JP4411561B2 - テスト品における固体の割合を検出する方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、テスト品における固体の割合を検出する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
テスト品における固体の割合を検出するための例は、繊維組織における異物及び異種繊維の認識にある。その際、認識は、通常光学的な手段によって行なわれる。例えば異物及び異種繊維は、圧倒的な数の周知の場合に、純粋な繊維組織の反射特性とは相違したその反射特性により認識するようにする。それ故に繊維組織に光が作用させられる。その際、テスト品によって吸収される光及び／又は反射される光が検出される。受信された光の量の瞬時的及び局所的な偏差が、所望及び不所望な物質の求める割合に関する示唆を与える。
【０００３】
このような周知の方法及び装置の欠点は、例えばポリプロピレンフィルムのような無色、透明又は光を通す物質、又は木綿等のような繊維原料のパッキングの際に利用されるロープ又はひものような類似の色を有する物質を認識することができないという点にある。このことは、このようなポリプロピレンフィルム、ロープ及びひもの一部が原料と一緒に引続き加工されるので、これらが後に糸内に紡ぎ込まれるということになる。
【０００４】
この時、ポリプロピレン部分のような固体を糸に紡績されて認識することも可能である。その際、これらの物質又はポリプロピレン部分が、糸の構造を変え、かつ例えばとくに糸の区間における毛深さを変えるということを前提としている。このことは、直径の測定の際に、例えば糸の質量が変わり、又はここにおいてポリプロピレン部分が、毛深さの代わりに糸から突出しているので、毛深さが変わるということによって認識される。したがってこの場合、直径、質量又は毛深さの測定によってまさしく異物部分を検出することが試みられている。
【０００５】
直径又は毛深さの測定を介しての固体又は異物の割合のこの検出の欠点は、多くの異物が検出されないという点にある。このことは、主としてテスト品の表面に現われない場合である。このことは、固体及び異物の不所望な割合が弱い又は欠陥を含む最終製品を生じるということに通じる。しかしこのような製品は、後続の処理において困難を生じるということもあり、かつもはや支障ない最終製品を製造することを可能にしない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
それにしたがって特許請求の範囲に特徴付けられたような本発明の課題は、テスト品における固体の割合を透明な物質に対しても又はテスト品と類似の色を有する物質に対しても簡単かつ確実に検出することができる、前記のような方法及び装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このことは、次のようにして達成される。すなわち測定コンデンサにおいて電界を形成し、テスト品を電界内に置き、電界中で電気量即ち電圧、電流、電圧と電流の間の位相シフト、容量、容量変化、誘電率、相対誘電率、力率及び損失角を測定し、この測定から電界の誘電体特性を判定し、これらの電気量のうち２つの電気量の組合わせにより、誘電体特性に関係しかつテスト品の質量に無関係な特性値を形成し、この特性値と比較値との比較により、テスト品における固体の割合に関する表示を得る。
【０００８】
第１の可能性は、例えば電圧、電流、電圧と電流の間の位相シフト、及び場合によっては存在する比較抵抗のような測定量から、電気量として、テスト品によって引起こされる容量変化又は相対誘電率εｒを、少なくとも２つの周波数における交番電界中において判定し、かつそれにより特性値として商を形成することにある。
【０００９】
第２の可能性は、例えば電圧、電流、電圧と電流の間の位相シフト、及び場合によっては存在する比較抵抗のような測定量から、テスト品によって引起こされる容量変化の、したがってテスト品自体の力率ｃｏｓΦのような電気量を、特性値として判定することにある。
【００１０】
電気量から例えば商形成によって検出される特性値は、テスト品における固体の割合が一定であるかぎり、一定である。割合が変化すると、このことは、特性値の相応する変化によって表示される。一定の特性値からかつ変化する特性値から、比の形成によってテスト品における固体の絶対的な割合を検出することもできる。
【００１１】
装置は、テスト品の範囲に電界を形成するために配置された少なくとも１つの測定コンデンサ、電界に少なくとも１つの周波数を発生するためにここに接続された周波数発生器、電気測定量のためにここに接続された測定要素、及び電気量及び特性値を形成しかつ所定の値と特性値を比較する評価回路からなる。
【００１２】
テスト品を含まないコンデンサの基本容量を除外することができるようにするために、基準コンデンサを、同じ又は反転した信号源に接続して設けることができる。なるべく周波数発生器は、測定コンデンサ及び基準コンデンサとともにブリッジ回路を形成する。
【００１３】
電界の誘電体特性は、容量、誘電率、損失角及び力率を含む電気量のグループのうちの少なくとも１つの量によって表示される。
【００１４】
とくに本発明によって達成される利点は、それによりテスト品における固体の異なった種類の異物、組成又は割合を検出することができるという点にある。このことは、この時にある程度の物質が見えるか、見えないか、又はテスト品と類似の色のものであったとしても、内部に又は表面において起こる。方法を実施するために設けられた手段は、構成について簡単であり、かつ問題なく別のパラメータを測定することによって別の目的を追求する別の測定装置と組合わせることを可能にする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に本発明を例によりかつ添付の図面を引用して詳細に説明する。
【００１６】
図１は、例えば糸、粗糸、帯、フィラメント等のような長く延びかつ長手方向に移動するテスト品２のための測定コンデンサ１を有する本発明による装置の第１の構成を示している。測定コンデンサ１は、一方において抵抗３を介して周波数発生器４に、かつ他方においてアースに接続されている。測定コンデンサ１の出力端子５は、増幅器６を介して評価回路８の入力端子７に接続されている。同じ出力端子５は、抵抗３に対して並列に接続された演算増幅器１１の一方の入力端子９、及び抵抗３を介して他方の入力端子１０にも接続されている。演算増幅器１１の出力端子は、評価回路８のための別の入力端子１２を形成している。入力端子７及び１２は、評価回路８において電気量のためのそれ自体周知の測定要素１３、１４に接続されている。評価回路８は、出力端子１５を有する。
【００１７】
図２は、２つの軸１６及び１７を有するグラフ表示を示している。軸１６に沿って電界の周波数に対する値が置かれ、かつ軸１７に沿って同じ電界の相対誘電率εｒに対する値が置かれている。したがって曲線１８、１９及び２０は、６８％の湿気を含む木綿、４７％の湿気を含む木綿及びポリプロピレンからなるテスト品による電界に対する周波数の関数としての相対誘電率εｒを示している。ここにおいて曲線２０によるポリプロピレンに対する相対誘電率がかなりの程度まで周波数に無関係であるが、一方木綿に対する相対誘電率が曲線１８及び１９に示すように強力な周波数依存性を有することが認められる。湿気含有量の増加とともに、周波数依存性は増加する。測定コンデンサの容量変化は、誘電率に比例して変化するので、容量変化に対して、周波数の同じ相対依存性が当てはまる。しかし同時に容量変化は、テスト品の質量によっても影響を受ける。
【００１８】
図３は、２つの軸２１及び２２を有するグラフ表示を示している。軸２１に沿って電界の周波数に対する値が置かれ、かつ軸２２に沿って種々の材料に対するテスト品の力率ｃｏｓΦに対する値が置かれている。したがって曲線２３、２４及び２５は、テスト品として６８％の湿気を含む木綿、４７％の湿気を含む木綿及びポリプロピレンに対する周波数の関数としての力率ｃｏｓΦを示している。ポリプロピレンの力率は、かなりの程度まで周波数に無関係であるが、一方木綿の力率は、周波数にかなりの依存性を有する。ここでも木綿の湿気の増加とともに、依存性は増加する。それに反して測定コンデンサの容量変化の力率は、テスト品の質量に無関係である。
【００１９】
図４は、例えば糸、粗糸、帯、フィラメント等のような長く延びかつ長手方向に移動するテスト品３７のための２つのコンデンサ３５及び３６を有する本発明による装置の第２の構成を示している。測定コンデンサ３５、３６は、一方において抵抗３８、３９を介してアースに、かつ他方においてそれぞれ１つの周波数発生器４０、４１に接続されている。測定コンデンサ３６、３６は、線４２、４４及び４３、４５を介して評価ユニット４６に接続されており、この評価ユニットは、例えばプロセッサとして形成されており、かつ出力端子４７を有する。
【００２０】
図５は、測定コンデンサ５０、基準コンデンサ５１及び周波数発生器５２を備えた第３の構成を簡単な表示で示している。タップ５３は、コンデンサ５０と５１の間にあり、かつこれら両方に、それぞれ１つの反転又は非反転増幅器５４、５５が付属している。さらに評価回路５７が設けられており、この評価回路は、タップ５３及び線５６を介して接続されている。
【００２１】
図６は、測定コンデンサ６０、基準コンデンサ６１及び周波数発生器６２を有する第４の構成を簡単な表示で示している。タップ６３は、コンデンサ６０、６１の間にあり、かつこれら両方に、それぞれ１つの反転又は非反転増幅器６４、６５が付属している。ここでは別の周波数発生器６６も、周波数発生器６２に対して直列に接続されている。タップ６３は、２つの出力端子６８、６９を有する周波数を分離する要素６７に連通している。
【００２２】
本発明の動作は次のとおりである：
固体の割合を、例えば木綿糸又は木綿帯におけるポリプロピレンの割合を判定するために、テスト品は、したがって木綿糸又は木綿帯は、交番電界内に置かれ、この交番電界は、所定の周波数ｆ１の交流電流によって発生される。それにより電流、電圧及び位相角のような測定可能な値によってであるが所定の周波数によってもその誘電体特性が規定される交番電界が生じる。その際、誘電体特性は、とくに相対誘電率εｒ及び／又は力率ｃｏｓΦによって表現することができる。この過程は、別の周波数ｆ２、ｆ３等を有する別の交番電界内においても繰返され、かつその際、相対誘電率εｒ及び力率ｃｏｓΦに対して第２、第３等の異なった値も得られる。
【００２３】
例えば図２及び３に示すように、テスト品内に存在する物質に対して切離して、誘電体特性を表現する値が認識されると、それによりテスト品内における物質の割合が判定できる。そのために種々の可能性が存在する。
【００２４】
第１の可能性は、誘電体特性と材料量から、その中に通されたテスト品の結果として、測定コンデンサの容量の変化ΔＣを判定し、しかも測定コンデンサにおける測定電界の少なくとも２つの異なった周波数ｆ１、ｆ２、・・・において判定することにある。このことは、一方において図２からの値による計算によってポリプロピレン又は木綿のような純粋なテスト品に対して、かつ他方において実際のテスト品を含む測定コンデンサにおける誘電体特性の相応する値の測定によって行なわれる。テスト品が２つの物質からなることを前提とする場合、図２からの値によって、それぞれ１つの物質からなるテスト品を含む測定コンデンサの前記の容量変化が、単独で計算できる。それにより２つ又はそれ以上の周波数において、純粋なテスト品と実際のものとにおける測定コンデンサの容量変化を検出することができる。テスト品に対する種々の周波数における検出された容量変化から、特性値として商が検出でき、この商は、例えばポリプロピレンに対して理想的には＝１、木綿に対して＞又は＜１である。この時、この特性値は、テスト品の質量には無関係であり、かつ実際のテスト品に対して、基準値と比較することによって、継続的に監視することができる。偏差が現われると、テスト品における異物の割合が変化している。又は次に再現される式から、純粋なテスト品に対する特性値及び実際のテスト品に対する特性値により、実際のテスト品内における純粋なテスト品の割合が計量できる。
【００２５】
第２の可能性は、電界を特徴付ける電気測定量、電界内に挿入されたテスト品によって引起こされる力率ｃｏｓΦから、周知のように容量変化を判定することにある。しかしこの力率は、テスト品の質量には無関係であり、それ故に純粋なテスト品に対する力率及び実際のテスト品に対する力率を判定すれば十分である。両方の力率から、次に再現される式にしたがって特性値が判定でき、この特性値は、テスト品における１つの物質の割合に比例しており、かつこの特性値は、同様に監視することができる。
【００２６】
図１による装置において、測定コンデンサ１内におけるテスト品２は、周波数ｆ１を有する電界にさらされる。測定コンデンサ１は、周波数発生器４から抵抗３を介して相応する交流電流を供給されるので、測定コンデンサ１のギャップ内に、周波数ｆ１を有する交番電界が生じる。出力端子５において測定コンデンサ１に生じる電圧は、増幅器６において増幅され、かつ入力端子７に加えられるので、この電圧は、測定要素１４において計量され、かつ続いて評価回路８に供給される。抵抗３にわたって生じる電圧は、演算増幅器１１において増幅され、かつ入力端子１２を介して測定要素１３に供給され、ここにおいてこれは、同様に計量される。抵抗１３はわかっているので、評価回路８は、それにより抵抗３における電流も計算することができる。それによりかつ測定コンデンサ１に対してわかっている固定の量から、テスト品によって引起こされる測定コンデンサ１の容量変化が、それ自体周知の法則にしたがって検出できる。加えて電流と電圧との間の位相差の測定によって、力率ｃｏｓΦが判定される。容量変化の力率ｃｏｓΦに対する値は、測定コンデンサ１内のテスト品２の質量には無関係である。この容量変化は、測定要素１３、１４からの値及び別の固定の入力によって評価回路８において検出される。評価回路８は、電気回路として又は計算機として形成することができ、この計算機は、測定値及び入力をデジタル処理する。出力端子１５を介して、評価回路は信号を供給し、この信号は、テスト品における別の固体の存在、又は１つの物質の変化する割合を表示する。このような信号は、評価回路８によって継続的に出力することができ、ここにおいて平均値になるように処理することができ、かつこのような平均値又は別の基準値と比較することができる。この時、目立った偏差は、テスト品の組成の変化を示唆している。
【００２７】
テスト品２における固体の割合の計量のために、テスト品２を形成する物質が、既知であることを前提としている。例えばテスト品２は、４７％の湿気を含む木綿と場合によってはポリプロピレンからなるものとする。図３から、任意の周波数ｆ１、ｆ２におけるこれらの物質に対する力率を読取ることができる。両方の物質の割合が合計でテスト品の質量の１００％であるものと仮定して、第１の物質の割合は、次の式（１）及び（２）にしたがって検出することができる。
【００２８】
図４による装置において、テスト品は、順に２つの測定コンデンサ３５、３６を通って動かされ、これらの測定コンデンサは、周波数発生器４０、４１から供給される交流電圧によって発生されるような異なった周波数ｆ１、ｆ２の電界を発生する。評価ユニット４６は、線４２ないし４５を介して、それにより２つの異なった周波数における電流及び電圧に対する値を並列に受取る。それにより容量変化、及びそれにより再び特性値が計算できる。そのために評価回路４６内に、図２に示されたようなすべて後が、テーブルとして記憶されている。したがってテスト品における第１の物質の割合は次の式から得られる：
【００２９】
【数１】

【００３０】
第２の物質の割合は次の式から得られる：
【００３１】
【数２】

【００３２】
その際、値Ｆ１及びＦ２は、第１の周波数ｆ１における及び第２の周波数ｆ２における木綿とポリプロピレンの相対誘電率の比である。係数Ｆ１及びＦ２は、それ故に例えば図２からの値２６／２８及び２７／２９の商形成によって得られる。Ａは、実際のテスト品に対する測定コンデンサにおける容量変化の商、又はすでに述べた特性値に相当する。
【００３３】
図５による装置において、周波数発生器５２において、両方の増幅器５４、５５に供給されかつここから両方のコンデンサ５０、５１に加えられる１つの周波数を有する交流電圧が発生される。例えば増幅器５５において、信号の遅延により１８０゜だけの位相シフトが発生されるので、コンデンサ５０、５１にそれぞれ互いに相殺する信号７０、７１が加えられる。少なくとも測定コンデンサ５０内にテスト品が存在しないとき、タップ５３において電圧はゼロである。空のコンデンサのすべての影響は中立にされる。タップ５３における信号は、測定コンデンサ５０内にテスト品が挿入されるとすぐに変化する。信号の位相角のｃｏｓは、測定コンデンサ５０内におけるテスト品の力率ｃｏｓΦに対して逆であり、かつテスト品の量に無関係である。力率から加えられた交流電圧の周波数に対する図３からの値による簡単な混合計算により、テスト品における両方の物質の混合比が検出できる。このことは、評価回路５７において行なわれ、この評価回路は、線５６を介して、周波数発生器５２の増幅されないかつコンデンサ５０及び５１によって影響を受けない信号の位相角に関する表示も受取る。
【００３４】
図６による装置において、過程は、図５による装置におけるものと同じであるが、ただし両方の周波数発生器６２、６６から２つの重畳された周波数を有する１つの信号が、コンデンサ６０、６１に加えられ、この信号が、要素６７においてその両方の周波数に分解されるという相違点を有する。図４による装置についてわかっているように、テスト品における両方の成分の比が検出できる。図５による構成のように、この構成は、図４による構成に対して、ブリッジ回路の方式により空のコンデンサの影響が補償されるという利点を有する。空の測定コンデンサにおいて信号電圧はゼロであり、かつこの信号電圧は、テスト品の誘電体特性及びその量とともに比例して変化する。
【００３５】
この方法により、テスト品における固体の割合が検出できるので、測定のための１つの物質における水のような非固体の割合が一定であることが、前提である。例えば木綿における湿気は、測定の前にわかっており、かつ一定でなければならない。いずれにせよ原料の処理の際のほとんどの過程は、空調された空間内において行なわれるので、このことは、繊維工業において当てはまる。
【００３６】
テスト品における異物の及びその割合の容量的な認識は、例えば均一性、質量等のようなその他のパラメータのそれ自体周知の測定と組合わせることができる。なぜなら信号は、このようなパラメータの測定のため、及び異物の割合の認識のために利用することができるからである。異物の割合は、前記のように、複数の周波数における容量の計算により、または１つだけの周波数における力率の計算により検出することができる。しかしこのことを複数の周波数に対する力率の計算を介して行なうことも考えることができる。適当な周波数は、例えば１０ｋＨｚないし１００ｋＨｚ及び１０ＭＨｚである。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の装置の概略的かつ簡単化した表示である。
【図２】物理的な関係のグラフ表示である。
【図３】物理的な関係のグラフ表示である。
【図４】本発明による装置の別の構成を示す図である。
【図５】本発明による装置の別の構成を示す図である。
【図６】本発明による装置の別の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 測定コンデンサ
２ テスト品
４ 周波数発生器
８ 評価回路
１３ 測定要素
１４ 測定要素
５０ 測定コンデンサ
５１ 基準コンデンサ
６２ 周波数発生器
６６ 周波数発生器

Claims (11)

1. 長く延びかつ長手方向に移動するテスト品（２）において固体の占める割合を検出する方法において、測定コンデンサ（１）において電界を形成し、テスト品を電界内に置き、電界中で電気量即ち電圧、電流、電圧と電流の間の位相シフト、容量、容量変化、誘電率、相対誘電率、力率及び損失角を測定し、この測定から電界の誘電体特性を判定し、これらの電気量のうち２つの電気量の組合わせにより、誘電体特性に関係しかつテスト品の質量に無関係な特性値を形成し、この特性値と比較値との比較により、テスト品における固体の割合に関する表示を得ることを特徴とする方法。
2. 第１の周波数及び第２の周波数によって電界を駆動し、第１及び第２の周波数において測定された誘電体特性に対する値から固体の割合を検出することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 電界中で１つの周波数において、特性値として力率が判定されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. テスト品が糸、粗糸、帯又はフィラメントであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
5. 第１の周波数を有する電界及び第２の周波数を有する電界から、それぞれ１つの測定値を取得し、両方の測定値を、所定の値と比較される信号に関連付けることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
6. 測定値として、電流、電圧及び位相角を測定し、かつそれにより誘電体特性を判定することを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. テスト品（２）の範囲に電界を形成する測定コンデンサ（１）、１つの周波数を有する少なくとも１つの電界を発生する周波数発生器（４）、電気測定量のため周波数発生器（４）に接続された測定要素（１３，１４）、及び測定要素（１３，１４）に接続された特性値を形成する評価回路（８）を有し、評価回路（８）が、電界の２つの電気量即ち電圧、電流、電圧と電流の間の位相シフト、容量、容量変化、誘電率、相対誘電率、力率及び損失角の組合わせにより、誘電体特性に関係しかつテスト品の質量に無関係な特性値を形成し、この特性値と比較値との比較によりテスト品において固体の示す割合に関する表示を行うことを特徴とする、請求項１に記載の方法を実施する装置。
8. 測定コンデンサ（５０）の他に基準コンデンサ（５１）が設けられていることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
9. ２つの周波数発生器（６２，６６）が設けられていることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
10. 互いに重畳される２つの周波数を有する電界を発生するために、２つの周波数発生器が直列に接続されていることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
11. 測定コンデンサ（５０）と基準コンデンサ（５１）が、ブリッジ回路の一部であることを特徴とする、請求項８に記載の装置。

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