專利名稱：一種紗線細(xì)度檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種紗線檢測(cè)、顯示裝置，特別是一種在線檢測(cè)紗線及相似物細(xì)度多項(xiàng)指標(biāo)的裝置。
紗線細(xì)度，如特?cái)?shù)、不勻率、紗疵以及周期波是紗線質(zhì)量的重要指標(biāo)，目前用于此方面檢測(cè)的主要裝置有(1)Zellweger Uster Tester，它的功能較齊全，但由于采用電容式傳感器，只能限于恒溫恒濕條件下在實(shí)驗(yàn)室使用，不適于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。且體積龐大，造價(jià)昂貴；(2)Mni－Uster，只能測(cè)得U％值及R·C值，且因采用電容式傳感器，亦不適于在溫濕度多變的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用；(3)美國(guó)專利US4963－757提出的以光敏元件做接收器的運(yùn)行紗線特性的檢測(cè)裝置，采用二組光敏接收器，一個(gè)用于檢測(cè)，一個(gè)用于比較，此方式的弱點(diǎn)在于二者的安裝位置不同，受外界干擾的程度不同，以及二者的參數(shù)及特性難于取得一致的特點(diǎn)，從而影響測(cè)試結(jié)果，二套光敏接收器也使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，環(huán)境干擾小，能在線檢測(cè)紗線細(xì)度并快速顯示結(jié)果的檢測(cè)裝置，它能在不影響正常生產(chǎn)的情況下測(cè)得正在加工中的紗線細(xì)度信息，并在幾秒的時(shí)間內(nèi)計(jì)算并顯示出所要求的細(xì)度指標(biāo)數(shù)值，并為在通用型微型計(jì)算機(jī)上繪制不勻直觀圖、波譜圖提供了數(shù)據(jù)傳輸手段。
本實(shí)用新型主要由光電式檢測(cè)頭、保護(hù)電路、模／數(shù)轉(zhuǎn)換器、微處理器、鍵盤、顯示器、機(jī)內(nèi)存貯器、機(jī)外存貯器、機(jī)外存貯器擴(kuò)展接口、RS232C串行接口及磁帶機(jī)接口、電源組成。光電式檢測(cè)頭為一組裝件，其余各部分組裝在一起作為主機(jī)，二部分用電纜聯(lián)接，其中光電式檢測(cè)頭的光電轉(zhuǎn)換部分只含有單一的光敏接收器件，該光敏接收器件與光源分別位于被測(cè)物的二側(cè)，并使用一個(gè)旨在提高接收靈敏度的條縫式限制元件，主機(jī)的微處理器采用功能較強(qiáng)的MCS51系列單片微機(jī)，并設(shè)計(jì)有使用該系列內(nèi)片內(nèi)帶程序存貯器或不帶片內(nèi)程序存貯器的不同型號(hào)芯片的選擇電路，機(jī)外存貯器擴(kuò)展接口中的程序存貯器可達(dá)48K字節(jié)；機(jī)內(nèi)存貯器的數(shù)據(jù)存貯器為16K字節(jié)，機(jī)外存貯器擴(kuò)展接口還可接48K字節(jié)以增強(qiáng)適應(yīng)性；模／數(shù)轉(zhuǎn)換器、機(jī)內(nèi)存貯器、機(jī)外存貯器擴(kuò)展接口、鍵盤、顯示器、RS232C串行接口、磁帶機(jī)接口均直接聯(lián)接在微處理器的I／O端口上，充分發(fā)掘了該單片微機(jī)的接口潛力，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)；顯示器可以是LED數(shù)碼管，也可以是LCD液晶顯示器件，并可采用普通廉價(jià)計(jì)算器作為L(zhǎng)CD顯示器件，從而進(jìn)一步降低成本。
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明。


圖1為本實(shí)用新型原理方框圖。
圖2為本實(shí)用新型光電式檢測(cè)頭光電轉(zhuǎn)換部分的剖視圖。
圖3為本實(shí)用新型光電式檢測(cè)頭光電信號(hào)放大電路的線路圖。
圖4為本實(shí)用新型的主機(jī)電路圖。
圖5為本實(shí)用新型判斷周期性程序的流程圖。
圖6為本實(shí)用新型的LCD液晶顯示器驅(qū)動(dòng)電路的線路圖。
圖1中，1為光電式檢測(cè)頭，2為濾波器，3為模／數(shù)轉(zhuǎn)換器的保護(hù)電路，4為模／數(shù)轉(zhuǎn)換器，5為微處理器，6為機(jī)外存貯器擴(kuò)展接口，7為機(jī)內(nèi)存貯器，8為鍵盤，9為顯示器，10為指示器，11為RS232C串行接口，12為磁帶機(jī)接口，13為電源。
其工作原理如下光電式檢測(cè)頭1的光電轉(zhuǎn)換部分將經(jīng)過(guò)其間的紗線沿自身軸向的細(xì)度及變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大器放大后，送至主機(jī)的濾波器2，模／數(shù)轉(zhuǎn)換器的保護(hù)電路3，模／數(shù)轉(zhuǎn)換器4變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)被傳送給微處理器5。微處理器5還以分時(shí)方式從上述模擬信號(hào)輸入通道讀取了無(wú)紗時(shí)的背景噪音信號(hào)。
數(shù)字信號(hào)輸入有二個(gè)通道，一個(gè)通道是鍵盤8，用于手工輸入有關(guān)參數(shù)(檢測(cè)片段長(zhǎng)度、紗線速度、檢測(cè)內(nèi)容及方式，該方式包括正常試驗(yàn)和遲緩試驗(yàn)二種方式)，另一個(gè)通道為RS232C串行接口11，輸入其它計(jì)算機(jī)的信息。
微處理器5是按照已固化在硬件中的程序工作的，整個(gè)程序按MCS51機(jī)器語(yǔ)言編寫，總長(zhǎng)度4K字節(jié)，所計(jì)算的各項(xiàng)指標(biāo)，即通常意義的紗線號(hào)數(shù)，不勻率CV％值和U％值，粗節(jié)、細(xì)節(jié)、棉結(jié)，及程序的編程方法為本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員所熟悉，所以不再贅述，以下說(shuō)明三點(diǎn)1、光敏接收器輸出電壓與紗線細(xì)度的關(guān)系Ui＝Uo(1－di／Do)其中Ui、Uo分別為有和無(wú)紗線通過(guò)時(shí)光敏接收器的輸出電壓值，di、Do分別為紗線直徑、條縫式限制元件的條縫寬度。
2、紗疵靈敏度所計(jì)算的粗節(jié)、細(xì)節(jié)、棉結(jié)的靈敏度分別為＋50％、－50％、＋200％。
3、周期波波長(zhǎng)計(jì)算本程序沒有采用常規(guī)的利用富氏變換求波譜的方法，而是考慮到在線檢測(cè)要求速度快結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，采用了模擬人工智能判別周期波的原理，即(1)將采樣數(shù)據(jù)按所要求的波長(zhǎng)分組求和；(2)比較各組和；(3)周期波判別。有規(guī)律，則為周期波，顯示對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)，無(wú)規(guī)律，則說(shuō)明不是周期波，不顯示其波長(zhǎng)；(4)修改步長(zhǎng)；(5)超限判別，波長(zhǎng)沒有超過(guò)設(shè)定的最大值，則重復(fù)上述(1)－(4)，反之結(jié)束。
輸出方式共四種形式，一種形式為顯示器9，顯示功能提示符號(hào)，鍵盤輸入的當(dāng)前數(shù)值及最后計(jì)算結(jié)果，即平均特?cái)?shù)，不勻率CV％及U％值，粗節(jié)，細(xì)節(jié)，和棉結(jié)，周期不勻的波長(zhǎng)數(shù)值；一種形式采用發(fā)光二極管10作指示器，指示當(dāng)前工作狀態(tài)；一種形式為磁帶機(jī)接口12，微處理器5通過(guò)該接口，將數(shù)據(jù)記錄在磁帶上，利用這一方式，用戶可以保存數(shù)據(jù)，并可將該數(shù)據(jù)帶到APPLell系列廉價(jià)的通用型微型計(jì)算機(jī)做進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理，并繪制出不勻直觀圖和波譜圖，不需額外開支；一種形式為RS232C串行接口11，可向APPLell或IBM，長(zhǎng)城系列等通用型微型計(jì)算機(jī)輸送采樣數(shù)據(jù)及信息，在上述微型計(jì)算機(jī)上畫出不勻直觀圖和波譜圖，也不需額外開支。
從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)考慮，交直流二用電源13可利用細(xì)紗落紗機(jī)的交流電源(36伏)或其它單相交流電(220伏)經(jīng)整流穩(wěn)壓后供電，也可采用蓄電池及干電池供電。
圖2中，2－10為外殼，它的上部開設(shè)有一個(gè)測(cè)量槽2－4，外殼2－10的底部?jī)?nèi)側(cè)裝有一個(gè)底座2－9，測(cè)量槽2－4的一側(cè)，底座2－9的一端裝有一個(gè)支架2－7，在支架2－7的一端沿水平軸線方向裝有一只紅外發(fā)光二極管2－8，支架2－7的另一端，紅外發(fā)光二極管2－8與測(cè)量槽2－4之間，裝有一個(gè)用于使來(lái)自紅外發(fā)光二極管2－8的光線平行的凸透鏡2－6。測(cè)量槽2－4的另一側(cè)，底座2－9的另一端依次裝有硅光電池2－1，條縫式限制元件2－2和用于防止條縫式限制元件2－2的條縫聚積飛花的玻璃片2－3。
運(yùn)行的紗線2－5在通過(guò)測(cè)量槽2－4時(shí)，由于紗線2－5擋住一部分來(lái)自紅外發(fā)光二極管2－8的光線，使硅光電池2－1的受光面積減小，并隨紗線2－5細(xì)度的變化而變化，在硅光電池2－1的輸出端便得到相應(yīng)的電信號(hào)。
在圖3中，IC12、IC13為運(yùn)算放大器，運(yùn)算放大器IC12、硅光電池E1(2－1)，電阻R21和R22構(gòu)成第一級(jí)信號(hào)放大器，接收來(lái)自紅外發(fā)光二極管DO(2－8)的光信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，第一級(jí)信號(hào)放大器的輸入端為浮地接法，運(yùn)算放大器IC13，電阻R23，R24和R25構(gòu)成第二級(jí)放大器，采用負(fù)反饋放大電路，反饋電阻為R24、R25，其中R25為可變電阻，用作增益調(diào)節(jié)經(jīng)過(guò)二級(jí)放大器放大后的電信號(hào)，由運(yùn)算放大器IC13的輸出端輸出，經(jīng)電纜傳輸至主機(jī)。
在圖4中，IC1為模／數(shù)轉(zhuǎn)換器，IC2為地址鎖存器，IC3、IC4為數(shù)據(jù)存貯器，IC5為微處理器，IC6為譯碼器，IC7、IC8為運(yùn)算放大器，IC9為譯碼器，IC10、IC11分別為RS232C串行接口的接收器和驅(qū)動(dòng)器，S1為RS232C串行接口的輸入插座，S2為RS232C串行接口的輸出插座，S3為磁帶機(jī)接口的信號(hào)插座，K1為復(fù)位鍵，K2為微處理器IC5的選擇開關(guān)，允許選用帶或不帶片內(nèi)程序存貯器的MCS51系列的不同型號(hào)芯片，KB1－KB8為鍵盤，D8是作為指示器的發(fā)光二極管。
輸入主機(jī)的模擬信號(hào)經(jīng)由運(yùn)算放大器IC7和電阻R3和R4、電容C4和C5組成的二階有源低通濾波器、二極管D1和電阻R1組成的模／數(shù)轉(zhuǎn)換電路保護(hù)電路、模／數(shù)轉(zhuǎn)換器IC1后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)數(shù)據(jù)總線送至微處理器IC5，該信號(hào)包括有紗線通過(guò)檢測(cè)頭測(cè)量槽時(shí)對(duì)應(yīng)于紗線粗細(xì)的電信號(hào)和測(cè)量槽內(nèi)無(wú)紗線時(shí)對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。在整個(gè)采樣過(guò)程中，微處理器IC5讀取一次采樣值Xk后，在讀取下一個(gè)采樣值Xk＋1之前，利用其間隔時(shí)間，將剛讀取到的采樣值Xk輸入當(dāng)前數(shù)據(jù)指針指定的存貯器單元中，然后計(jì)算累加和Σi=1KXi,Σi=1KXi2,]]>當(dāng)全部采樣過(guò)程結(jié)束后，微處理器IC5由累加和Σi=1NXi,Σi=1NXi2]]>計(jì)算出試樣的平均特?cái)?shù)(Tex)，不勻率CV％值及U％值，再由平均直徑與數(shù)據(jù)存貯器中的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，即可計(jì)數(shù)出被測(cè)試樣的粗節(jié)，細(xì)節(jié)和棉結(jié)的個(gè)數(shù)，最后將上述結(jié)果依次由顯示器顯示出來(lái)。
當(dāng)用戶要求檢測(cè)紗線的周期波時(shí)，微處理器IC5首先從鍵盤KB1－KB8讀入用戶設(shè)定的步長(zhǎng)2N(N≥1)，再自動(dòng)檢測(cè)本裝置的實(shí)際有效存貯空間的大小，由此確定出相應(yīng)的周期波最大波長(zhǎng)入max，接著進(jìn)行實(shí)測(cè)采樣，采樣后，從最小波長(zhǎng)入min(入min與2N相對(duì)應(yīng))開始以2N為步長(zhǎng)逐次分析各波長(zhǎng)下的周期性。對(duì)每一種波長(zhǎng)，先依次計(jì)算出10個(gè)半波長(zhǎng)的采樣值之和，由此進(jìn)行周期性判別。圖5給出判別周期性程序的流程圖。當(dāng)紗線粗細(xì)呈周期性時(shí)，相鄰二半波采樣值之和的差要交替變更符號(hào)，此時(shí)顯示器將顯示相應(yīng)的波長(zhǎng)數(shù)值，如果不符合上述規(guī)律，則呈隨機(jī)性，顯示器不顯示其波長(zhǎng)數(shù)值，修改當(dāng)前波長(zhǎng)，重復(fù)上述過(guò)程，直至波長(zhǎng)數(shù)值大于最大波長(zhǎng)入max為止，全部周期波檢測(cè)分析過(guò)程結(jié)束，返回系統(tǒng)初始狀態(tài)。
根據(jù)鍵盤KB1－KB8鍵入的指令或由RS232C串行接口的輸入插座S1輸入的上級(jí)微機(jī)指令，還可將采樣數(shù)據(jù)由RS232C串行接口的輸出插座S2或磁帶機(jī)接口的信號(hào)插座S3輸出。RS232C串行接口的輸入插座S1用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或結(jié)合APPLEII、IBM或長(zhǎng)城系列等配備有RS232C串行接口的通用型微型計(jì)算機(jī)使用時(shí)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)的情況，由微處理器IC5在采樣前及采樣后進(jìn)行查詢來(lái)實(shí)現(xiàn)。
本實(shí)施例中，2－8為φ5的紅外發(fā)光二極管，2－1為截面面積5×5mm2的硅光電池，條縫式限制元件2－2的條縫寬度為1.5mm，顯示器為六塊七段數(shù)碼管。
在圖6中，顯示器由作為L(zhǎng)CD液晶顯示器件的普通液晶顯示的計(jì)算器和晶體管驅(qū)動(dòng)電路組成。計(jì)算器的原有電路、功能及操作均不改變，只需將晶體三極管BD1－BD13的集電極和發(fā)射極分別接入計(jì)算器按鍵KC1－KC13的二個(gè)端子即可。為利用微處理器IC5的PI口8個(gè)I／O端口，用一只譯碼器將P1.0－P1.2三個(gè)端口擴(kuò)展為8路輸出，連同P1.3－P1.7共形成13路輸出。工作原理如下晶體三極管工作在開關(guān)狀態(tài)，在微處理器IC5控制下，驅(qū)動(dòng)器輸出端分別輸出邏輯電平“1”和“0”，當(dāng)該電平為“0”時(shí)，晶體管截止，其集電極發(fā)射極呈高阻狀態(tài)，相當(dāng)于開路，此時(shí)無(wú)顯示，即開關(guān)斷開；當(dāng)該邏輯電平為“1”時(shí)，晶體管飽和，其集電極一發(fā)射極呈低阻態(tài)，相當(dāng)于短路，此時(shí)開關(guān)閉合，從而使液晶屏顯示相應(yīng)數(shù)字或清屏幕或接通相應(yīng)功能鍵。
本實(shí)施例中，譯碼器型號(hào)為74LS138，驅(qū)動(dòng)器型號(hào)為7407，晶體三極管型號(hào)為3DG6，R26－R38阻值均為100K，計(jì)算器型號(hào)為sharpEL－506H，KC1－KC11分別為該計(jì)算器的數(shù)值鍵0－9及小數(shù)點(diǎn)鍵，KC12為CE鍵，KC13為ON鍵。
由于本實(shí)用新型采用單一光敏接收器件的光電式轉(zhuǎn)換電路，從根本上克服了采用二套光敏接收器時(shí)，二者參數(shù)性能難于完全一致的弊病，減少了檢測(cè)誤差，而且該光敏接收器件和光源都選用工作在紅外光譜范圍的元件，使外界自然光線在不直接照射的情況下，對(duì)檢測(cè)的干擾降至可忽略不計(jì)的程度，又由于采用了一條縫寬度為0.3－5mm的限制元件，使檢測(cè)靈敏度大大提高，加之采用了微型計(jì)算機(jī)及其接口技術(shù)，使本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、功能強(qiáng)、精度高、性能穩(wěn)定，特別適用于在不中斷生產(chǎn)情況下，檢測(cè)各紗錠正在進(jìn)行加工的紗線細(xì)度的多項(xiàng)指標(biāo)，尤其是它具有診斷周期波的功能，根據(jù)它所提供的周期波波長(zhǎng)數(shù)據(jù)，可快速找出機(jī)械故障部位，使紗線質(zhì)量得到可靠的保證，且成本低廉。
權(quán)利要求1.一種紗線細(xì)度檢測(cè)裝置，它由光電式檢測(cè)頭1、濾波器2、保護(hù)電路3、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器4、微處理器5、機(jī)外存貯器擴(kuò)展接口6、機(jī)內(nèi)存貯器7、鍵盤8、顯示器9、指示器10、串行接口11、磁帶機(jī)接口12和電源13組成。其特征在于光電式檢測(cè)頭1的光電轉(zhuǎn)換部分只含有一個(gè)光敏接收器件，該接收器件與光源分別位于被測(cè)物的兩側(cè)；在光敏接收器件與被測(cè)物之間還裝有一個(gè)用于提高接收靈敏度的條縫式限制元件2-2，光電式檢測(cè)頭的光敏接收器件將穿過(guò)被測(cè)位置能反映被測(cè)物沿自身軸線方向細(xì)度變化的光信號(hào)，轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)，經(jīng)放大后送到主機(jī)的濾波器2，經(jīng)保護(hù)電路3、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器4變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，最后送入微處理器5按予置程序進(jìn)行處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測(cè)裝置，其特征在于光電式檢測(cè)頭1由光源2－8、透鏡2－6、條縫式限制元件2－2、光敏接收器件2－1及信號(hào)放大電路組成，其外殼2－10上部開設(shè)有一個(gè)測(cè)量槽2－4，外殼2－10底部?jī)?nèi)側(cè)裝有一底座2－9，該底座2－9一端裝有一個(gè)支架2－7，支架2－7的二端沿水平軸線方向分別裝有一只發(fā)光二極管2－8和一個(gè)使來(lái)自發(fā)光二極管2－8的光線平行的透鏡2－6，底座2－9的另一端，依次裝有一只硅光電池2－1，條縫式限制元件2－2和防止條縫中聚積飛花的玻璃片2－3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測(cè)裝置，其特征在于微處理器5為MCS51系列單片微機(jī)，各部分接口電路直接聯(lián)于微處理器的I／O端口上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測(cè)裝置，其特征在于條縫式限制元件的條縫寬度為0.3－5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測(cè)裝置，其特征在于檢測(cè)頭的光源和光敏接收器均由工作在紅外光譜范圍內(nèi)的器件組成。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于檢測(cè)紗線及相似物細(xì)度指標(biāo)的裝置。它采用光電式傳感器，將運(yùn)行中的紗線的細(xì)度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)微處理器分析計(jì)算，可顯示出被測(cè)紗線的平均細(xì)度，不勻率CV％值及U％，疵點(diǎn)個(gè)數(shù)及周期不勻波長(zhǎng)。不需人工采樣，不影響正常生產(chǎn)，信息反饋快，對(duì)環(huán)境要求低，結(jié)果穩(wěn)定，特別適用于在線檢測(cè)，亦可將信息記錄在磁帶上保存，還可聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01B21/10GK2118290SQ9220230
公開日1992年10月7日 申請(qǐng)日期1992年2月11日 優(yōu)先權(quán)日1992年2月11日
發(fā)明者屈建國(guó) 申請(qǐng)人:河北輕化工學(xué)院