專利名稱：用于測量束狀連續(xù)纖維組的特定長度的質(zhì)量和/或水分的紡織機(jī)械裝置以及紡織機(jī)械的制作方法
用于測量束狀連續(xù)纖維組的特定長度的質(zhì)量和/或水分的紡織機(jī)械裝
置以及紡織機(jī)械
本發(fā)明涉及一種用以測量移動(dòng)束狀纖維組(skein-like fibre batch)的 每單位長度的質(zhì)量和/或水分的裝置。依據(jù)本發(fā)明的裝置特別地為紡紗制備 機(jī)械例如并條機(jī)、梳毛機(jī)或精梳機(jī)而設(shè)計(jì)，或?yàn)榧徔棌S中的機(jī)器比如紡紗 機(jī)或絡(luò)紗機(jī)而設(shè)計(jì)。它包括微波諧振器，該微波諧振器包括能讓纖維組穿 過的測量室以及確定微波諧振器的諧振頻率和/或質(zhì)量因子(Q-factor)的 設(shè)備。
另夕卜，本發(fā)明涉及紡織機(jī)械，特別是紡紗制備機(jī)械，比如并條機(jī)、梳 毛機(jī)或精梳機(jī)，或是紡織廠中的機(jī)器，比如紡紗機(jī)或絡(luò)紗機(jī)。
紡織機(jī)械的操作經(jīng)常需要測量束狀移動(dòng)纖維組的每單位長度的質(zhì)量。 術(shù)語"束狀纖維組"這里指比如纖維梳條、紗線或合股線。每單位長度的質(zhì) 量是指每單位長度中包含的纖維組的質(zhì)量。由測量該參數(shù)得到的結(jié)果特別 地被用于控制特定的紡織機(jī)械。另外，這樣的測量結(jié)果能被用于評估所生 產(chǎn)的纖維組的質(zhì)量。
由于下一代紡織機(jī)械的要求，特別是由于被計(jì)劃的增加的工作速度， 迄今，主要使用來確定移動(dòng)纖維組的每單位長度的質(zhì)量的機(jī)械檢測裝置將 不再勝任。
另 一方面，微波的應(yīng)用代表了用于測量每單位長度的纖維組質(zhì)量的新 方法。這涉及連續(xù)使待測量的纖維組通過微波諧振器中的測量室。由于紡 織纖維組的介電性質(zhì)與周圍空氣的介電性質(zhì)不同，纖維組穿過的微波諧振 器的通道影響諧振頻率和諧振器的質(zhì)量因子。
將由微波發(fā)生器產(chǎn)生的具有變化的頻率的微波信號(hào)耦合進(jìn)微波諧振 器是一種用于確定微波諧振器的諧振頻率及質(zhì)量因子的已知方法。這一般地涉及連續(xù)地或是以指定的步驟在整個(gè)預(yù)先指定的頻率范圍內(nèi)移動(dòng)；對于
被耦合進(jìn)諧振器的微波信號(hào)的每個(gè)頻率，微波諧振器中所產(chǎn)生的振蕩的振
幅-故確定。
以此種方法記錄的諧振曲線允許確定微波諧振器的諧振頻率(即振幅 為最大值時(shí)的頻率)和質(zhì)量因子。本過程的第一步是由諧振曲線確定微波
諧振器的帶寬。隨后的規(guī)則應(yīng)用于此帶寬為振幅大于或等于最大振幅的 1/^的諧振曲線的區(qū)域。然后質(zhì)量因子可容易地通過用諧振頻率除以帶寬 而確定。
當(dāng)制造和/或處理紡織纖維組時(shí)，纖維組的干燥質(zhì)量，即物質(zhì)本身最具 重要性。然而，特別地當(dāng)纖維組包含自然纖維比如棉花時(shí)，纖維組趨于吸 收水分。干燥質(zhì)量和水分都影響微波諧振器的諧振頻率以及質(zhì)量因子。然 而，由于它們以不同的方式影響，微波諧振器的諧振頻率和質(zhì)量因子的測 量可被用于確定纖維組的干燥質(zhì)量以及它的水分含量(moisture content )。 為清楚起見，應(yīng)注意，此處所用的術(shù)語"每單位長度的質(zhì)量"指的是每單位 長度干燥材料的絕對質(zhì)量，而術(shù)語"水分"指的是從每單位長度的纖維組觀 測到的水的絕對質(zhì)量。
在已知的方法中，測量時(shí)間至少與通過整個(gè)先前指定的頻率范圍所需 的時(shí)間相等。但是，不可能以不受限制的速度通過頻率范圍，因?yàn)槲⒉ㄖC 振器的振幅僅在振蕩的頻率改變之后經(jīng)過一段固定時(shí)間時(shí)采用其終值。通 過劃分微波諧振器的帶寬的平方所覆蓋的頻率范圍例如在線性頻率變化 的情況下可估計(jì)最小需要的測量時(shí)間。然而，如果所需精確度嚴(yán)格，則所 需要的測量時(shí)間進(jìn)一步增加。
但是，如果測量時(shí)間增加得非常多以致短暫的固定過程不再起重要的 作用，那么所測量的諧振曲線的振幅值在纖維組穿過諧振器移動(dòng)時(shí)與該組 的不同段有關(guān)。這又導(dǎo)致誤差，在纖維組較快地移動(dòng)時(shí)，該誤差變得較嚴(yán) 重。
因此已知方法的缺點(diǎn)是，對纖維組的每單位長度的質(zhì)量和/或其已吸收 的水分的測量所期望的精確度基本上不可能達(dá)到，特別是當(dāng)纖維組在快速 移動(dòng)時(shí)。因此本發(fā)明的目的是提出一種紡織機(jī)械，或一種用于紡織機(jī)械的裝 置，其能避免剛提到的缺點(diǎn)。特別地，在提高測量纖維組的每單位長度的 質(zhì)量和/或其所吸收的水分的精確度的同時(shí)，設(shè)備的復(fù)雜性和開支應(yīng)被降 低。
這一任務(wù)由獨(dú)立權(quán)利要求的特征來完成。
信號(hào)發(fā)生器被設(shè)置在依據(jù)本發(fā)明的裝置中；這被用于產(chǎn)生信號(hào)，該信
號(hào)的頻譜包括多個(gè)頻率。發(fā)生器信號(hào)被耦合進(jìn)微波諧振器，且—皮耦合出微 波諧振器的輸出信號(hào)被提供給評估電路。這里所用的評估電路可設(shè)計(jì)成同 時(shí)確定在輸出信號(hào)的頻譜中的所述頻率中的多個(gè)頻率的振幅和/或相位。
根據(jù)用這種方法同時(shí)得到的振幅和/或相位傳遞系數(shù)(amplitude and/or phase transfer coefficient )，可通過計(jì)算確定微波諧振器的諧振頻率和/或質(zhì) 量因子。由此結(jié)果，可使用已知方法來獲得正穿過測量室的束狀纖維組的 每單位長度的質(zhì)量和/或水分含量的測量。
但跟技術(shù)的發(fā)展水平大不相同的是，不必通過測量和評估不同頻率的 振幅和/或相位傳遞系數(shù)來確定諧振曲線。因此，產(chǎn)生測量所需的時(shí)間被顯 著地縮短，因而測量值的精確度即使在纖維組的傳輸速度加快時(shí)也能被提 高。單獨(dú)的測量在實(shí)施測量期間不再被纖維組片段的移動(dòng)破壞。
有利地，提供同步信號(hào)以使評估電路與信號(hào)發(fā)生器同步。同步信號(hào)對 應(yīng)于發(fā)生器信號(hào)，且微波諧振器的傳遞特征因此能被評估電路精確地確 定。
信號(hào)發(fā)生器被有利地設(shè)計(jì)成使得發(fā)生器信號(hào)的頻譜受可指定的最低頻 率和/或可指定的最高頻率的限制。以此種方法產(chǎn)生其頻帶在一側(cè)或兩側(cè)上 受限制的頻譜具有優(yōu)勢，其優(yōu)勢在于，發(fā)生器信號(hào)的能量含量能被聚集到 用于評估的頻率范圍內(nèi)。
在此種情況下，使最低頻率低于微波諧振器的最低可用諧振頻率和/ 或最高頻率高于微波諧振器的最高諧振頻率是有利的。微波諧振器的最高 諧振頻率是出現(xiàn)在測量室為空時(shí)的諧振頻率。另一方面，最低可用諧振頻 率是出現(xiàn)在測量室被填充到最滿時(shí)的諧振頻率。最低諧振頻率和最高諧振頻率之間的頻率范圍也被稱為調(diào)諧范圍。如果頻譜的寬度現(xiàn)在覆蓋調(diào)諧范 圍，那么無論微波諧振器的測量室多滿，都有可能評估在諧振頻率附近的 頻率。作為最終結(jié)果，這提高了測量精度。
盡管可以將信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)成產(chǎn)生具有連續(xù)頻譜的信號(hào)，但如果將信 號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)成使得發(fā)生器信號(hào)的頻譜中的所述頻率為離散地分布，則仍 然是有利的，這意味著其被構(gòu)造為產(chǎn)生線頻譜。使用線頻譜使聚集包含在 用于評估的頻率上的發(fā)生器信號(hào)中的能量成為可能。
對于信號(hào)發(fā)生器特別有利的是，其被設(shè)計(jì)成使得所述離散頻率等距地 分布在發(fā)生器信號(hào)的頻譜內(nèi)。此種等距的線頻譜能容易地通過頻率為基本 頻率的整數(shù)倍的疊加正弦信號(hào)產(chǎn)生。
此種情況下特別有利的是，將信號(hào)發(fā)生器設(shè)置成使得相鄰頻率之間的
距離小于微波諧振器的最小帶寬的1.5倍，小于上述帶寬則更有利，而小 于上述帶寬的0.75倍就特別有利。微波諧振器的最小帶寬被定義為諧振頻 率與相同頻率下的質(zhì)量因子的商的最小值。所提出的頻譜線的緊密間隔能 確保適合于評估的頻率在接近于諧振頻率的時(shí)候可用，而不管測量室可能 有多滿。這使得可能在任何環(huán)境下確保所需的測量精度。
在一個(gè)特別有利的實(shí)施方式中，信號(hào)發(fā)生器纟皮設(shè)計(jì)成使得，在發(fā)生器 信號(hào)的頻i普內(nèi)，至少供評估的所述頻率具有相同的振幅。這顯著地簡化了 評估輸出信號(hào)的過程。
在一個(gè)有利的實(shí)施方式中，評估電路設(shè)計(jì)成產(chǎn)生對應(yīng)于微波諧振器的 諧振頻率的頻率信號(hào)，和/或產(chǎn)生對應(yīng)于微波諧振器的質(zhì)量因子的質(zhì)量因子 信號(hào)。然后頻率信號(hào)和/或質(zhì)量因子信號(hào)能使用現(xiàn)有設(shè)備用已知方法評估。
評估電路被有利地設(shè)計(jì)成確定在輸出信號(hào)的頻譜中的所述頻率中的至 少三個(gè)頻率的振幅。然后可由三個(gè)不同的振幅值明確地確定振幅傳遞函 數(shù)。于是就沒有必要測量相位值了。
在另外一個(gè)有利的實(shí)施方式中，評估電路設(shè)計(jì)成確定在輸出信號(hào)的頻 譜中的所述頻率中的至少兩個(gè)頻率的振幅和相位。在此種情況下，微波諧 振器的傳遞函數(shù)可再次;波明確地確定。如果確定了頻譜中的所述頻率中的至少三個(gè)頻率的相位，那么就沒有 必要確定振幅的值了。
如果被評估的頻率的數(shù)量大于必需的數(shù)量，那么在很多情況下，對諧 振頻率和/或質(zhì)量因子找不到準(zhǔn)確的解決方案。在這種情況下，如果評估電
路設(shè)計(jì)成在誤差最小化算法的輔助下確定微波諧振器的諧振頻率和/或質(zhì) 量因子，則是有利的。合適的誤差最小化算法包括，比如最小化誤差的方 法(可能是加權(quán)的)或最小化平方誤差的方法(可能是加權(quán)的)。應(yīng)用這 種誤差最小化算法允許在確定微波振蕩器的諧振頻率和/或質(zhì)量因子時(shí)考 慮任何數(shù)量的頻率。
為增加測量精確度，評估電路設(shè)計(jì)成確定在輸出信號(hào)的頻譜中的所述 頻率中的在微波諧振器的帶寬之內(nèi)的頻率的振幅和/或相位，這是有利的。
如果評估電路設(shè)計(jì)成確定在輸出信號(hào)的頻譜中的高于微波諧振器的諧 振頻率的至少 一 個(gè)所述頻率以及低于微波諧振器的諧振頻率的至少 一 個(gè) 所述頻率的振幅和/或相位，則也將有助于提高測量精確度。
如果評估電路設(shè)計(jì)成考慮發(fā)生器信號(hào)的頻譜中供評估的所述頻率的不 相等的振幅，則是特別有利的?？紤]不相等的振幅能通過將在輸出信號(hào)的 頻譜中的特定的所述頻率的振幅與在發(fā)生器信號(hào)的頻譜中的相同頻率的 振幅相比較來完成，在此種情況下后者的信息能被包含在提供給評估電路 的同步信號(hào)中。
評估電路有利地包括用于采樣電路所產(chǎn)生的采樣信號(hào)的頻譜分析的分 析電路。這里，采樣電路被設(shè)計(jì)成使得采樣信號(hào)與輸出信號(hào)相對應(yīng)。與包 含在輸出信號(hào)里的頻率的振幅和/或相位有關(guān)的信息因此包含在通過頻譜
分析產(chǎn)生的釆樣信號(hào)的頻i普內(nèi)。以這種方法，微波諧振器的諧振頻率和/ 或質(zhì)量因子能通過釆樣信號(hào)的頻語分析確定。
在一個(gè)有利的實(shí)施方式中，釆樣電路設(shè)計(jì)成對輸出信號(hào)本身采樣。這 產(chǎn)生簡單的布置。
在進(jìn)一步有利的實(shí)施方式中，評估電路包括將輸出信號(hào)置換到低頻基 帶中的置換電路(transposition circuit )。從置換電路得到的置換后的輸出信號(hào)隨后被為了此目的而設(shè)計(jì)的釆樣電路采樣。輸出信號(hào)能以已知的方式通 過將其與諧波信號(hào)混合來置換。將輸出信號(hào)置換到低頻基帶中簡化了信號(hào) 的進(jìn)一步處理。
有利地，采樣電路產(chǎn)生數(shù)字采樣信號(hào)，在此情況中，分析電路被設(shè)計(jì) 成用于分析數(shù)字采樣信號(hào)的數(shù)字分析電路。數(shù)字分析電路能以低價(jià)格買到。
有利地，用于采樣信號(hào)的頻諳分析的分析電路基于快速傅里葉變換
(Fourier transform)和/或基于普羅尼方法(Prony's method)而"i殳計(jì)。這 些程序是允許以足夠的精確度快速并容易地找到所需頻鐠的近似方法。
微波諧振器有利地以雙端口諧振器的形式實(shí)現(xiàn)。在那種情況下，它具 有將發(fā)生器信號(hào)耦合到微波諧振器中的向內(nèi)耦合設(shè)備(inward co叩lmg arrangement )，以及將輸出信號(hào)耦合出微波諧振器的向外耦合設(shè)備(outward coupling arrangement )。傳遞測量能容易地用雙端口諧振器執(zhí)行。
在一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施方式中，微波諧振器被實(shí)現(xiàn)為單端口諧振器。在 此種情況下，微波諧振器包含耦合設(shè)備，通過耦合設(shè)備，發(fā)生器信號(hào)被耦 合到微波諧振器中，且反射信號(hào)作為輸出信號(hào)被耦合出。此種用于執(zhí)行反 射測量的微波諧振器的機(jī)械構(gòu)造相對簡單。
在一個(gè)使用單端口諧振器的有利的實(shí)施方式中，信號(hào)發(fā)生器以發(fā)生器 信號(hào)為注入電流的方式設(shè)計(jì)，且評估電路設(shè)計(jì)成評估作為反射信號(hào)出現(xiàn)在 耦合設(shè)備處的電壓。
在一個(gè)同樣有利的使用單端口諧振器的實(shí)施方式中，信號(hào)發(fā)生器以發(fā) 生器信號(hào)為外加電壓的方式設(shè)計(jì)，且評估電路設(shè)計(jì)成評估作為反射輸出信 號(hào)在耦合設(shè)備處流動(dòng)的電流。
在信號(hào)通過波導(dǎo)(例如波導(dǎo)管)耦合進(jìn)和耦合出的情況中，信號(hào)發(fā)生 器以發(fā)生器信號(hào)為外加波的方式設(shè)計(jì)，且輸出電路設(shè)計(jì)成用于評估作為反 射波出現(xiàn)在耦合設(shè)備處的輸出信號(hào)的振幅和/或相位。
在本發(fā)明一個(gè)有利的進(jìn)一步的實(shí)施方式中，提供了信號(hào)評估級(signal evaluation stage )，其由頻率信號(hào)和/或從質(zhì)量因子信號(hào)產(chǎn)生束狀移動(dòng)纖維組的每單位長度的質(zhì)量的測量和/或水分含量的測量。以此方法構(gòu)造的裝置可 直接應(yīng)用于常規(guī)的紡織機(jī)械。
有利地存在至少一個(gè)FPGA。通過適當(dāng)設(shè)置的FPGA來實(shí)現(xiàn)信號(hào)評估 級是有利的。但是，也可能通過適當(dāng)設(shè)置的FPGA實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)生器和/或評 估電路。有利地，單個(gè)FPGA以執(zhí)行一些或所有這些模塊的功能的方式設(shè)置。
FPGA ("現(xiàn)場可編程門陣列"的縮寫)是可編程的邏輯元件，它的功能 可通過內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特定設(shè)置指定。因?yàn)樵撛颍?一個(gè)且相同的FPGA能實(shí) 現(xiàn)幾乎無限范圍的電路。這提供了優(yōu)于使用專用集成電路(ASIC)的成本 優(yōu)勢。與功能必須被順序執(zhí)行的程序指定的微處理器相反，F(xiàn)PGA提供了 導(dǎo)致高處理速度的平行信息處理的選擇。
有利地，微波諧振器和至少一些相關(guān)的電路，特別是信號(hào)評估級，信 號(hào)發(fā)生器和/或評估電路包含在公共外殼中。這能以簡單方式提供整個(gè)布置 所需的抵抗在紡織環(huán)境中存在的灰塵、飛動(dòng)纖維、溫度變化、機(jī)械影響等 等的保護(hù)。
有利地，該布置包括與用于該布置連接到紡織機(jī)械的通訊端口的已定 義協(xié)議的通訊接口。為了控制目的，現(xiàn)代紡織機(jī)械包括大量模塊。提供了 通訊端口以便連接這些模塊。因此，如果依據(jù)本發(fā)明的裝置包括依據(jù)適當(dāng) 的協(xié)議操作的通訊接口 ，則該裝置能在制造時(shí)容易地裝配到紡織機(jī)械上， 或改進(jìn)到現(xiàn)存的機(jī)器上。如果使用總線接口，則所需的電纜數(shù)量可被最小 化。CAN總線接口是特別有利的。
描述的優(yōu)點(diǎn)被得到。
本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)被描述在下文特定的實(shí)施方式例子中。它們展示:

圖1是作為依據(jù)技術(shù)發(fā)展水平的紡織機(jī)械的例子的并條機(jī)， 圖2是依據(jù)本發(fā)明的并條機(jī)，圖3是依據(jù)本發(fā)明的具有雙端口微波諧振器的裝置，
圖4是依據(jù)圖3的裝置的等效電路圖， 圖5a是發(fā)生器信號(hào)的等距離線頻譜， 圖5b是對應(yīng)于圖5a的發(fā)生器信號(hào)，
圖6a是發(fā)生器信號(hào)的帶限等距離線頻譜(band-limited equidistant line spectrum )，
圖6b是對應(yīng)于圖6a的發(fā)生器信號(hào)，
圖7是微波諧振器中的振幅及相位傳遞連同發(fā)生器信號(hào)的頻諳的圖，
圖8是微波諧振器傳遞函數(shù)的量值、實(shí)分量和虛分量的表示，
圖9是輸出信號(hào)的頻譜的量值，
圖IO是輸出信號(hào)的頻譜的實(shí)分量，
圖ll是輸出信號(hào)的頻譜的虛分量，
圖i2是依據(jù)本發(fā)明的具有單端口微波諧振器的裝置，
圖13是依據(jù)圖12的裝置的等效電路圖，
圖14是依據(jù)本發(fā)明的具有單端口微波諧振器的進(jìn)一步的裝置，
圖15是依據(jù)圖14的裝置的等效電路圖，
圖16是依據(jù)本發(fā)明的具有雙端口微波諧振器的進(jìn)一步的裝置，
圖17是依據(jù)圖16的裝置的等效電路圖，
圖18是依據(jù)本發(fā)明的裝置進(jìn)一步的實(shí)施方式，
圖19是依據(jù)圖18的裝置的等效電路圖，
圖20是置換到基帶中的輸出信號(hào)，以及
圖21是微波諧振器的透視圖。
圖1展示了作為紡織機(jī)械1的例子的依據(jù)技術(shù)發(fā)展水平構(gòu)造的并條機(jī) 1。提供給并條機(jī)l的纖維組FB經(jīng)過，在LR方向上移動(dòng)、穿過梳條導(dǎo)向裝置2、入口傳感器單元3、偏轉(zhuǎn)單元4、牽伸系統(tǒng)5、出口導(dǎo)向裝置6和 梳條儲(chǔ)藏室7。
僅示意性展示的梳條導(dǎo)向裝置2包括偏轉(zhuǎn)管8，其放置成使得提供給 它的纖維組FBZU能呈來自放置為鄰近并條機(jī)1的梳條罐9的纖維梳條FBZU 的形式。但是，梳條導(dǎo)向裝置2也能設(shè)計(jì)成使得它可直接從運(yùn)轉(zhuǎn)的梳毛機(jī) 帶走提供給梳條導(dǎo)向裝置2的纖維梳條FBzu。同樣地一而且這是實(shí)踐中最 頻繁的情況一梳條導(dǎo)向裝置2可設(shè)計(jì)成同時(shí)從多個(gè)可用的梳條罐9帶走許 多纖維梳條FBzu。當(dāng)下面講到一個(gè)纖維梳條FBzu時(shí)，這不應(yīng)排除指一些纖 維梳條FBzu的可能性。
進(jìn)入的纖維梳條FBZU被梳條導(dǎo)向裝置2傳輸?shù)饺肟趩卧? 。這包括入 口漏斗3a和驅(qū)動(dòng)的傳感輥對3b、 3b'，傳感輥對3b、 3b'由固定軸承上的輥 3b和纟皮施加載荷的可移動(dòng)一昆3b'組成。
傳感輥對3b、 3b'—方面用于拉纖維梳條FBzu按順序穿過入口漏斗3a， 另 一方面用于壓縮纖維梳條FBZU，并逐段確定所穿過的纖維梳條FBZU的單 位長度的質(zhì)量。為完成這一最后的任務(wù)，設(shè)置了位移傳感器3c以便探測可 移動(dòng)輥3b'的運(yùn)動(dòng)。最后，用這種方法測量纖維梳條FBzu的直徑，并由其 計(jì)算出FBzu的每單位長度的質(zhì)量。在入口區(qū)域內(nèi)，換言之，在牽伸系統(tǒng)5 的上游，所穿過的纖維梳條FBzu的每單位長度的質(zhì)量被確定。也就是說， 使用了機(jī)械檢測。這里的單獨(dú)測量的段AB具有幾毫米的長度。對于每個(gè) 所測量的段，位移傳感器3c產(chǎn)生測量MW。
具有梳條偏轉(zhuǎn)桿4a、 4b、 4c和4d的偏轉(zhuǎn)單元4的任務(wù)是在橫向于運(yùn) 動(dòng)方向的方向上均勻地加寬從入口單元3到達(dá)的纖維梳條FBZU,并因此釋 放發(fā)生在入口單元3中的纖維梳條FBzu的壓縮。
當(dāng)纖維梳條FBZU從入口單元3運(yùn)輸?shù)綘可煜到y(tǒng)5時(shí)，纖維梳條FBZU 經(jīng)受由傳感輥對3a、 3a'和進(jìn)入輥對5a、 5a'的不同圓周速度產(chǎn)生的攝入張 力(intake tension )。
牽伸系統(tǒng)5包括進(jìn)入輥對5a、 5a',中心輥對5b、 5b'和傳送輥對5c、 5c'。輥對5a、 5a'和輥對5b、 5b'以及輥對5c、 5c'以速度在運(yùn)輸方向上從一個(gè)輥對到下一個(gè)輥對增加的方式被驅(qū)動(dòng)。因此，纖維梳條FBzu在產(chǎn)生于進(jìn)
入輥對5a、 5a'和中心輥對5b、 5b'之間的初始牽引區(qū)域VVF中，以及在形 成于中心輥對5b、 5b'和傳送輥對5c、 5c'之間的主牽引區(qū)域VF中被牽引 出。
牽伸系統(tǒng)5的下輥5a、 5b和5c被固定在適當(dāng)?shù)奈恢?，而上?a'、 5b' 和5c'被安裝在可移動(dòng)軸承上，并被未示出的載荷對著下輥5a、 5b和5c按 壓，從而對纖維梳條FBzu施加穩(wěn)固的握持力。
出口導(dǎo)向裝置6包括出口漏斗6a以及驅(qū)動(dòng)的引離輥對6b、 6b'，其中 一個(gè)輥6b被固定到適當(dāng)?shù)奈恢枚硗庖粋€(gè)輥6b'被安裝到可移動(dòng)軸承上。 出口漏斗6a的作用是壓縮被牽伸的纖維梳條FBVZ，從而產(chǎn)生緊湊的纖維
梳條FBab。
引離輥6b、 6b'首先用于從出口漏斗6a拉出纖維梳條FBab，且用于進(jìn) 一步壓緊纖維梳條FBab。此外，可移動(dòng)地安裝的輥6b'關(guān)聯(lián)于進(jìn)一步的位 移傳感器6c以產(chǎn)生測量值MW',其對應(yīng)于出現(xiàn)的纖維梳條FBab的每單位 長度的質(zhì)量。這意味著，在常規(guī)的并條機(jī)l上使用機(jī)械傳感器以便確定出
現(xiàn)的纖維梳條FBab的每單位長度的質(zhì)量的原理也適用于出口區(qū)域，即牽伸
系統(tǒng)5的下游。
這里不對梳條儲(chǔ)藏室7做詳細(xì)解釋，梳條儲(chǔ)藏室7對在梳條罐12中 由并條機(jī)1產(chǎn)生的纖維梳條FB必提供有條理的儲(chǔ)存。
牽伸系統(tǒng)5可通過控制單元13控制。操作單元14被分配到控制單元 13上，控制單元13允許用戶指定隨后作為輸入量值向控制單元13提供的 控制值。由用戶以此種形式指定的輸入量值包括比如正產(chǎn)生的纖維梳條 FB必的期望傳輸速度LG以及期望梳條重量BG。這里的傳輸速度LG指的 是被牽伸的纖維梳條FB離開牽伸系統(tǒng)5的速度。另一方面，梳條重量BG
描述了由并條機(jī)l牽引出的纖維梳條FBab的每單位長度的平均質(zhì)量。另外
一個(gè)纟皮輸7^到控制單元13的量值為電流測量MW，其自動(dòng)地從入口傳感 器單元3傳遞到控制單元13。只展示了輸入到控制單元13的量值的一個(gè) 選集。其它輸入量值在實(shí)踐中被提供給控制單元13?？刂茊卧?3被設(shè)計(jì)成使得根據(jù)其輸入量值，它通過使未展示出的驅(qū)
動(dòng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)來控制輸入輥對5a、 5a'的旋轉(zhuǎn)速度、中心輥對5b、 5b'的速度， 以及傳送輥對5c、 5c'的速度。在未調(diào)節(jié)的操作中，對初始牽引區(qū)域VVF 指定了固定的初始牽伸，以及對主牽引區(qū)域VF指定了固定的主牽伸。
另外一方面，在調(diào)節(jié)的操作中，對牽伸做了也被稱為控制調(diào)整的改變， 以為傳輸?shù)綘可煜到y(tǒng)5的纖維梳條FBzu提供更大的連貫性。此種類型的控 制調(diào)整是基于由位移傳感器3c測得的測量進(jìn)行的。在牽伸系統(tǒng)5的上游進(jìn) 行測量的控制系統(tǒng)通常被稱為開環(huán)控制(open-loop control )。在此種類型 的控制系統(tǒng)中，必須考慮所提供的纖維梳條FBzu的段AB —直到將進(jìn)行控 制調(diào)整的點(diǎn)REP所經(jīng)過的距離一或通過時(shí)間。所經(jīng)過的距離以及通過時(shí)間 通過牽伸系統(tǒng)的進(jìn)入速度聯(lián)系起來。
纖維組FB^被提供到牽引區(qū)域VF ，纖維組FBZU由前后相隨的 一 系列 段組成。這里對在圖示時(shí)刻由傳感器單元3c進(jìn)行測量的段給出了參照符號(hào) ABn。段AB^位于段ABn的下游。為了簡單起見，進(jìn)一步的段未被給出識(shí) 別的參照符號(hào)。對每段，相應(yīng)于所涉及的段AB的每單位長度的質(zhì)量的至 少一個(gè)測量MW被獲得，并被傳遞到控制單元13。
當(dāng)所測量的段ABn達(dá)到控制操作點(diǎn)REP,即ABn'所示的位置時(shí)，控制 單元13發(fā)起適當(dāng)?shù)目刂普{(diào)整。比如，如果段ABn具有高于平均每單位長 度的質(zhì)量，則牽伸增大以使纖維組FB變平坦。
代表進(jìn)入的纖維梳條FBzu的每單位長度的質(zhì)量的測量值MW的精確 度對于所生產(chǎn)的纖維梳條FBab的質(zhì)量具有特別重要的意義。所產(chǎn)生的纖維 梳條FBab越一致，質(zhì)量就越好。
對技術(shù)發(fā)展水平的一種已知的用于監(jiān)控所生產(chǎn)的纖維梳條FBab的質(zhì) 量的方法是使用評估單元15,其計(jì)算來自由測量漏斗6a提供的測量值 MW'的變化系數(shù)；該系數(shù)代表對于一段給定參考長度的纖維梳條FBab的梳 條不規(guī)則性的百分比。參考長度也被稱為切割長度，且變化系數(shù)也被稱作 CV。/。值。在實(shí)踐中，所使用的切割長度位于幾厘米和幾米之間的范圍。但 是，可靠的CV。/。值只能在測量值本身具有高精確度時(shí)得到。所確定的CV% 值可以比如^C^示在顯示器16上，或可被存儲(chǔ)而用于以后的評估。圖2展示了依據(jù)本發(fā)明的作為紡織機(jī)械1的例子的并條機(jī)1。其特征
在于依據(jù)本發(fā)明的在入口單元3區(qū)域中的第一裝置20，以及依據(jù)本發(fā)明的 在出口導(dǎo)向裝置6區(qū)域中的第二裝置20'。依據(jù)本發(fā)明的第一裝置20取代 了圖1所示的并條機(jī)1的位移傳感器3c。這里裝置20也被用于確定被提 供給牽伸系統(tǒng)5的纖維梳條FBzu的段AB的每單位長度的質(zhì)量，并產(chǎn)生包 括該信息的測量值。
測量值MW被用在已知方法中以控制并條機(jī)1 。此種情況下使用微波 而不接觸地確定每單位長度的質(zhì)量。由于沒有慣性質(zhì)量，提高并條機(jī)的工 作速度沒有障礙。纖維梳條FB的每單位長度的質(zhì)量通過評估依據(jù)本發(fā)明 的裝置20的測量室22的介電性質(zhì)來完成。由裝置20產(chǎn)生的測量值MW 代表纖維組FBzu的每單位長度的干燥質(zhì)量，這避免了在控制紡織機(jī)械l時(shí) 可能由纖維梳條FBZU的水分含量引起的誤差。因?yàn)橥ㄟ^依據(jù)本發(fā)明的裝置 20進(jìn)行測量所需的時(shí)間短于已知的微波測量裝置所需的時(shí)間，測量值MW 甚至在纖維組FBzu高速移動(dòng)時(shí)也保持精確。對許多連續(xù)的段AB的每單位 長度的質(zhì)量取平均也完全被避免了 。每個(gè)測量值MW精確地代表一段AB。
依據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的裝置20'逐段地測量將被放置的纖維組FB化的 每單位長度的質(zhì)量。對應(yīng)于每單位長度的質(zhì)量的測量值MW'被用已知方法 提供給評估單元15，并用于產(chǎn)生表示質(zhì)量的量值。測量值MW'基于測量 室21'的介電性質(zhì)得到。介電性質(zhì)以類似于依據(jù)本發(fā)明的裝置20的運(yùn)行方 法的方式確定。因此獲得同樣的優(yōu)點(diǎn)。然而，應(yīng)注意，在出口導(dǎo)向裝置6 的區(qū)域中放置依據(jù)本發(fā)明的裝置20'是特別有利的，因?yàn)榇颂幋郎y量的纖維
組FBab的速度通常更高。
圖3展示了依據(jù)本發(fā)明的裝置20的第一可能的實(shí)施方式。它包括帶 有測量室22的微波諧振器21。纖維梳條FB可制作成連續(xù)地在穿過入口開 口 23且穿過出口開口 24的運(yùn)動(dòng)方向LR上通過測量室22。微波諧振器21 還包括向內(nèi)耦合設(shè)備25和向外耦合設(shè)備26。因此其作為雙端口諧振器被 實(shí)現(xiàn)。
依據(jù)本發(fā)明，有信號(hào)發(fā)生器27，它的發(fā)生器信號(hào)gs通過向內(nèi)耦合設(shè) 備25耦合進(jìn)入微波諧振器21的測量室22。還提供了評估電路28，通過向外耦合設(shè)備26將輸出信號(hào)從測量室22耦合至評估電路28。評估電路 28設(shè)計(jì)成產(chǎn)生對應(yīng)于微波諧振器21的諧振頻率的頻率信號(hào)rfs，以及產(chǎn)生 對應(yīng)于微波諧振器21的質(zhì)量因子的質(zhì)量因子信號(hào)gus。還提供了信號(hào)評估 級29，其由頻率信號(hào)rfs以及質(zhì)量因子信號(hào)gus產(chǎn)生束狀移動(dòng)纖維組的每 單位長度的質(zhì)量的測量值MW以及水分含量的測量值MF。
圖4展示了由圖3解釋的裝置20的一個(gè)等效電路圖。微波諧振器21 的電學(xué)性質(zhì)可用并聯(lián)地連接的電阻器Rl、電容C1和電感L1表示。從電 學(xué)的觀點(diǎn)看，微波諧振器因此代表了并聯(lián)諧振電路Rl 、 Cl和Ll 。在測量 室22中存在的纖維組FB的千燥材料含量的質(zhì)量和水分含量的質(zhì)量影響電 阻器R1的值以及電容C1的值。因此，并聯(lián)諧振電路R1、 Cl、 Ll的質(zhì)量 因子和諧振頻率被改變。但是，因?yàn)槔w維梳條中的千燥材料的比例對并聯(lián) 諧振電路R1、 Cl、 Ll的特征參數(shù)的影響與纖維梳條FB的水分含量的影 響遵循不同的定律，因此，知道并聯(lián)諧振電路R1、 Cl、 Ll的質(zhì)量因子和 諧振頻率將允許找到在測量室22中存在的纖維組FB的水分含量的每單位 長度的質(zhì)量和千燥部分的每單位長度的質(zhì)量。展示于圖3中的向內(nèi)耦合設(shè) 備25和向外耦合設(shè)備26在圖4中分別用電感L3和電感L4代表。
本發(fā)明的核心是，發(fā)生器信號(hào)gs的頻語包括多個(gè)頻率，且對于包括在 發(fā)生器信號(hào)gs的頻譜內(nèi)的大部分頻率，振幅和/或相位在輸出信號(hào)的頻譜 中一皮同時(shí)確定。通過評估輸出信號(hào)，以及使用已知的發(fā)生器信號(hào)gs，可確 定微波諧振器21的諧振頻率和質(zhì)量因子。因?yàn)檫@個(gè)原因，評估電路28由 發(fā)生器27用對應(yīng)于發(fā)生器信號(hào)gs的同步信號(hào)sys提供。
包含于發(fā)生器信號(hào)gs的頻譜內(nèi)的每個(gè)頻率也被包含在輸出信號(hào)的頻 譜中。如果現(xiàn)在找到與輸出信號(hào)的頻譜中數(shù)量足夠大的頻率相對應(yīng)的振 幅，則微波諧振器的也被稱為諧振曲線的振幅傳遞函數(shù)可被明確地確定。 同樣地，通過評估輸出信號(hào)中足夠大數(shù)量的頻率的相位，相位傳遞函數(shù)可 被確定。微波諧振器的諧振頻率和/或質(zhì)量因子可由振幅傳遞函數(shù)或相位傳 遞函數(shù)確定。但是，在很多情況中，如果振幅傳遞函數(shù)和相位傳遞函數(shù)均 被確定和評估，則這對增加諧振頻率或質(zhì)量因子的確定的精確度是有幫助 的。因此，所展示的裝置20能產(chǎn)生對應(yīng)于微波諧振器21的諧振頻率的信 號(hào)rfs，以及對應(yīng)于微波諧振器21的質(zhì)量因子的信號(hào)gus,而不需要像在已 知的微波裝置中所完成的那樣逐步地記錄諧振曲線。
圖5展示了發(fā)生器信號(hào)gs的包括多個(gè)頻率的頻譜GS。所展示的頻譜 GS為無限帶寬的線頻譜。包括在頻譜GS中的頻率為基本頻率fo的整數(shù)倍。 因?yàn)橄噜忣l率具有相同的間隔，此類型的頻譜GS被稱為等距的。數(shù)學(xué)考 慮表明，圖5a中所示的頻譜GS為圖5b所示的發(fā)生器信號(hào)gs的頻譜，其 由尖峰脈沖的周期性序列組成。
基本地，圖5b所示的發(fā)生器信號(hào)gs適合于使用在依據(jù)本發(fā)明的裝置 中。然而，相關(guān)頻譜GS的無限帶寬意指存在非常大量的頻率，但是對于 進(jìn)一步的評估無足重輕。
因此，優(yōu)選使用其頻譜gs為帶限等距離線頻譜的發(fā)生器信號(hào)gs。此 種類型的帶限等距離線頻譜GS的例子^^示于例如圖6中。頻譜GS包 括大量頻率，其中每個(gè)頻率均為頻率f。的整數(shù)倍。此處的頻譜GS受最低
頻率fmm和最高頻率f,皿的限制。所有表示于頻譜GS中的頻率都具有相同
的振幅。這簡化了對輸出信號(hào)的評估，因?yàn)樗F(xiàn)在意味著輸出信號(hào)AS的 頻譜中的振幅變化能被直接地追溯到微波諧振器21的傳輸性質(zhì)。
屬于圖6a的頻譜GS的發(fā)生器信號(hào)gs 一皮展示于圖6b中。對于現(xiàn)代信 號(hào)發(fā)生器而言產(chǎn)生此種類型的發(fā)生器信號(hào)gs是沒問題的?；绢l率fo、最
低頻率f皿n和最高頻率f;皿的值能被指定。
圖7展示了微波諧振器21的振幅傳遞性質(zhì)和相位傳遞性質(zhì)，以及特 別適合于本發(fā)明的發(fā)生器信號(hào)gs的頻譜GS。圖的上部展示了微波發(fā)生器 21在給定時(shí)間的振幅傳遞函數(shù)A ( f )。振幅傳遞函數(shù)A ( f)的特征為諧振 頻率fk及帶寬B。諧振頻率fR是振幅傳遞函數(shù)A (f)具有它的最大值時(shí) 的頻率。帶寬B為頻率范圍，在該頻率范圍內(nèi)振幅傳遞函數(shù)A(f)的值具 有在圖的上部示出的微波發(fā)生器21在給定時(shí)間的振幅傳遞函數(shù)A (f)的 量值。振幅傳遞函數(shù)A (f)的特征為諧振頻率fR及帶寬B。諧振頻率fR 為振幅傳遞函數(shù)A(f)具有最大值時(shí)的頻率。帶寬B為頻率范圍，在該頻 率范圍內(nèi)振幅傳遞函數(shù)A (f)的值具有至少為最大量值的l/^倍的量值。微波諧振器21的質(zhì)量因子可容易地通過用諧振頻率fR除以帶寬值來確定。 諧振頻率fR和帶寬B都是時(shí)間相關(guān)的量，因此對于質(zhì)量因子也是如此。它
們?nèi)Q于位于微波諧振器21的測量室22內(nèi)的纖維組FG的質(zhì)量，也取決 于它包含的水分的比例。
也可能使用相位傳遞函數(shù)P (f)來確定諧振頻率fR和帶寬B。諧振頻 率fk可通過尋找相位傳遞函數(shù)P的零交叉點(diǎn)來被極準(zhǔn)確地找到。當(dāng)帶寬B 是在相移不超過+/-45°的頻率范圍時(shí)也可^皮確定。
圖的下部示出了特別適合的發(fā)生器信號(hào)gs的頻譜GS。這是帶限等距 離線頻譜。它的特征為帶寬B覆蓋微波諧振器的調(diào)諧范圍的事實(shí)。這意味
著最低頻率f皿n小于微波諧振器21的最低諧振頻率fR^n,同時(shí)最高頻率fmax 高于微波諧振器21的最高諧振頻率fRmax。最高諧振頻率fRmax在微波諧振
器21的測量室22完全空時(shí)得到。空的微波諧振器21的振幅傳遞函數(shù)用 虛曲線^ (f)示出。在微波諧振器21的當(dāng)前帶寬的區(qū)域中有頻譜線。這 允許振幅傳遞函數(shù)A (f)和/或相位傳遞函數(shù)P (f)被精確地確定。
圖8示出了復(fù)傳遞函數(shù)H(f)的振幅及實(shí)分量和虛分量。復(fù)傳遞函數(shù) H (f)描述了樣i波諧振器21的振幅傳遞函數(shù)和相位傳遞函數(shù)。復(fù)傳遞函 數(shù)H (f)的振幅lH(f)l對應(yīng)于展示于圖7的振幅傳遞函數(shù)A (f)。復(fù)傳遞函 數(shù)H (f)的實(shí)分量Re(H (f))和復(fù)傳遞函數(shù)H (f)的虛分量Im(H (f) } 可由振幅函數(shù)A (f)和相角P (f)的大小計(jì)算出。從技術(shù)上講， 一方面復(fù) 傳遞函數(shù)H (f)以及另一方面振幅傳遞函數(shù)A (f)與相位傳遞函數(shù)P (f) 的組合具有相同的意義。但是，復(fù)傳遞函數(shù)H (f)在信號(hào)處理的背景下在 很多情況下對進(jìn)一步計(jì)算更有用。
微波諧振器21的復(fù)傳遞函數(shù)H (f)通過等式(1 )給出
等式(1 ) H(0=
K
l+jQ(f/￡-M) 其中K為量綱常數(shù)。
復(fù)傳遞函數(shù)H (f)的振幅從而由下式給出等式(2) |柳|= ,2K 2
此外，實(shí)分量由下式給出
K
等式(3 ) Re{H(f)}=— y 乂
且虛分量由下式給出
等式(4 ) Im諷f)卜
l+Q2(f/&-M)2
對于具有依據(jù)圖7的頻譜GS (f)及依據(jù)圖8的復(fù)傳遞函數(shù)H (f)的 發(fā)生器信號(hào)gs(t)，得到具有圖9所示的振幅頻譜lAS(f)l的輸出信號(hào)as(t)， 其具有圖10所示的復(fù)振幅頻譜AS (f)的實(shí)分量Re(AS (f) }及圖11所 示頻譜的虛分量Im(AS (f) }。
因?yàn)轭li普GS ( f)在從最低頻率fmm至最高頻率fmax的頻率范圍內(nèi)的包 絡(luò)線是恒定的，振幅頻譜lAS(f)l的包絡(luò)線對應(yīng)于傳遞函數(shù)H( f )的振幅|H(f)| 。 為了說明此，傳遞函數(shù)H(f)的振幅lH(f)l在圖9中被顯示為虛線。類似地， 圖IO中頻譜AS (f)的實(shí)分量Re(AS (f) }的包絡(luò)線以及圖11中頻譜A (f)的虛分量Im(A (f))分別對應(yīng)于復(fù)傳遞函數(shù)的實(shí)分量Re(H (f))和 復(fù)傳遞函數(shù)的虛分量Tm(H (f) }。
對于在從f皿n到fmax的頻率范圍中頻譜GS ( f)的包絡(luò)線不是恒定的情 況，復(fù)傳遞函數(shù)H (f)可通過用頻諳AS (f)的包絡(luò)線除以頻譜GS (f) 的包絡(luò)線來確定。由于頻譜GS (f)的包絡(luò)線已知，該除法可通過用權(quán)重 因子1/GS (f)評估頻譜線來完成。
評估圖9、圖10和圖11所示的線頻譜允許微波諧振器21的復(fù)傳遞函 數(shù)H(f)得以重構(gòu)，從而找到它的諧振頻率fR和它的質(zhì)量因子。這里的復(fù) 傳遞函數(shù)H (f)被認(rèn)為在由頻譜AS (f)的頻譜線給出的頻率點(diǎn)。各條線 的量值因此能被直接地代換進(jìn)等式1、 2、 3和4中。
雖然微波諧振器21的諧振頻率fR和質(zhì)量因子可僅僅由振幅頻譜lAs(f)l 確定，評估復(fù)振幅頻譜AS的實(shí)分量Re {AS (f) }和虛分量Im{AS (f) } 提供了精確度高的好處，因?yàn)镮m(AS (f) }的算術(shù)符號(hào)在諧振頻率&的變化允許諧振頻率FR以非常高的精確度確定。應(yīng)注意，確定諧振頻率fe的
精確度可以顯箸地高于頻譜線之間的間隔AF，因?yàn)閭鬟f函數(shù)H (f)原則 上能由三個(gè)離散的振幅值重構(gòu)，或另外如果關(guān)聯(lián)于那些值的相位也為已知 時(shí)可由兩個(gè)離散的振幅值重構(gòu)。由于尋找采樣值時(shí)的不可避免的誤差，增 力口^/^H古的頻"i普線的凄史量仍然是有利的。
圖12展示了依據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的裝置20。微波諧振器21在這里被 實(shí)現(xiàn)為帶有耦合設(shè)備30的單端口諧振器。由發(fā)生器27提供的發(fā)生器信號(hào) gs為注入電流ie，其通過耦合設(shè)備30耦合進(jìn)微波諧振器21。因此，電壓 u在耦合設(shè)備30處產(chǎn)生，且其作為反射輸出信號(hào)被提供到評估電路28。
圖13展示了圖12所示裝置的等效電路圖。
圖14展示了依據(jù)本發(fā)明的設(shè)備20的進(jìn)一步的實(shí)施方式。這里，發(fā)生 器27以發(fā)生器信號(hào)gs是所施加的電壓ue的方式被設(shè)計(jì)。該施加的電壓 ue被提供到耦合設(shè)備30。流入耦合設(shè)備30的電流i可被電流探測器31探 測到。電流i的測量值隨后從微波諧振器21提供輸出信號(hào)，且其被提供到 評估電路28供進(jìn)一步處理。
圖15展示了在圖14中示出的裝置的等效電路圖。
圖16展示了本發(fā)明的有利的實(shí)施方式。這里評估電路28由采樣和模 擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器電路32以及數(shù)字評估電路33組成。在基本周期T(j期間， 來自微波諧振器21的輸出信號(hào)as (t)的N個(gè)樣本以N/To的間距被獲得。 對于每個(gè)基本周期，這些N個(gè)值首先在數(shù)字評估電路33中進(jìn)行傅里葉變 換。執(zhí)行被稱為快速傅里葉變換的轉(zhuǎn)換是有利的。為了快速而有效地執(zhí)行 快速傅里葉變換，如果在基本周期中采樣的值的數(shù)量M能由M二2k給出， 則是有利的，其中k為正整數(shù)。
由以此種方式得到并用采樣值A(chǔ)S (fk)表示的傅里葉頻語中，通過對 等式1-4中的一個(gè)或多個(gè)求解而得到fe和Q的值，其中fk是所使用的發(fā)生 器信號(hào)gs (t)內(nèi)頻譜線的N個(gè)頻率。頻率信號(hào)rfs代表(隨時(shí)間變化的) 諧振頻率fe (t)，而輸出信號(hào)gus代表(隨時(shí)間變化的)質(zhì)量因子Q (t)。 輸出信號(hào)可用數(shù)字和/或才莫擬的形式提供。如果只有傳遞函數(shù)H (fk)的振幅lH(fk)l是通過測量得到的，那么等式 2對于N個(gè)采樣頻率中的每個(gè)產(chǎn)生一個(gè)等式，換言之，總共N個(gè)等式用來 確定fe和Q。如果使用了復(fù)等式1或兩個(gè)實(shí)等式3和等式4，那么總共得 到2N個(gè)實(shí)等式以確定fc和Q。因?yàn)閷Φ仁较到y(tǒng)的解還找到了常量K (其
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"丁近一7ET"5可;^J^疋^、.而關(guān)日、j ,, "| ka伴i乂'/"里《取t由口m .而文王；y 二'r 值對，而如果要測量傳遞函數(shù)的振幅和相位或傳遞函數(shù)的實(shí)分量和虛分 量，則需要至少兩個(gè)值對。
為獲得高精度，如果所測量的值的對數(shù)N被選定為大于Qmax( fmax-fmin)
/fm,n則是有利的。
如果諧振器21的3dB帶寬B相對于頻率跨度f皿-f皿為小，則測量適 當(dāng)?shù)卮罅康闹?。因此，為確定fk和Q而發(fā)展的等式系統(tǒng)是超定的，且沒有 精確的解。從而其必須使用(可能為加權(quán)的)最小誤差量值的條件或最小 方差量值的條件求解。用于得到此類解的這樣的方法以及用于數(shù)值解的相 關(guān)算法在信號(hào)處理領(lǐng)域?yàn)橐阎摹?br> 圖18展示了依據(jù)本發(fā)明的裝置21的進(jìn)一步可能的實(shí)施方式。這里的 評估電路6包括以混合器34的形式實(shí)現(xiàn)的置換電路34、釆樣及模擬/數(shù)字 轉(zhuǎn)換器電路32以及數(shù)字分析電路33。與依據(jù)圖16的設(shè)備相反，在依據(jù)圖 18的設(shè)備中，來自微波諧振器21的輸出信號(hào)as (t)首先在混合器34中 被置換到低頻基帶。頻率轉(zhuǎn)換使用有利的已知方法通過混合由信號(hào)發(fā)生器 27提供的信號(hào)來完成
osc (t) =Acos ( 2兀(nmin—1 ) f0t)， osq (t) =Asin (2兀(nmm—1 ) f0t);
其中nmm=fmm/f0，作為同相信號(hào)asBBc和正交信號(hào)asBBq在輸出時(shí)被提供 的結(jié)果。因?yàn)閷⒈粩?shù)字化的信號(hào)現(xiàn)在處于基帶中，所以數(shù)字化的過程被簡
化了 。已被置換至基帶中的信號(hào)aSBBe和aSBBq具有在從f0到Nfo的頻率處
有N個(gè)等距頻譜線的線性頻譜。使用同相信號(hào)as艦和正交信號(hào)asBBq，數(shù) 字分析電路33確定H (f)的傅里葉頻譜的實(shí)分量和虛分量，且由這些產(chǎn) 生了代表諧振頻率fR(t)和質(zhì)量因子Q(t)的輸出信號(hào)rfs(t)以gus(t)。
圖20展示了被置換至具有在圖9中示出的振幅頻諳lAS(f)l的低頻基帶中的輸出信號(hào)as (t)的振幅頻譜lAS^(f)l的例子。通過與合適的信號(hào)混合，
頻率f,、 f2…fn被轉(zhuǎn)換至較低的頻率fV、 f2...fn。置換的頻譜lASBB(f)l中的最 低頻率fmm'現(xiàn)在對應(yīng)于基本頻率f0。
圖21展示了兩部分微波諧振器21的透視圖。微波諧振器21包括上 諧振器部分46和下諧振器部分47;它們在微波諧振器21正操作時(shí)用某種 合適的方法連接到一起。微波諧振器21的入口開口 23具有槽的形式。其 被安排成這樣的形式，即在微波諧振器21用于測量的振蕩模式中，電磁 場的電場線平行于入口開口 23,而》茲場線則垂直于入口開口 23。這確保 了電磁場從入口開口 23的向外輻射被最小化。在該透視圖中不可見的出 口開口 24位于入口開口 23的相對側(cè)。這里，電^茲場線再次平行于出口開 口 24。
本發(fā)明不被限制于所示出和所描述的示例性實(shí)施方式。在本專利權(quán)利 要求的概要以內(nèi)的改動(dòng)在任何時(shí)候都是可能的。
特別地，考慮到水分，依據(jù)本發(fā)明的裝置能用于確定纖維梳條的密度 或纖維梳條的每單位長度的質(zhì)量。本裝置能被設(shè)計(jì)成能使用微波諧振器的 質(zhì)量因子和頻率執(zhí)行算法以分別確定水分含量和密度。
微波諧振器能至少部分地由微波能穿透的材料(陶瓷、石英玻璃)組 成，且其介電常數(shù)盡可能地獨(dú)立于溫度。這最特別地涉及位于微波諧振器 內(nèi)的用于引導(dǎo)被測量的纖維梳條的元件。
而且，微波諧振器能由兩個(gè)實(shí)質(zhì)上平行的半圓柱構(gòu)造。在此種情形中， 以及特別是當(dāng)它被用于梳毛機(jī)或者并條機(jī)的出口時(shí)，它可被設(shè)計(jì)成帶有用 于纖維梳條的同心導(dǎo)向裝置的圓柱。此外，特別是當(dāng)它被用在并條機(jī)的入 口時(shí)，它可以包括用于側(cè)向插入纖維梳條的插入槽。
可采取下列措施以便避免在用該裝置進(jìn)行的測量中由溫度效應(yīng)導(dǎo)致 的誤差用低熱膨脹系數(shù)的材料(例如不脹鋼)構(gòu)造諧振器，提供用于諧 振器或整個(gè)傳感器的絕熱的裝置，包括連接到諧振器的電路的至少一部 分，和/或提供用于加熱的裝置(例如使用加熱箔)或冷卻(比如借助于 Peltier元件)諧振器或傳感器。也可采取下列程序以校準(zhǔn)依據(jù)本發(fā)明的裝置借助于在實(shí)際帶寬細(xì)度
和/或?qū)嶋H濕度被確定的預(yù)先操作階段中從實(shí)驗(yàn)室測量獲得的校準(zhǔn)曲線來 對多種纖維梳條材料或纖維梳條混合物校準(zhǔn)傳感器，確定空諧振，其中進(jìn) 行一些步驟以確保諧振器中可能已聚集的纖維梳條和任何殘留污物被完 全清理(在第一次分離之后除去纖維梳條，吹出殘留物和污物)。
依據(jù)本發(fā)明的紡織機(jī)械可特別地為梳毛機(jī)或并條機(jī)，其中依據(jù)本發(fā)明 的裝置作為出口傳感器安裝。在這樣的情況中，該裝置可被安裝在出口圓 柱體和砑光機(jī)輥對之間的牽伸系統(tǒng)的出口處，或可被放置成緊接著在砑光 機(jī)輥對之后。本裝置有利地與質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)相關(guān)，由此，如果所生產(chǎn)的纖 維梳條的質(zhì)量落在闊值以下則紡織機(jī)械會(huì)關(guān)閉。
特別地，如果依據(jù)本發(fā)明的紡織機(jī)械為并條機(jī)，則可提供依據(jù)本發(fā)明 的裝置作為入口傳感器。該裝置可被放置成緊緊接著在牽伸系統(tǒng)前面或入 口區(qū)域中，且可被連接到能補(bǔ)償將被牽伸的纖維梳條的每單位長度的質(zhì)量 的變化的調(diào)節(jié)裝置。
權(quán)利要求
1. 一種用于紡織機(jī)械(1)的裝置(20，20′)，特別是用于紡紗制備機(jī)械(1)，比如用于并條機(jī)(1)、梳毛機(jī)或精梳機(jī)，或用于紡織廠中的機(jī)器，比如用于紡紗機(jī)或絡(luò)紗機(jī)的裝置(20，20′)，所述裝置(20，20′)用于測量束狀移動(dòng)纖維組(FB)的每單位長度的質(zhì)量和/或水分含量，所述裝置(20，20′)包括微波諧振器(21)，其包括能被纖維組(FB)穿過的測量室(22)，以及用于確定微波諧振器(21，21′)的諧振頻率(fR)和/或質(zhì)量因子(Q因子)的設(shè)備，所述裝置(20，20′)的特征在于，提供有信號(hào)發(fā)生器(27)，所述信號(hào)發(fā)生器(27)被設(shè)計(jì)成輸出其頻譜(GS)包括多個(gè)頻率(f1，f2，...，fn)的發(fā)生器信號(hào)(gs)，所述發(fā)生器信號(hào)(gs)耦合進(jìn)所述微波諧振器(21)，且耦合出所述微波諧振器(21)的輸出信號(hào)(as)被傳輸?shù)皆u估電路(28)，所述評估電路(28)被設(shè)計(jì)成同時(shí)確定在所述輸出信號(hào)(as)的頻譜(AS)中的所述頻率(f1，f2，...，fn)中的多個(gè)頻率的振幅和/或相位。
2. 如前述權(quán)利要求所述的裝置(20, 20')，其特征在于，提供有同步 信號(hào)(sys, sysa, sysb),以便使所述評估電路(28 )與所述信號(hào)發(fā)生器(27 ) 同步。
3. 如前述權(quán)利要求之一所述的裝置(20, 20')，其特征在于，所述信 號(hào)發(fā)生器(27)被設(shè)計(jì)成使得所述發(fā)生器信號(hào)(gs)的頻譜(GS)受可指 定的最小頻率(fmin)和/或指定的最大頻率(f麗)的限制。
4. 如權(quán)利要求3所述的裝置(20, 20')，其特征在于，所述信號(hào)發(fā)生 器(27)被設(shè)計(jì)使得所述最小頻率(fmin)小于所述微波諧振器(21)的最 小可用諧振頻率(fRmin)，和/或所述最大頻率(fmax)大于所述微波諧振器(21)的最大諧振頻率(fRmax)。
5. 如前述權(quán)利要求之一所述的裝置(20， 20'),其特征在于，所述信 號(hào)發(fā)生器(27)被設(shè)計(jì)成使得所述頻率(f\， f2，…，fn)離散地分布在所 述發(fā)生器信號(hào)(gs)的頻譜(GS)中。
6. 如權(quán)利要求5所述的裝置(20， 20')，其特征在于，所述信號(hào)發(fā)生 器(27)被設(shè)計(jì)成使得所述離散的頻率(f\， f2，…，fn)等距地分布在所 述發(fā)生器信號(hào)(gs)的頻譜(GS)中。
7. 如權(quán)利要求5或權(quán)利要求6所述的裝置(20, 20')，其特征在于， 所述信號(hào)發(fā)生器(27)被設(shè)置成使得相鄰頻率(f\， f2， ...， fn)之間的間 隔(Af)小于所述微波諧振器(21, 21')的最小帶寬(Bmm)的1.5倍， 更有利地小于所述帶寬，且特別有利地小于所述帶寬的0.75倍。
8. 如前述權(quán)利要求之一所述的裝置(20， 20'),其特征在于，所述信 號(hào)發(fā)生器(27) 一皮設(shè)計(jì)成使得所述發(fā)生器信號(hào)(gs)的頻譜(GS)中的所 述頻率(&, f2， ...， fn)中的至少用于評估的那些頻率具有相同的振幅。
9. 如前述權(quán)利要求所述的裝置(20， 20'),其特征在于，所述評估電 路(28)纟皮設(shè)置為產(chǎn)生對應(yīng)于所述微波諧振器(21, 21')的諧振頻率(fR) 的頻率信號(hào)(rfs)和/或產(chǎn)生對應(yīng)于所迷微波諧振器(21, 21')的質(zhì)量因 子的質(zhì)量因子信號(hào)(gus)。
10. 如前述權(quán)利要求之一所述的裝置(20， 20'),其特征在于，所述評 估電路(28)被設(shè)計(jì)成確定在所述輸出信號(hào)(as)的頻譜(AS)中的所述 頻率(f\, f2, ...， fn)中的至少三個(gè)頻率的振幅或相位。
11. 如前述權(quán)利要求之一所述的裝置(20， 20')，其特征在于，所述評 估電路(28)被設(shè)計(jì)成確定在所述輸出信號(hào)(as)的頻譜(AS)中的所述 頻率f2, ...， fn)中的至少兩個(gè)頻率的振幅和相位。
12. 如前述權(quán)利要求之一所述的裝置(20， 20')，其特征在于，所述評 估電路(28)被設(shè)計(jì)成使用誤差最小化算法來確定所述微波諧振器(21, 21')的諧振頻率(fR)和/或質(zhì)量因子。
13. 如前述權(quán)利要求之一所述的裝置(20， 20')，其特征在于，所迷評估電路(28)被設(shè)計(jì)成確定在所述輸出信號(hào)(as)的頻譜(AS)中的所述 頻率(&， f2, ...， fn)中的在所述微波諧振器(21, 21')的帶寬(B)之 內(nèi)的頻率的振幅和/或相位。
14. 如前述權(quán)利要求之一所述的裝置(20， 20'),其特征在于，所述評 估電路(28)被設(shè)計(jì)成確定在所述輸出信號(hào)(as)的頻譜(AS)中的所述 頻率(ft， f2， ...， fn)中的高于所述微波諧振器(21, 21')的諧振頻率(fR) 的至少一個(gè)頻率的振幅和/或相位，以及在所述輸出信號(hào)(as )的頻譜(AS ) 中的所述頻率(f\， f2， ...， fn)中的低于所述微波諧振器(21， 21')的諧 振頻率(fR)的至少一個(gè)頻率的振幅和/或相位。
15. 如前述權(quán)利要求之一所述的裝置(20， 20')，其特征在于，所述評 估電路(28)被設(shè)計(jì)成考慮所述發(fā)生器信號(hào)(gs)的頻譜(GS)中的為評 估提供的所述頻率(fi, f2， ...， fn)的不相等的振幅。
16. 如前述權(quán)利要求之一所述的裝置(20， 20')，其特征在于，所述評 估電路(28)包括用于頻譜分析由采樣電路(32)產(chǎn)生的采樣信號(hào)(as') 的分析電路(33),且所述采樣信號(hào)(as')對應(yīng)于輸出信號(hào)(as)。
17. 如權(quán)利要求16所述的裝置(20， 20'),其特征在于，所述采樣電 路(32)被設(shè)置成對所述輸出信號(hào)(as)采樣。
18. 如權(quán)利要求16或權(quán)利要求17所述的裝置(20， 20'),其特征在于， 所述評估電路(28)包括置換電路(34)以將所述輸出信號(hào)(as)置換到 低頻基帶，以便產(chǎn)生置換的輸出信號(hào)(asBBc， asBBq)，且其中所述采樣電路(32)被設(shè)計(jì)成對所述置換的輸出信號(hào)(asBBc, asBBq)釆樣。
19. 如權(quán)利要求16至權(quán)利要求18之一所述的裝置(20, 20')，其特征 在于，所述采樣電路(32)產(chǎn)生數(shù)字采樣信號(hào)(as')，且所述分析電路(33) 被設(shè)計(jì)成數(shù)字分析電路(33)，用以分析所述數(shù)字采樣信號(hào)(as')。
20. 如權(quán)利要求16至權(quán)利要求19之一所述的裝置(20, 20')，其特征 在于，所述分析電路(33 )被設(shè)計(jì)為用于基于快速傅里葉變換和/或基于普 羅尼方法來進(jìn)行所述采樣信號(hào)(as')的頻譜分析。
21. 如前述權(quán)利要求之一所述的裝置(20, 20'),其特征在于，為所述 微波諧振器(21， 21')分配了向內(nèi)耦合設(shè)備(25)，所述發(fā)生器信號(hào)(gs) 被通過所述向內(nèi)耦合設(shè)備(25)而耦合進(jìn)所述微波諧振器(21)，而且還 為所述微波諧振器(21， 21')分配了向外耦合設(shè)備(26)，所述輸出信號(hào)(as)被通過所述向外耦合設(shè)備(26)而耦合出所述微波諧振器(21)。
22. 如前述權(quán)利要求之一所述的裝置(20， 20')，其特征在于，為所述 微波諧振器(21， 21')分配了耦合設(shè)備(30)，所述發(fā)生器信號(hào)(gs)被 通過所述耦合設(shè)備(30)而耦合進(jìn)所述微波諧振器(21)，且作為輸出信 號(hào)(as)的反射信號(hào)被通過所述耦合設(shè)備(30)耦合出。
23. 如權(quán)利要求22所述的裝置(20， 20')，其特征在于，所述信號(hào)發(fā) 生器(27) ^皮設(shè)計(jì)成使得所述發(fā)生器信號(hào)(gs)呈注入電流(ie)的形式， 且所述評估電路(28)被設(shè)計(jì)成評估作為反射輸出信號(hào)(as)出現(xiàn)在所述 耦合設(shè)備(30)處的電壓(u)。
24. 如權(quán)利要求22或權(quán)利要求23所述的裝置(20， 20')，其特征在于， 所述發(fā)生器信號(hào)(27 )被設(shè)計(jì)成使得所述發(fā)生器信號(hào)(gs )呈外加電壓(ue ) 的形式，且所述評估電路(28)被設(shè)計(jì)成評估作為反射輸出信號(hào)(as)流 入所述耦合設(shè)備(30 )的電流(i )。
25. 如權(quán)利要求22至權(quán)利要求24之一所述的裝置(20， 20')，其特征 在于，所述信號(hào)發(fā)生器(27)被設(shè)計(jì)成使得所述發(fā)生器信號(hào)(gs)呈外加 波的形式，且所述評估電路(28)被設(shè)計(jì)成評估作為反射輸出信號(hào)(as) 出現(xiàn)在所述耦合設(shè)備(30)處的波的振幅和/或相位。
26. 如前述權(quán)利要求之一所述的裝置(20, 20')，其特征在于，提供了 信號(hào)評估級(29),所述信號(hào)評估級(29)從所述頻率信號(hào)(rfs)和/或從 所述質(zhì)量因子信號(hào)(gus)得到所述束狀移動(dòng)纖維組(FB)中每單位長度 的質(zhì)量的測量(MW， MW')和/或水分含量的測量(MF)。
27. 如權(quán)利要求1至權(quán)利要求26之一所述的裝置(20, 20'),其特征 在于，提供了至少一個(gè)FPGA。
28. 如權(quán)利要求1至權(quán)利要求27之一所述的裝置(20， 20')，其特征 在于，所述微波諧振器(21， 21')和連接到所述微波諧振器(21, 21')的 電路(27, 28, 29)的至少一部分，特別是所述信號(hào)發(fā)生器(27)、評估 電路(28)和/或信號(hào)評估級(29)包含在公共外殼內(nèi)。
29. 如權(quán)利要求1至權(quán)利要求28之一所述的裝置(20, 20')，其特征 在于，提供了通訊接口，用于將所述裝置連接到紡織機(jī)械(1 )上的外部 通訊路徑，比如連接到CAN總線。
30. 紡織機(jī)械(1 ),特別是紡紗制備機(jī)(1 )，比如并條機(jī)(1 )、梳毛 機(jī)或精梳機(jī)，或是紡織廠中的機(jī)器，比如紡紗機(jī)或絡(luò)紗機(jī)，其特征在于， 提供了如前述權(quán)利要求之一所述的至少一個(gè)裝置(20, 20')。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于紡織機(jī)械(1)的裝置(20，20′)，特別是用于紡紗制備機(jī)械(1)比如并條機(jī)(1)、梳毛機(jī)或精梳機(jī)，或紡紗機(jī)比如細(xì)紗機(jī)或粗紗機(jī)，該裝置用于測量束狀連續(xù)的纖維組(FB)的特定長度的質(zhì)量和/或水分，包括具有纖維組可被饋送而通過的測量室(22)的微波諧振器(21)，且進(jìn)一步包括用于探測微波諧振器(21，21′)的諧振頻率(f_R)和/或質(zhì)量(Q)的設(shè)備。預(yù)定了信號(hào)發(fā)生器(27)，其被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生發(fā)生器信號(hào)(gs)，該發(fā)生器信號(hào)的頻譜具有多個(gè)頻率(f₁，f₂，…，f_n)。發(fā)生器信號(hào)(gs)被耦合進(jìn)微波諧振器(21)，且從微波諧振器耦合出的輸出信號(hào)(as)被傳輸?shù)皆u估電路(28)，其被設(shè)計(jì)成同時(shí)確定在輸出信號(hào)(as)的頻譜(AS)中的所述頻率(f₁，f₂，…，f_n)中的多個(gè)頻率的振幅和/或相位。此外本發(fā)明涉及包括該發(fā)明裝置(20，20′)的紡織機(jī)械(1)。
文檔編號(hào)G01N33/36GK101523207SQ200780036983
公開日2009年9月2日 申請日期2007年10月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月2日
發(fā)明者彼得·羅謝爾 申請人:立達(dá)英格爾施塔特有限公司