纺纱纱条数字信号实时监测的装置及系统的制作方法

本实用新型涉及纺织机械信息化领域，具体涉及一种环锭细纱机纺纱纱条在线实时监测的装置与系统。

背景技术：

环锭细纱机纺纱纱条的实时监测，是纺纱信息化基础信息的采集应用，是监测纺纱状态和品质、提高值车与生产效率的辅助技术，也是改善纺纱生产锭位管理的重要手段。

针对环锭纺纱的实时监测，以细纱机断头检测为典型应用。断头检测的技术方案最早在四十多年前就被提出，此后国际上有多家厂商推出相关产品并被少量应用。近年来随着纺纱技术向着自动化、信息化和智能化的发展，行业对断头检测技术应用的共识度提升，纺纱断头检测技术推广应用加速进行。从目前行业应用效应和意愿的情况看，进一步的普及应用主要受限于对投资成本的考量，或者说对投资回报期的考量。

在断头检测技术推广应用中，针对钢丝圈运动的电磁式和光电式两种单锭实

时检测方法，目前为行业的主体应用。采用电磁式或光电式传感器，检测钢领上高速回转的钢丝圈转速，对被检测的钢丝圈，运用励磁电磁感应或光照反射感应进行运动信息检测，受限于传感器在钢领板上的安装位置，和让位于必要的接头操作空间，传感器能够检测到的钢丝圈运动信号就是微弱的模拟量信号，由于需要通过微电子信息传感、信号放大变换传输处理等步骤和环节，这就使信号的处理转换过程和电路复杂化，使得系统配置成本较高，其限制了断头检测装置的普及应用。并且作为检测对象的钢丝圈是纺纱转速的间接载体，因而不能采集到与纱条本体相关的信息；同时对钢领直径的工艺更换会改变检测钢丝圈回转信息的途经和影响断头检测装置的工作；采用电磁传感器还会对钢丝圈产生磁化和磁场力，影响气圈回转的圆整度；钢领板外侧被断头检测装置占位还会给后续自动接头机的工作带来不利影响。

现有技术也有一些针对纺纱段或导纱钩部位检测纱条的断头检测技术方案，

或者为非实时的巡回检测，只能检测断头信号而没有锭速信号；或者传感器能够检测到纱条微弱的模拟量运动信号，需要通过微电子信息传感、信号放大变换传输处理等步骤和环节，使信号的处理转换过程和电路复杂化，使得系统配置成本较高，其限制了断头检测装置的普及应用。

行业需要纺纱纱条实时监测、信号采集便利、投资成本较低、能够实时警示和统计的断头与锭速监测技术和装置，更进一步，能够在实时监测锭速或断头的同时，实时监测纺纱纱条品质，为纺纱信息化及至纺纱智能化技术发展，提供更多的与纺纱主体工程基础信息相关的信息采集，及可供深度挖掘的在线实时单锭纺纱纱条监测大数据，普及纺纱行业信息化管理应用，推动智能化技术进入产业化应用。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种对纺纱纱条采集信号

数字化、信息特征多元化、监测位置合理、投资成本较低、性价比较高的纺纱纱条实时监测技术方案，输出信号包括纺纱断头、气圈转速和纱条直径信息，

使细纱机纺纱纱条的信息采集多元化和数据应用智能化。

本实用新型技术方案的实现方式为：纺纱纱条数字信号实时监测的装置，其特征在于：包括纱条监测器、锭位控制器和段位控制器，纱条监测器由对射式光电发射管、光电接收管和监测器框架组成，监测器框架两臂内侧的光电发射管和接收管的发射和/或接收窗口上设有约束和/或聚焦对射光束尺寸的结构。

所述的光电发射管与光电接收管设置在外形为“u”形的纱条监测器两臂里

面，两臂内侧设有约束和/或聚焦对射光束尺寸的结构。

所述的纱条监测器框架两臂设置在导纱钩两侧，纱条监测器光路靠近或穿过

导纱钩的导纱孔，纱条监测器与锭位控制器组合一体，锭位控制器安装在导纱板上。

所述的监测器框架两臂内侧的光电发射管和光电接收管的接收和/或发射窗

口上，设有约束光束尺寸的小孔或窄缝。

所述的监测器框架两臂内侧的光电发射管和光电接收管的接收和/或发射窗

口上，设有约束光束尺寸光学聚焦透镜。

所述的光电发射管与接收管为红外线激光或红外线光电发射管与光电接收

管，光电发射管与接收管带有光学聚焦透镜。

设置光电接收管处于数字量接收状态，在无纱条时为高电平，有纱条遮光时

为低电平，或者在无纱条时为低电平，有纱条遮光时为高电平。

纺纱纱条数字信号实时监测的系统，其特征在于包括纺纱纱条数字信号实时

监测的装置，及机台控制器及其配套软件、与机台控制器的通讯部分、锭位联接部分、供电电源部分、警示信号部分。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果包括，纱条回转信息直接数字化采集，以较低信息处理成本实现环锭细纱机每个纺纱锭位的实时锭速信息、断头信息和纱条直径信息采集，实现锭速状态的监测，断头锭位、段位或车侧位的警示，和纱条品质的信息监测，便于从这些纺纱主体工程基础信息的大数据中进行深度挖掘，为行业向着纺纱管理信息化和智能化推进，提供高性价比的技术应用方案。

附图说明

图1是本实用新型实施例纺纱纱条数字信号实时监测的装置的示意图。

图2是本实用新型实施例纱条监测器与锭位控制器、导纱器、导纱板一体化

组合的示意图。

图3是本实用新型实施例纱条监测器输出波形的示意图。

具体实施方式

参照图1，纺纱纱条数字信号实时监测的装置，包括纱条监测器和锭位控制

器3、段位控制器9，纱条监测器3由对射式光电发射管、光电接收管和监测器框架两臂5和8组成，监测器框架两臂5和8内侧的光电发射管和接收管的发射和/或接收窗口6上设有约束或聚焦光束尺寸的窗口结构，光电发射管发射光束经过的路径称为光路，纱条监测器3光路设置在靠近导纱器4的导纱孔部位，纱条监测器3与锭位控制器3组合一体，锭位控制器3安装在导纱板2上。

图2为本实用新型实施例纱条监测器21与锭位控制器、导纱器、导纱板一体

化组合的示意图，结合图1图2，从前罗拉钳口输出的纱条1经过导纱器4、26后随钢丝圈12回转，气圈顶部的纱条在导纱器4、26的导纱孔25中回转，接近并经过监测器框架两臂5和8上的窗口6、22时，周期性阻断光路，光电接收管产生数字脉冲信号。

所述的纱条监测器3、21与导纱器4、26一体组合，纱条监测器框架两臂5和8

设置在导纱器4、26两侧，纱条监测器3、21的光路23从螺旋式导纱器4、26侧面的螺旋之间穿过导纱孔25，或者使光路从其它类型导纱器的侧面穿过导纱孔。

所述的光电发射管与光电接收管设置在外形为“u”形的纱条监测器两臂5

和8里面，两臂内侧光路23窗口6、22设有约束和/或聚焦光束尺寸的结构。

所述的监测器框架两臂5和8内侧的光电发射管和光电接收管的接收和/或发

射窗口6、22上，设有约束光束尺寸的小孔或窄缝。

所述的监测器框架两臂5和8内侧约束光束尺寸的窗口6、22为小孔，小孔直

径为0.1～1.0毫米，或者0.2～0.8毫米，或者0.3～0.6毫米。

所述的监测器框架两臂5和8内侧约束光束尺寸的窗口6、22为窄缝，窄缝宽

度为0.1～1.0毫米，或者0.2～0.8毫米，或者0.3～0.6毫米。

所述的监测器框架两臂5和8内侧的光电发射管和光电接收管的接收和/或发

射窗口6、22上，聚焦光束的为光学聚焦透镜。

所述的光电发射管与接收管为红外线激光或红外线光电发射管与光电接收

管，光电发射管与接收管带有高聚焦度光学聚焦透镜。

在光束约束和/或聚焦的情况下，设置光电接收管处于数字量接收状态，在

无纱条时为高电平，有纱条遮光时为低电平，或者在无纱条时为低电平，有纱条遮光时为高电平。

由光电发射管、光电接收管和监测器框架组成的光束对射或反射式纱条监测

器，监测器框架两臂内侧光电发射管和接收管的发射和/或接收窗口，设有约束和/或聚焦对射光束尺寸的结构，光电发射管与光电接收管光束受窗口约束和/或聚焦结构的作用，发射和/或接收的光束细小，原理上光束尺寸接近或小于纱条直径，被约束和/或聚焦的光路通道靠近或从侧面穿过导纱器的导纱孔，气圈纱条在导纱孔中每回转一转，分别在纱条接近光电发射管窗口和纱条接近光电接收管窗口时，对纱条监测器的光束形成两次遮挡切割，光电接收管输出为高或低电平的数字脉冲信号。

纱条监测器光路23设置在靠近或从侧面穿过导纱器4、26，并且通过光电发

射管和接收管的发射和/或接收窗口6、22对光束尺寸进行约束和/或聚焦，可以在纱条回转直径相对稳定或固定的情况下阻断光路，有利于监测信号对时间、

卷装、品种或锭间的一致性，特别对于获取须条直径相关的脉宽信号，更为重要。

由于回转气圈纱条对被纱条监测器约束和/或聚焦对射光束的完全或接近完

全遮挡，纱条回转切割光束使光电接收管直接产生数字脉冲信号。数字脉冲信号具有信噪比高、抗干扰性能强等优势，非常有利于锭位控制器、段位控制器和机台控制器的运算或通讯处理，与机台设定的正常工艺脉冲频率、脉冲宽度进行比较运算，提取出各锭位表征正常锭速、异常锭速、断头频次、纺纱效率和纱条品质及其变异等信息。

在锭位纱条数字信息采集中，纱条回转一圈产生对光路的两次切割，如图2，

在光电接收管接收信号s上产生两组间隔为t1和t2脉冲，两次切割中由于纱条距离光电接收管的距离不同，或者对射光路偏离气圈回转中心线，实际监测到的t1、t1与t2、t2是不一定相等的，因此在计算纱条回转频率、回转速度和纱条

直径相关数据时，应该应用以下算式计算：

纱条频率f＝1/t＝1/(t1+t2)；

纱条转速n＝60/t＝60/(t1+t2)；

纱条直径d∝(t1+t2)/(t1+t2)。

当然由于纱条回转频率、回转速度需要的计算精度不高，可以认为t1＝t2，

则简化计算为：纱条平均频率f＝1/2/t1，或f＝1/2/t2；纱条平均转速n＝60/2/t1，或n＝60/2/t2；

纺纱纱条数字信号实时监测的系统，包括纺纱纱条数字信号实时监测的装置、锭位控制器、段位控制器、机台控制器及其配套软件、与机台控制器的通讯部分、锭位联接部分、供电电源部分、警示信号部分等，每4～20个锭位设置一个段位控制器9，多个锭位控制器3采集到的锭位信息输入到段位控制器9，由段位控制器9集中处理，一方面段位控制器9里的信息处理模块反馈出锭位和段位警示信号，同时段位控制器9里的通讯模块将处理后的信息发送到机台控制器。

锭位控制器3和段位控制器9接收到警示信号，使锭位指示器7、24和段位指

示器10发出警示，为值车操作提供锭位和段位状态信息。连接锭位与段位的电源线和信号线设在导线通道11内。

利用锭位纱条光电数字脉冲频率和脉冲宽度信息进行整机通讯与运算，可以

获得包括单锭和整机实际产量、单锭和整机实际效率、重复断头锭位、管纱成形不同阶段断头数、锭子实际速度及其变化率、纱条直径及其变化率等生产管理所需的实时数据，也可按照用户需求扩展其它统计数据。断头信息可以扩展应用，如实时驱动粗纱停喂，和吸棉风机的动态降频节能等相关应用。

纱条直径及其变化率的计算，可以通过分长度片段计算单锭平均直径和单锭

均方差变异系数、锭间均方差变异系数，通过标定、修正或拟合获得品质考核所需的线密度和纱疵数据。也可以间接反映纱条毛羽等外观品质指标。

与现有技术相比，本实用新型主要结构特征与应用效应归纳为：

1)工艺技术合理：纱条监测器对纱条回转信息直接数字化采集，以较低信息采集与处理成本、较稳定的监测数据和较高系统性价比，实现环锭细纱机每个纺纱锭位的实时锭速信息、断头信息和纱条品质信息采集；

2)采集信息优化：激光或红外对射或反射光束靠近或穿过导纱孔可以获得稳定和高占空比脉冲信号，信息稳定可靠，用数字脉冲周期表征气圈转速信息，用数字脉冲宽度与脉冲周期表征纱条直径信息，用无脉冲信号表征断头信息；

3)结构简洁精巧：对激光或红外对射或反射光束进行约束或聚焦处理，直接产生实时锭位数字化监测信息，数据处理简便，抗干扰性能好，纱条监测器与锭位控制器一体设置，与导纱器一体固定或安装在导纱板上；

4)功能多元实用：实时在线实现对锭速状态的监测，断头锭位、段位或车侧位的警示，和纱条品质的监测，获得与锭速、断头和纱条品质相关的原始数据和统计数据，用于纺纱生产工艺技术、运转操作、设备维护等管理考核；

5)进步效应独特：增加采集到的与纱条品质相关的数字化数据，是关乎纺纱工艺技术管理中品质监控的纺纱主体工程大数据，对这个关键部位的大数据进行深度挖掘和智能化运用，可以产生超乎想象的纺纱工艺技术进步。