专利名称：一种纱线细度检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种纱线检测、显示装置，特别是一种在线检测纱线及相似物细度多项指标的装置。
纱线细度，如特数、不匀率、纱疵以及周期波是纱线质量的重要指标，目前用于此方面检测的主要装置有(1)Zellweger Uster Tester，它的功能较齐全，但由于采用电容式传感器，只能限于恒温恒湿条件下在实验室使用，不适于生产现场。且体积庞大，造价昂贵；(2)Mni－Uster，只能测得U％值及R·C值，且因采用电容式传感器，亦不适于在温湿度多变的生产现场使用；(3)美国专利US4963－757提出的以光敏元件做接收器的运行纱线特性的检测装置，采用二组光敏接收器，一个用于检测，一个用于比较，此方式的弱点在于二者的安装位置不同，受外界干扰的程度不同，以及二者的参数及特性难于取得一致的特点，从而影响测试结果，二套光敏接收器也使其结构复杂化。
本实用新型的目的在于提供一种结构较简单，环境干扰小，能在线检测纱线细度并快速显示结果的检测装置，它能在不影响正常生产的情况下测得正在加工中的纱线细度信息，并在几秒的时间内计算并显示出所要求的细度指标数值，并为在通用型微型计算机上绘制不匀直观图、波谱图提供了数据传输手段。
本实用新型主要由光电式检测头、保护电路、模／数转换器、微处理器、键盘、显示器、机内存贮器、机外存贮器、机外存贮器扩展接口、RS232C串行接口及磁带机接口、电源组成。光电式检测头为一组装件，其余各部分组装在一起作为主机，二部分用电缆联接，其中光电式检测头的光电转换部分只含有单一的光敏接收器件，该光敏接收器件与光源分别位于被测物的二侧，并使用一个旨在提高接收灵敏度的条缝式限制元件，主机的微处理器采用功能较强的MCS51系列单片微机，并设计有使用该系列内片内带程序存贮器或不带片内程序存贮器的不同型号芯片的选择电路，机外存贮器扩展接口中的程序存贮器可达48K字节；机内存贮器的数据存贮器为16K字节，机外存贮器扩展接口还可接48K字节以增强适应性；模／数转换器、机内存贮器、机外存贮器扩展接口、键盘、显示器、RS232C串行接口、磁带机接口均直接联接在微处理器的I／O端口上，充分发掘了该单片微机的接口潜力，简化了结构；显示器可以是LED数码管，也可以是LCD液晶显示器件，并可采用普通廉价计算器作为LCD显示器件，从而进一步降低成本。
以下结合附图进一步说明。
图1为本实用新型原理方框图。
图2为本实用新型光电式检测头光电转换部分的剖视图。
图3为本实用新型光电式检测头光电信号放大电路的线路图。
图4为本实用新型的主机电路图。
图5为本实用新型判断周期性程序的流程图。
图6为本实用新型的LCD液晶显示器驱动电路的线路图。
图1中，1为光电式检测头，2为滤波器，3为模／数转换器的保护电路，4为模／数转换器，5为微处理器，6为机外存贮器扩展接口，7为机内存贮器，8为键盘，9为显示器，10为指示器，11为RS232C串行接口，12为磁带机接口，13为电源。
其工作原理如下光电式检测头1的光电转换部分将经过其间的纱线沿自身轴向的细度及变化转换为电信号，该信号经信号放大器放大后，送至主机的滤波器2，模／数转换器的保护电路3，模／数转换器4变为数字信号，该数字信号被传送给微处理器5。微处理器5还以分时方式从上述模拟信号输入通道读取了无纱时的背景噪音信号。
数字信号输入有二个通道，一个通道是键盘8，用于手工输入有关参数(检测片段长度、纱线速度、检测内容及方式，该方式包括正常试验和迟缓试验二种方式)，另一个通道为RS232C串行接口11，输入其它计算机的信息。
微处理器5是按照已固化在硬件中的程序工作的，整个程序按MCS51机器语言编写，总长度4K字节，所计算的各项指标，即通常意义的纱线号数，不匀率CV％值和U％值，粗节、细节、棉结，及程序的编程方法为本领域专业人员所熟悉，所以不再赘述，以下说明三点1、光敏接收器输出电压与纱线细度的关系Ui＝Uo(1－di／Do)其中Ui、Uo分别为有和无纱线通过时光敏接收器的输出电压值，di、Do分别为纱线直径、条缝式限制元件的条缝宽度。
2、纱疵灵敏度所计算的粗节、细节、棉结的灵敏度分别为＋50％、－50％、＋200％。
3、周期波波长计算本程序没有采用常规的利用富氏变换求波谱的方法，而是考虑到在线检测要求速度快结构简单的特点，采用了模拟人工智能判别周期波的原理，即(1)将采样数据按所要求的波长分组求和；(2)比较各组和；(3)周期波判别。有规律，则为周期波，显示对应波长，无规律，则说明不是周期波，不显示其波长；(4)修改步长；(5)超限判别，波长没有超过设定的最大值，则重复上述(1)－(4)，反之结束。
输出方式共四种形式，一种形式为显示器9，显示功能提示符号，键盘输入的当前数值及最后计算结果，即平均特数，不匀率CV％及U％值，粗节，细节，和棉结，周期不匀的波长数值；一种形式采用发光二极管10作指示器，指示当前工作状态；一种形式为磁带机接口12，微处理器5通过该接口，将数据记录在磁带上，利用这一方式，用户可以保存数据，并可将该数据带到APPLell系列廉价的通用型微型计算机做进一步数据处理，并绘制出不匀直观图和波谱图，不需额外开支；一种形式为RS232C串行接口11，可向APPLell或IBM，长城系列等通用型微型计算机输送采样数据及信息，在上述微型计算机上画出不匀直观图和波谱图，也不需额外开支。
从经济观点考虑，交直流二用电源13可利用细纱落纱机的交流电源(36伏)或其它单相交流电(220伏)经整流稳压后供电，也可采用蓄电池及干电池供电。
图2中，2－10为外壳，它的上部开设有一个测量槽2－4，外壳2－10的底部内侧装有一个底座2－9，测量槽2－4的一侧，底座2－9的一端装有一个支架2－7，在支架2－7的一端沿水平轴线方向装有一只红外发光二极管2－8，支架2－7的另一端，红外发光二极管2－8与测量槽2－4之间，装有一个用于使来自红外发光二极管2－8的光线平行的凸透镜2－6。测量槽2－4的另一侧，底座2－9的另一端依次装有硅光电池2－1，条缝式限制元件2－2和用于防止条缝式限制元件2－2的条缝聚积飞花的玻璃片2－3。
运行的纱线2－5在通过测量槽2－4时，由于纱线2－5挡住一部分来自红外发光二极管2－8的光线，使硅光电池2－1的受光面积减小，并随纱线2－5细度的变化而变化，在硅光电池2－1的输出端便得到相应的电信号。
在图3中，IC12、IC13为运算放大器，运算放大器IC12、硅光电池E1(2－1)，电阻R21和R22构成第一级信号放大器，接收来自红外发光二极管DO(2－8)的光信号，并将其转换为相应的电信号，第一级信号放大器的输入端为浮地接法，运算放大器IC13，电阻R23，R24和R25构成第二级放大器，采用负反馈放大电路，反馈电阻为R24、R25，其中R25为可变电阻，用作增益调节经过二级放大器放大后的电信号，由运算放大器IC13的输出端输出，经电缆传输至主机。
在图4中，IC1为模／数转换器，IC2为地址锁存器，IC3、IC4为数据存贮器，IC5为微处理器，IC6为译码器，IC7、IC8为运算放大器，IC9为译码器，IC10、IC11分别为RS232C串行接口的接收器和驱动器，S1为RS232C串行接口的输入插座，S2为RS232C串行接口的输出插座，S3为磁带机接口的信号插座，K1为复位键，K2为微处理器IC5的选择开关，允许选用带或不带片内程序存贮器的MCS51系列的不同型号芯片，KB1－KB8为键盘，D8是作为指示器的发光二极管。
输入主机的模拟信号经由运算放大器IC7和电阻R3和R4、电容C4和C5组成的二阶有源低通滤波器、二极管D1和电阻R1组成的模／数转换电路保护电路、模／数转换器IC1后转换为数字信号，经数据总线送至微处理器IC5，该信号包括有纱线通过检测头测量槽时对应于纱线粗细的电信号和测量槽内无纱线时对应的电信号。在整个采样过程中，微处理器IC5读取一次采样值Xk后，在读取下一个采样值Xk＋1之前，利用其间隔时间，将刚读取到的采样值Xk输入当前数据指针指定的存贮器单元中，然后计算累加和Σi=1KXi,Σi=1KXi2,]]>当全部采样过程结束后，微处理器IC5由累加和Σi=1NXi,Σi=1NXi2]]>计算出试样的平均特数(Tex)，不匀率CV％值及U％值，再由平均直径与数据存贮器中的采样数据进行比较，即可计数出被测试样的粗节，细节和棉结的个数，最后将上述结果依次由显示器显示出来。
当用户要求检测纱线的周期波时，微处理器IC5首先从键盘KB1－KB8读入用户设定的步长2N(N≥1)，再自动检测本装置的实际有效存贮空间的大小，由此确定出相应的周期波最大波长入max，接着进行实测采样，采样后，从最小波长入min(入min与2N相对应)开始以2N为步长逐次分析各波长下的周期性。对每一种波长，先依次计算出10个半波长的采样值之和，由此进行周期性判别。图5给出判别周期性程序的流程图。当纱线粗细呈周期性时，相邻二半波采样值之和的差要交替变更符号，此时显示器将显示相应的波长数值，如果不符合上述规律，则呈随机性，显示器不显示其波长数值，修改当前波长，重复上述过程，直至波长数值大于最大波长入max为止，全部周期波检测分析过程结束，返回系统初始状态。
根据键盘KB1－KB8键入的指令或由RS232C串行接口的输入插座S1输入的上级微机指令，还可将采样数据由RS232C串行接口的输出插座S2或磁带机接口的信号插座S3输出。RS232C串行接口的输入插座S1用于计算机网络或结合APPLEII、IBM或长城系列等配备有RS232C串行接口的通用型微型计算机使用时进行自动检测的情况，由微处理器IC5在采样前及采样后进行查询来实现。
本实施例中，2－8为φ5的红外发光二极管，2－1为截面面积5×5mm2的硅光电池，条缝式限制元件2－2的条缝宽度为1.5mm，显示器为六块七段数码管。
在图6中，显示器由作为LCD液晶显示器件的普通液晶显示的计算器和晶体管驱动电路组成。计算器的原有电路、功能及操作均不改变，只需将晶体三极管BD1－BD13的集电极和发射极分别接入计算器按键KC1－KC13的二个端子即可。为利用微处理器IC5的PI口8个I／O端口，用一只译码器将P1.0－P1.2三个端口扩展为8路输出，连同P1.3－P1.7共形成13路输出。工作原理如下晶体三极管工作在开关状态，在微处理器IC5控制下，驱动器输出端分别输出逻辑电平“1”和“0”，当该电平为“0”时，晶体管截止，其集电极发射极呈高阻状态，相当于开路，此时无显示，即开关断开；当该逻辑电平为“1”时，晶体管饱和，其集电极一发射极呈低阻态，相当于短路，此时开关闭合，从而使液晶屏显示相应数字或清屏幕或接通相应功能键。
本实施例中，译码器型号为74LS138，驱动器型号为7407，晶体三极管型号为3DG6，R26－R38阻值均为100K，计算器型号为sharpEL－506H，KC1－KC11分别为该计算器的数值键0－9及小数点键，KC12为CE键，KC13为ON键。
由于本实用新型采用单一光敏接收器件的光电式转换电路，从根本上克服了采用二套光敏接收器时，二者参数性能难于完全一致的弊病，减少了检测误差，而且该光敏接收器件和光源都选用工作在红外光谱范围的元件，使外界自然光线在不直接照射的情况下，对检测的干扰降至可忽略不计的程度，又由于采用了一条缝宽度为0.3－5mm的限制元件，使检测灵敏度大大提高，加之采用了微型计算机及其接口技术，使本实用新型结构简化、功能强、精度高、性能稳定，特别适用于在不中断生产情况下，检测各纱锭正在进行加工的纱线细度的多项指标，尤其是它具有诊断周期波的功能，根据它所提供的周期波波长数据，可快速找出机械故障部位，使纱线质量得到可靠的保证，且成本低廉。
权利要求1.一种纱线细度检测装置，它由光电式检测头1、滤波器2、保护电路3、模/数转换器4、微处理器5、机外存贮器扩展接口6、机内存贮器7、键盘8、显示器9、指示器10、串行接口11、磁带机接口12和电源13组成。其特征在于光电式检测头1的光电转换部分只含有一个光敏接收器件，该接收器件与光源分别位于被测物的两侧；在光敏接收器件与被测物之间还装有一个用于提高接收灵敏度的条缝式限制元件2-2，光电式检测头的光敏接收器件将穿过被测位置能反映被测物沿自身轴线方向细度变化的光信号，转变为相应的电信号，经放大后送到主机的滤波器2，经保护电路3、模/数转换器4变为数字信号，最后送入微处理器5按予置程序进行处理。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于光电式检测头1由光源2－8、透镜2－6、条缝式限制元件2－2、光敏接收器件2－1及信号放大电路组成，其外壳2－10上部开设有一个测量槽2－4，外壳2－10底部内侧装有一底座2－9，该底座2－9一端装有一个支架2－7，支架2－7的二端沿水平轴线方向分别装有一只发光二极管2－8和一个使来自发光二极管2－8的光线平行的透镜2－6，底座2－9的另一端，依次装有一只硅光电池2－1，条缝式限制元件2－2和防止条缝中聚积飞花的玻璃片2－3。
3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于微处理器5为MCS51系列单片微机，各部分接口电路直接联于微处理器的I／O端口上。
4.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于条缝式限制元件的条缝宽度为0.3－5mm。
5.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于检测头的光源和光敏接收器均由工作在红外光谱范围内的器件组成。
专利摘要本实用新型涉及一种用于检测纱线及相似物细度指标的装置。它采用光电式传感器，将运行中的纱线的细度转换为电信号，经微处理器分析计算，可显示出被测纱线的平均细度，不匀率CV％值及U％，疵点个数及周期不匀波长。不需人工采样，不影响正常生产，信息反馈快，对环境要求低，结果稳定，特别适用于在线检测，亦可将信息记录在磁带上保存，还可联网进行自动检测。
文档编号G01B21/10GK2118290SQ9220230
公开日1992年10月7日 申请日期1992年2月11日 优先权日1992年2月11日
发明者屈建国 申请人:河北轻化工学院