in eine Gleichspannung transformierte Brummslö- js rung kann sich im Gegensatz zur treppenförmigen Wechselspannung nicht über den Hochpaß 19 fortpflanzen. Damit ist die Wirkung von Brummeinstreuungen vollständig unterdrückt.

F i g. 2 xcigt ein mehr detailliertes Schema einer mögliehen Ausführung eines Fadcnlaufwächters mit Brunimunierdrückung. Die vom Faden 10 beeinflußte Eingangsstufc 13 gibt das verstärkte Mischsignal Um vom Verstärker 12 an den Abtast-Eingang 151 der »sample + holdw-Schaltslufe 15. Von der Gleichrichterstufe 17, die für die Stromversorgung des Fadenwächters eingesetzt ist, wird eine gegen Masse unsymmetrische Teilspannung mit Netzfrequenz und allfälligen Oberwellen derart an einen monostabilen Multivibrator 18 gelegt, daß dieser im Takt der Netzfrequenz kurze rechteckförmige Impulse an den Steuereingang 152 der »sample + holdw-Schaltstufe 15 abgibt. In dieser »sample + holdw-Schaltstufe wird das vom Fadenlauf hervorgerufene rauschartige Signal Us synchron mit der Netzfrequenz abgetastet, der jeweilige Abiastwert bis zum Eintreffen des nächsten Abtastwertes gespeichert und ein Ausgangssignal 153 erzeugt, das sich durch einen »treppenförmigen« Verlauf Ua auszeichnet.

In Fig.3 sind noch zur Verdeutlichung drei Signaldiagramme dargestellt.

a) bedeutet das Mischsignal Um am Abtast-Eingang 151 der »sample + hold«-Schallstufc 15,

b) das Schaltsignal am Sleuereingang 152 der »sample + hold«-Schaltsuile, während t^r,

c) das Ausgangssignal U,\ darstellt.

bereits bekannten Maßnahmen erhebliche Vorteile, nämlich die vollständige Eliminierung der Wirkung von eingestreutem Brumm (inklusive Oberwellen), ferner entfallen alle Probleme mit Präzision und Stabilität von Filterkomponenten; die Vorrichtung ist ohne Umschaltungen oder andere Anpassungen für 50 Hz und 60 Hz einsetzbar, und außerdem kann durch Verwendung eines als IC erhältlichen »sample + hokk-Schahkreises eine kostengünstige Ausführung erzielt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Das crfindungsgcmäßc Verfahren bietet gegenüber

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betrieb eines elektrostatisch wirkenden Fadenlaufwächters, bei dem ein durch das Vorbeilaufen eines Fadens an einer Elektrode erzeugtes, aus Nutzsignal und periodischer Brummspannung bestehendes Mischsignal ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischsignal (Um) periodisch abgetastet wird, daß der zeitliche Abstand der Abtastungen gleich der Periodendauer der Brummspannung (Ub) gewählt wird, und daß das durch die Abtastfolge erhaltene Signal in Abhängigkeit vom Amplitudenverlauf ausgewertet wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprach 1. bestehend aus einem elektrostatischen Fadenlaufwächter mit nachgeschalteter Auswerteeinheit, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit eine »sample+hold«-Schaltstufe (15) umfaßt, das das Mischsignal (Um) an den Abtasteingang (151) der »sample + hold«-SchaItstufe (15) gelegt ist, daß an deren Steuereingang (152) eine von der Netzspannung abgeleitete rechteckförmige Impulsspannung (Ur) mit gleicher Grundfrequenz wie diejenige der Brummspannung (Ub) anliegt, und daß dem Ausgang (153) der »sample + hold«-Schaltstufe (15) ein Hochpaß (19) zur Gleichspannungsunterdrückung nachgeschaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuereingang (152) der »sample + hold«-Schaltstufe (15) mit dem Ausgang einer Triggerstufe (18) verbunden ist, und daß die Triggersture (18) im Takt der Frequenz der Brummspannung (Ub) zur Impulsabgabe anregbar ist.