专利名称：确定在检测物品中固体物份额的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种确定在检测物品中固体物份额的方法和装置。
确定在检测物品中固体物份额的一个例子是纺织产物中的异质纤维和异物的识别。在此，识别是用光学手段完成。比如，异物或异质纤维应通过其反射特性来识别，在大多数公知情形，此特性与纯纺织产物的反射特性有偏差。因而使纺织产物受光作用。在此，探测由检验物品吸收的光和/或反射的光。接收到的光的强度的瞬时或局部偏差指示了期望物质和非期望物质的份额。
这种公知方法和装置的缺陷在于，无色、透明或透光物质，如聚丙烯薄膜，或具有类似颜色的物质，如在包装诸如棉花等原料时采用的线或绳，是不能被识别的。这导致这种聚丙烯薄膜、线和绳部分同原料一起被进一步处理，从而它们随后比如被纺入纱线中。
现在也可以识别纺成的纱中的这种物质如聚丙烯部分。在此假定，这种物质或聚丙烯部分改变了纱线结构，比如尤其改变了纱线在一截面内的毛发度。这在测量直径时，可以比如这样也识别纱线质量是被改变或毛发度被改变，因为那里聚丙烯部分而不是纱线毛羽伸出。所以在这种情况下，试图通过测量直径、质量、毛发度来检测异物。
通过测量直径或毛发度来探测固体物或异物的这种方式的缺点在于，许多异物识别不出。这种情形主要出现在它们位于检测物品的外表面上时。这导致异物的不合适份额被引入最终产品中，产品被削弱或者有缺陷。这种产品不仅会引起后续加工的困难，并且不能再成功地生产出无缺陷的最终产品。
因而本发明的任务是提供一种上述类型的方法和装置，能用来简便可靠地确定检测物品的固体物份额，即使对透明物质或对具有与检测物品同样颜色的物质也能简便而可靠地检测。
此目的这样实现，把检测物品暴露在电场中并确定具有检测物品的电场的介电特性。为确定电场介电特性，测量电学测量量，由此确定两电学量并将其综合，在此，产生独立于检测物品质量的特征值。把此特征值同对比值进行比较，获得关于检测物品中固定物份额或其变化的数据。介电特性可以通过多个电学量来测出。
第一个可能性比如是，在至少两个频率上，由诸如电压、电流、电流和电压之间相移以及可能出现的参考电阻等测量量，确定出电容变化或相对介电常数，作为电学量，电容变化是由检测物品引起的，并且，由此建立一个商，作为特征值。
一个第二可能性是，由诸如电压、电流、电压和电流间的相移以及可能出现的参考电阻，确定出电学量，如电容变化的因而也是检测物品本身的功率因素cosφ，来作为特征值。
由电学量比如通过求商确定的特征值保持恒定，只要检测物品中的固体物的份额保持恒定。若份额改变，则这将由特征值相应变化来显示出来由恒定的特征值以及由变化的特征值，通过求比例来确定检测物品中的固体物份额。
本发明装置具有一布置在检测物品区域内建立电场至少一个的测量电容器、一与其连接的产生至少一个具有一频率的电场的频率发生器、与其连接的电学测量量的测量元件和产生电话量及特性值并将特征值征与预定值比较的求值电路。
为了能排除无检测物品的电容器的基本电容，可以设置一个连接在同一个信号源或一个反相的信号源上的参考电容器。最好，频率发生器同测量电容器及参考电容器一起构成桥式电路。
利用包含电容、介电常数、损耗角和功率因素的一组电学量当中的一个量，表达出电场介电特性。
通过本发明获得优点特别在于，检测物品中各种不同的异物、固体物的成份或份额借此可以被检测出来。这一点是成立的，不论某些物质是可见的、不可见的或颜色与检测物品相同，位于内部或表面。为实施此方法而规定的装置构造简单，并且能无问题地与其它测量装置组合到一起，用此测量装置测量其它参数以达到其它目的。
下面借助例子参考附图详细描述本发明。
图中
图1表示第一装置示意概略图。
图2和3分别是物理关系图示。
图4至图6各表示本发明装置其它实施方式。
图1表示本发明装置的第一实施形式，它具有供诸如纱、粗纱、条、长丝等细长且纵向移动的检测物品用的测量电容器1。测量电容器1一端经电容器3与频率发生器4相连，另一端与地相连。测量电容器1的输出端5经放大器6与求值电路的输入端7相连。此同一输出端5也连接到运算放大器11的输入端9上，并经电阻3连接到其另一输入端10上，运算放大器同电阻3并联。运算放大器11的输出端构成求值电路8的输入端12。输入端7和12在求值电路8中与公知的电学量测量元件13、41相连。求值电路8具有输出端5。
图2表示具有两个轴16、17的图解图。沿轴16代表电场频率的值，并且沿轴17代表同一电场相对介电常数εΓ的值。曲线18、19、20表示作为电场频率的函数的相对介电常数，这些电场具有由含68％水分的棉花、由含47％水分的棉花，由聚丙烯构成的检测物品。这里可以看到，符合曲线20的聚丙烯相对介电常数在很大程度上独立于频率，而棉花的介电常数有很强的频率依赖性。因为电容器的电容变化是与介电常数或正比地改变，对电容变化也存在同样的频率相关依赖性。同时，电容变化也受检测物品的质量影响。
图3表示具有两个轴21和22的图解图，沿轴21代表了电场频率的值，沿轴22代表了不同材料的检测物品的功率因素cosφ的值。曲线23、24和25因而表示了作为频率函数的功率因素cosφ，功率因素是针对作为检测物品的含68％水份的棉花、含47％水份的棉花及聚丙烯而言的。聚丙烯的功率因素在很大程度上独立于频率，而棉花的功率因素具有很大的频率依赖性。然而，电容器的电容变化的功率因素与检验物品的质量无关。
图4表示本发明装置的第二实施方式，它具有供细长的且纵向移动的诸如线、粗纱，条子长丝等检测物品37用的两个电容器35和36。电容器35、36一方面经电阻38、39与地相连，另一方面与频率发生器40、41相连。测量电流器35、36经导线42、44及43、45与求值单元46相连，求值单元例如设计成处理器并具有输出端47。
图5以简图表示第三实施方式，它具有一测量电容器50，一参考电容器51及一个频率发生器52。分接线53位于电容器50和51之间，二者都配有一个反相或非反相放大器54、55。另外设置了一个求值电路57，它经过分接线53及导线56连接。
图6以简图表示第四实施方式，它具有测量电容器60和参考电容器61及频率发生器62。分接头63位于电容器60与61之间，它们都各自配有一个反相或非反相放大器64、65。这里还有一个另外的频率发生器66与频率发生器62串联。分接头通到具有输出端68、69的频率分离元件67上。
本发明工作方式如下为了确定在棉纱或棉条中固体物份额，如聚丙烯份额，把检测物品，因而也是棉纱或棉条置于交变电场中，此电场是用某一频率f1的电流产生的。这样就产生一交变电场，其介电特性由诸如电流、电压及相角等可测量值来确定，也由预定频率来确定。这里介电特性能特别借助于介电常数εΓ和/或功率因素cosφ来表达。这一过程也可以在具有其它频率f2,f3等的其它电场中重复，并因此获得相对介电常数εr和功率因素cosφ的第二、第三等不同的值。
如果知道了出现在检测物品中的物质各自的代表介电特性的值，如在图2和图3中所示出的，那么，由此可确定在检测物品中的物质份额。为此有各种可能性。
第一种可能性在于，由介电特性和物质量确定测量电容器的由插入其中的检测物品引起的电容变化ΔC，而且至少在测量电容器中的电场的两个不同频率上测量。这一方面对纯检测物品如聚丙烯或棉花来说利用图2计算来进行，另一方面通过测量具有实际检测物品的测量电容器上的介电特性相应值来进行。假定检测物品由两种物质构成，那么由图2中的值，单独计算出具有由一种物质各自构成的检测物品的测量电容器的上述电容变化。由此，在两个或更多频率上确定纯检测物或实际检测物情形下的电容器电容变化。由检测物品的在不同频率下所确定的电容变化，可确定作为特征值的商。此商对聚丙烯来说理想地=1，对棉花来说＞或＜1。这个特征值现在独立于检测物品的质量，并且对检测物品来说能连续被监测，其方式是将它与参考值作比较。如出现偏差，那么检测物品中的异物份额就已改变。或者，由下文中抄写的公式，用纯检测物的特征值及实际检测物的特征值，把实际检测物品中的纯物质份额量化。
第二种可能性在于，由代表电场特性的电学测量量，按公知方式，确定由因插入电场中的检测物品产生的电容变化所导致的功率因素。这一功率因素却独立于检测物品的质量。所以，确定纯检测物品的功率因素及实际检测物品的功率因素就足够了。由这两个物品因素，按下文中抄写的公式，可以确定一特征数，此特征数与检测物品中的物质份额成正比，并也能被监测。
在图1的装置中，检测物品2在测量电容器1中暴露在具有频率f1的电场中。频率发生器4经电阻3给测量电容器1供应相应电流，以便在电容器1的间隙中，形成具有频率f1的交变电场。在电容器1输出端上出现的电压在放大器6中被放大，并接到输入端7上，以便此电压在测量元件14中被量化并紧接着输入求值电路8。在电阻3上出现的电压在运算放大器11中放大并由输入端12输入测量元件13中。在那里它也被量化。由于电阻3是已知的，求值电路8由此可以计算出电阻3中的电流。按本身已公知的定律，由此并由对电容器1来说已知的固定量，可以确定由检测物品导致的电容器1的电容变化。通过测量电流和电压的相差，还可确定功率因素cosφ。求值电路8可以设计成电路或计算机，计算机对测量值和输入进行数字处理。求值电路经输出端提供一信号，此信号显示其它固体物的出现，或物质的改变后份额。这种信号可以由求值电路连续输出，在其中加工成均值或与这种均值及其它参考值比较。显著的偏离显示检测物品2的份额变化。
为了把检测物品2中的固体物的份额量化，假定构成检测物品2的物质是已知的。比如检测物品由含47％水份的棉花、还可能有聚丙烯构成。从图3中可读出这些物质在任意频率f1,f2下的功率因素。假定两种物质合起来构成检测物品质量的100％，按下面公式(1)、(2)可确定第一物质的份额。
在图4的装置中，检测物品陆续移动穿过测量电容器35、36，电容器产生不同频率f1,f2的电场，如由频率发生器40,41提供的电压所产生一样。经导线42至45，求值单元46并行地获得在两个频率上电流和电压值。由此计算出电容变化，又计算出特征数。为此，要求值单元中，把图2所示的所有数值作为表存储起来。这样检测物品中第一物质K1的份额由下式给出公式(1):K1=(A-F2)/(F1-F2)。第二物质的份额由下式给出公式(2):K2=(A-F1)/(F2-F1)其中值F1和F2为在第1频率f1上及在第二频率f2上棉花和聚丙烯的相对介电常数之比。因此，比如通过对图2中的值26/28及27/29求商来获得因子F1和F2。A对应于对实际检测物品而言的电容器电容变化的商值，或上述特征数的商值。
在图5所示装置中，频率发生器5产生一具有一定频率的交变电压，它们输送在两个放大器中，并由它们接到两个电容器50,51上。比如在放大器55中，通过信号延迟来产生180°相移，这样就向电容器50、51各自施加一个信号70,71，二者互相抵消。所以，至少当测量电容器没有检测物品时，分接线53上的电压为0。这样空电容器的影响就被消除了。一旦电容器50中有检测物品插入，分接线53的信号就会改变。信号相角的余弦反比于测量电容器50中的检测物品的功率因素cosφ，并且独立于检测物品的量。利用在施加的交变电压上的从图3中得出的值，通过简单的混合法计算，由功率因素确定出检测物品中两种物质的混合比。这是求值电路57中进行的，经导线56，它获得了与未放大的且未受电容器50,51影响的信号的相角有关的数据。
在图6中的过程与图5所示的过程相似，但具有以下不同来自两个频率发生器62,66的具有两个叠加频率的信号被施加到电容器60,61上，此信号在元件67中被分解为它们的两个频率。正如对图4所示装置所知道的那样，可以确定检测物品中的两种成份的比例。此结构以及图5所示的结构同图4的结构相比具有下述优点借助桥式电路原理补偿了空电容器的影响。对空电容器来说信号电压为0，并且信号电压与检测物品的介电特性和量成正比。
由于用这种方法来检测物品中的固体物含量，所以一个先决条件是，对测量过程来说，一种物质中的非固体物质如水的份额是恒定的。比如，棉花水份必须是在测量前已知的，必须是恒定的。这种情形本来是在纺织工业中存在的，因为加工原料时的许多工序是在空调房间进行的。
检测物品中异物及其份额的电容式识别可以同诸如均匀性、质量等其它参数的公知测量组合起来，因为一个信号既可以用于测量这种参数，又可以用于识别异物份额。正如所指出那样，异物份额可以通过计算在多个频率上的电容或通过计算仅在一个频率上的功率因素来确定。也可设想，借助对多个频率上的功率因素计算来确定。合适的频率比如是10KHz至100KHz及10MHz。
权利要求
1．确定检测物品中固体物份额的方法，其特征在于，把检测物品暴露在电场中，确定带有检测物品的电场的介电特性，并由此确定份额(K1,K2)。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，为介电特性确定两个电学量(ΔCf1,ΔCf2)，并将其结合起来，由此产生独立于检测物品质量的特征值。
3．如权利要求1所述的方法，其特征在于，为介电特性确定一电学量(cosφ)，此量构成一独立于检测物品质量的特征值。
4．如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，把特征值与所涉及物质的预先确定的特征值比较，并由此确定固体物份额。
5．如权利要求1所述的方法，其特征在于，电场用第一频率和第二频率工作，并且份额由在第一频率上和第二频率上测得的介电特性的值来确定。
6．如权利要求1所述的方法，其特征在于，从具有第一频率的电场和具有第二频率的电场各获得一个测量值，把两个测量值综合为一个信号，把此信号与预定值比较。
7．如权利要求6所述方法，其特征在于，测出电流、电压及相角作为测量值，并由此确定介电特性。
8．用于实施如权利要求1所述方法的装置，其特征在于，它具有一在检测物品(2)区域内建立电场的测量电容器(1)、一产生至少一个具有一频率的电场的频率发生器(4)、与其连接的电学测量量的测量元件(13,14)和产生特性值的求值电路(8)。
9．如权利要求8所述的装置，其特征在于，除测量电容器之外，还设置一个参考电容器(51)。
10．如权利要求8所述的装置，其特征在于，设置两个频率发生器(62,66)。
11．如权利要求8所述的装置，其特征在于，频率发生器串联在一起，以便产生具有两个互相叠加频率的电容器。
12．如权利要求9所述的装置，其特征在于，测量电容器(50)和参考电容器(51)是桥式电路的一部分。
全文摘要
本发明涉及确定在检测物品中固体物份额的方法和装置。为了提供用来简便可靠地确定在检测物品中固体物份额,即使对透明物质或具有与拾测物品同样颜色的物质也可以如此确定,把检测物品暴露在电场中,并且确定具有检测物品的电场的介电特性。由介电特性确定并综合两个电学量(△Cf1,△Cf2,或μ,cosΦ),在此,产生独立于检测物品质量的特征值。把特征值同所涉及物质的预先确定值的特征作比较,并由此确定固定物份额。
文档编号G01N33/44GK1226001SQ98125440
公开日1999年8月18日 申请日期1998年12月18日 优先权日1997年12月18日
发明者R·乔斯, P·盖特 申请人:泽韦格路瓦有限公司