UA52230A

UA52230A - Thread tension sensor

Info

Publication number: UA52230A
Application number: UA2002032249A
Authority: UA
Inventors: Ігор Євгенович Марончук; Игорь Евгеньевич Марончук; Євген Валентинович Данилець; Олександр Дмитрович Кучерук; Яна Вікторівна Славінська; Дмитро Миколайович Коленчук; Дмитрий Николаевич Коленчук; Андрій Генадійович Домбровський; Андрей Геннадьевич Домбровский
Original assignee: Херсонський Державний Технічний Університет; Херсонский Государственный Технический Университет
Priority date: 2002-03-21
Filing date: 2002-03-21
Publication date: 2002-12-16

Abstract

The proposed thread tension sensor contains an optical radiation source, an optical element, a photoreceiver that is sensitive to the thread position, and an output relay with contacts. As the optical radiation source, a semiconductor laser is used. As the optical element, a concave lens is used. The photoreceiver is constructed on the basis of the epitaxial structure GaAs:Si with lateral photoelectric effect.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід відноситься до вимірювальної техніки, зокрема, до сенсорів, за допомогою яких здійснюється 2 вимірювання натягу ниток, і може бути застосований у ткацькому виробництві.The invention relates to measuring equipment, in particular, to sensors, which are used to measure thread tension, and can be used in weaving production.

Відома конструкція сенсора для вимірювання натягу нитки у ткацькому виробництві (патент СШАA known design of a sensor for measuring thread tension in weaving production (US patent

Мо5,666,998), який складається з сигнального генератора, направляючої нитки та пружного корпусу. В цій конструкції сенсора направляюча нитки торкається рухомої нитки, що викликає нагрів сенсору і нитки, який негативно впливає на її якість. 70 Таким чином, головним недоліком даної конструкції є нагрівання сенсору від тертя, що призводить до похибок результатів вимірювання, а також до його руйнування й ненадійності роботи сенсора в цілому.Mo5,666,998), which consists of a signal generator, a guide thread and an elastic body. In this sensor design, the thread guide touches the moving thread, which causes heating of the sensor and the thread, which negatively affects its quality. 70 Thus, the main drawback of this design is the heating of the sensor from friction, which leads to errors in the measurement results, as well as to its destruction and unreliability of the sensor as a whole.

Найбільш близьким по суті до замовленого є технічне рішення, яке опубліковане в книзі Г. Віглеба "Датчики", 1989, ст.144 - 145, що складається з джерела випромінювання у вигляді світло діоду, опуклої лінзи в якості оптичного елемента та кремнієвого позиційно-ч-утливого фотоприймача (ПЧФ) з вихідними контактами. 12 Цей пристрій може вимірювати параметри вібрацій будь-якого механізму. Світло діод жорстко прикріплюють до об'єкту, вібрацію якого треба виміряти. Випромінювання світло діода фокусується опуклою лінзою на ПЧФ. Під дією вібрації світло діод змінює положення точки фокуса на робочій поверхні ПЧФ. Таким чином, на виході ПЧФ маємо електричну напругу, яка відповідає амплітуді і частоті вібрацій об'єкта. Це технічне рішення прийняте за прототип.The closest in essence to the ordered one is the technical solution published in G. Vigleb's book "Sensors", 1989, articles 144 - 145, which consists of a radiation source in the form of a light diode, a convex lens as an optical element and a silicon positional - light photodetector (PCF) with output contacts. 12 This device can measure the vibration parameters of any mechanism. The light diode is rigidly attached to the object whose vibration is to be measured. The light emitted by the diode is focused by a convex lens on the PCF. Under the influence of vibration, the light diode changes the position of the focal point on the working surface of the PCF. Thus, at the output of the PFC, we have an electric voltage that corresponds to the amplitude and frequency of the object's vibrations. This technical solution is accepted as a prototype.

Проте, така конструкція сенсора забезпечує дослідження об'єкту, а саме вимірювання напруги натягу нитки, по її вібрації, тільки в статичному стані і тільки діаметром не менше 1їммHowever, such a design of the sensor ensures the study of the object, namely the measurement of the tension of the thread, according to its vibration, only in a static state and only with a diameter of at least 1mm

Таким чином, основним недоліком прототипу є обмеження сфери використання сенсора для вимірювання об'єктів з малими лінійними розмірами, а також непридатність використання прототипу для вимірювання вібрацій інших рухомих об'єктів. 29 В основу винаходу поставлена задача створення сенсору по визначенню натягу нитки, конструкційні « особливості якого забезпечували б можливість розширення сфери його використання за рахунок можливості вимірювання рухомої нитки різної товщини.Thus, the main drawback of the prototype is the limitation of the scope of use of the sensor for measuring objects with small linear dimensions, as well as the unsuitability of using the prototype for measuring vibrations of other moving objects. 29 The invention is based on the task of creating a sensor for determining thread tension, the structural features of which would provide the possibility of expanding the scope of its use due to the possibility of measuring a moving thread of different thickness.

Це досягається тим, що в пристрої, що складається з джерела випромінювання, оптичного елемента, позиційно-чутливого фотоприймача з вихідними контактами, в якості джерела випромінювання використовується о напівпровідниковий лазер, оптичним елементом є вогнута лінза, а позиційно--утливий фотоприймач се виготовлений на основі епітаксійних структур СаАв : Зі з поперечним фотоефектом.This is achieved by the fact that in the device consisting of a radiation source, an optical element, a position-sensitive photoreceiver with output contacts, a semiconductor laser is used as a radiation source, the optical element is a concave lens, and the position-sensitive photoreceiver is made on the basis of of epitaxial structures САв: Z with a transverse photoeffect.

На відміну від прототипу, в якому, в силу його конструкційних особливостей, вимірювання натягу нитки по сч її вібрації, здійснювалось у жорсткому контакті світло діоду з ниткою, що обмежувало його вимірювальні су можливості, згідно винаходу, за рахунок розсіювання лазерного променя вогнутою лінзою, відбувається повне освітлення робочої поверхні ПЧФ на основі епітаксійних структур СаАв : 5і, який має підвищену крутизну. оIn contrast to the prototype, in which, due to its design features, the measurement of thread tension by its vibration was carried out in rigid contact with the light of the diode and the thread, which limited its measuring capabilities, according to the invention, due to the scattering of the laser beam by a concave lens, occurs full illumination of the working surface of the PCF based on the epitaxial structures of Сав: 5и, which has an increased steepness. at

З'являється можливість розміщення нитки між вогнутою лінзою та ПЧФ, без контакту з ними, для утворення вібруючої тіньової області на робочій поверхні ПЧФ. Таким чином, розширення сфери використання здійснюється за рахунок появи тіньового неконтактного освітлення робочої поверхні ПЧФ, що забезпечує « можливість вимірювання натягу як статичної, так і рухомої нитки різної товщині. З 50 Суть винаходу поясняється кресленням, /див. фіг./, на якому показано загальний вигляд конструкції сенсору. с Пристрій складається з напівпровідникового лазеру 1, ПЧФ на основі епітаксійних структур СаАз : 512 зIt is possible to place the thread between the concave lens and the PCF, without contact with them, for the formation of a vibrating shadow area on the working surface of the PCF. Thus, the scope of use is expanded due to the appearance of non-contact shadow lighting of the PCF working surface, which provides the possibility of measuring the tension of both static and moving threads of different thicknesses. With 50 The essence of the invention is explained by a drawing, / see Fig./, which shows the general view of the sensor design. с The device consists of a semiconductor laser 1, a PFC based on epitaxial structures CaАz: 512 с

Із» вихідними контактами З і розміщеною між ними вогнутою лінзою 4. До вихідних контактів ПЧФ підключають вимірювальний пристрій (на фігурі не показаний).With" output contacts З and a concave lens 4 placed between them. A measuring device (not shown in the figure) is connected to the output contacts of the PCB.

Сенсор працює наступним чином.The sensor works as follows.

Промінь з лазера 1 подають на ПЧФ 2. Для того, щоб вся поверхня ПЧФ була рівномірно освітлена, між ними і-й розміщують розсіючу лінзу 4. На вихідних контактах З ПЧФ відсутня електрична напруга. При розташуванні ка рухомої чи нерухомої нитки 5 між вогнутою лінзою 4 і ПЧФ 2, на його робочій поверхні створюється тіньова зона 6, яка зумовлює неоднорідність освітлення робочої поверхні ПЧФ. Це викликає появу електричної напруги на о виходах ПЧФ. При переміщенні нитки вздовж робочої поверхні ПЧФ рухається також і тіньова зона, яка сприяє со 20 зміні вихідної напруги ПЧФ. Це призводить до появи змінної напруги на виходах ПЧФ, яка пропорційна частоті та амплітуді коливань нитки. По частоті і амплітуді коливань, а також довжині нитки та її густині визначається с натяг нитки.The beam from laser 1 is fed to the PCB 2. In order for the entire surface of the PCB to be uniformly illuminated, a diffusing lens 4 is placed between them. There is no electrical voltage on the output contacts of the PCB. When the moving or stationary thread 5 is placed between the concave lens 4 and the PCF 2, a shadow zone 6 is created on its working surface, which causes the inhomogeneity of illumination of the PCF working surface. This causes the appearance of electrical voltage at the outputs of the PFC. When the thread is moved along the working surface of the PFC, the shadow zone also moves, which contributes to the change in the output voltage of the PFC. This leads to the appearance of an alternating voltage at the outputs of the PFC, which is proportional to the frequency and amplitude of the thread oscillations. The tension of the thread is determined by the frequency and amplitude of oscillations, as well as the length of the thread and its density.

Таким чином, запропонований сенсор конструктивно простий, надійний в експлуатації, ії може мати широке промислове використання в текстильному виробництві, а саме, для визначення натягу нитки при перемотуванні 29 ниткоподібного матеріалу.Thus, the proposed sensor is structurally simple, reliable in operation, and can have wide industrial use in textile production, namely, to determine the thread tension when rewinding 29 filamentous material.

РR

Claims

The formula of the invention

60 The thread tension detection sensor consisting of a radiation source, an optical element, a position-sensitive photoreceptor with output contacts, which is characterized by the fact that the sensor is equipped with a semiconductor laser as a radiation source, the optical element is a concave lens, and a position-sensitive photoreceptor made on the basis of epitaxial structures CaAv:5ZiI with a transverse photoeffect.

b5

Official bulletin "Industrial Property". Book 1 "Inventions, useful models, topographies of integrated microcircuits", 2002, M 12, 15.12.2002. State Department of Intellectual Property of the Ministry of Education and Science of Ukraine.

" "c) so s s IS c) shi s ;"

1 name) name) at 50 (42)

60 b5