专利名称：二次抽样纤维测试系统的制作方法
背景技术：
本发明总体涉及一种用于处理如棉花这样的纤维材料的方法和装置。特别是，本发明涉及一种用于优化棉花品质的轧棉处理方法和装置。
术语“棉花”用来指“籽棉”或“皮棉”。籽棉是具有与花纤维紧密生存苗种的棉株的原始天然花。皮棉是去掉种子的花纤维。
轧棉包括干燥和去掉籽棉中的杂物、使苗种与皮棉分离、去掉皮棉中的附加杂物、压实皮棉和打包棉卷。根据处理设备的机械性能，轧棉机每小时可将150000磅的籽棉加工成12000磅的皮棉，并将其打包成500磅的棉卷。不言而喻，轧棉系统由若干不同种类的处理设备或装置构成。每台设备可用来影响皮棉产品的一种或多种物理性能。
轧棉处理后的皮棉质量性能参数受到原始天然性能参数和轧棉处理过程中所承受清洁、干燥或增加水分的形式和程度的影响。纤维颜色、长度、强度和密度是其性能质量的天然属性。水分和杂物的存在可从外部影响对机械作用变化敏感的性能参数。研究表明棉花纤维的表观强度与纤维水分含量成正比，因此，在高水分含量的情况下，强度较高。因此，当通过干燥使纤维水分含量降低时，表观强度就下降，在轧棉过程中纤维断裂的频率就会增大。
作为一种吸湿的材料，棉花的天然水分含量根据周围空气的相对湿度而变化。在高湿度时期所收获的棉花的水分含量可高达12％或更高，而在低湿度时期所收获的棉花所含的纤维水分仅有4％或更低。因此，为在预定水分含量下轧出皮棉的轧棉过程除了要将待处理的棉花中的水分除去以外还必须准备添加水分。尽管如此，在美国大部分棉花是以标准程序进行处理的，而没有考虑存在于一次直接批量处理中的实际数量的杂物或水分。因此，一些棉花可能过于干燥或经过多个清洁机进行处理而超过了原先存在于棉花中的杂物含量所必需经历的处理次数。这种不必要的处理或非常有害的处理可导致纤维质量降低，而成本和／或处理时间增大。
由于美国大量的棉花作物是在低湿度时期收获的，且进入轧棉处理的棉花的纤维水分为4-5％，因此，通过在纤维与种子分离之前增加水分，以及通过减少纤维在轧棉台和皮棉清洁机中的断裂数目来进行皮棉清洁，从而提高这种棉花的平均纤维长度。但是，恢复所轧皮棉的水分不会增加纤维长度。另外，带有9％或更多纤维水分的棉花既不能平稳地进行轧棉也不能经皮棉清洁机进行适当的处理。因此，对于轧棉生产和产品质量方面，建议纤维水分含量为6．5-8％。
清除杂物主要与市场等级和价格经济状况有关。但是，存在一个降低回报的因素，在此纤维和棉籽损坏以及重量的过度损失抵消了进一步清除杂物所带来的好处。大多数现代轧棉机包括可处理所预料的存在于工作区域中的大多数恶劣杂物状况的清洁设备。最好根据进入棉花的杂物含量来具体使用该设备，而且，由于清洁机的棉花是可使用的，因此清洁机的棉花就不必经过每个清洁机来进行处理。清除杂物应当限制到必须产生由棉花颜色所确定的等级。在不增加棉卷价值的情况下，过多的清洁会减小重量。
一种优化棉花处理程序的方法是控制设备(如干燥机)的温度并绕过待处理特定棉花所不需的某些设备(如籽棉清洁机和皮棉清洁机)。通常，在轧棉处理过程中，不用对如杂物含量、水分含量、颜色、纤维长度、长度变化、纤维强度、纤维延伸率和纤维厚度等棉花的物理性能进行监控。因此，不存在可确定用于优化皮棉产品质量、级别或等级的处理程序的系统或方法。由于没有可用于确定优化质量程序的方法，也就没有可用于进行优化质量程序的装置或设备。
改变在普通轧棉系统中使用的清洁机数量需要使系统停机并且需要人力来手动改变阀的结构布置。对于那些装有流动顺序转换阀的轧棉系统而言，估计至少需要5分钟来切换单个轧棉台的皮棉清洁装置上的阀。在串行或并行处理路线中，轧棉机通常具有三台或更多台皮棉清洁机，但不是所有的都装有支路阀。
在普通的轧棉系统中为了绕过一台设备(如皮棉清洁机)，棉流经过直接位于皮棉清洁机之前的轧棉台后就停止下来。如果装有阀，通常可用手将通向所要绕过的设备的材料流管道中的阀关闭。然后被绕过的设备就停止运转。为使被绕过的设备恢复在线运转，工艺过程必须倒过来。为了绕过一台设备、例如籽棉清洁机或干燥机，所有前面的设备都必须停下来，因此，在用手切换籽棉清洁机阀时，就使整个轧棉系统的棉流停几分钟时间。
最近，美国农业部和其他部门提倡使用安装了测量颜色、水分和杂物含量的在线传感器的新设备。W．S．Anthony等人的US5058444以及US5087120和US5639955部分地披露了这种新设备。与本发明相关，这些现有技术专利文献所披露的整个内容在这里作为参考而引入。
尚未授权的美国专利申请08／691069也同时作为参考而引入，该申请披露了一种具有用于测量颜色和水分等物理性能的在线传感器的轧棉系统。另外，该申请披露了一种在系统材料流中在线测量相对杂物含量的方法。所测量的数据传送到中央处理器(CPU)。该CPU是一台中央控制计算机，该计算机具有可接收和处理在线传感器数据的计算机逻辑程序，以便于产生一个可确定棉流顺序的轧棉判定矩阵来优化棉流的经济指标。对于一个所确定的特定棉流顺序而言，适当的操作信号发送给动力操纵的流动控制器，例如位于籽棉或皮棉输送管上的由马达操纵的阀。
尽管未授权的专利申请08／691069代表了一种在在线质量性能测试新设备方面的重大进步，但逻辑程序的变量数据库仍只有颜色、水分和杂物。纤维长度、纤维长度变化、纤维强度、纤维延伸率以及马克隆尼纤维圆度和细度相对性能在现有技术的逻辑程序中未予考虑。
因此，需要提供一种在优化性能测试处理顺序的新设备中考虑了纤维强度、纤维长度、纤维长度变化、纤维延伸率和马克隆尼棉花性能以及颜色、水分和杂物的自动轧棉控制系统。因此，本发明的一个目的就是提供一种具有用于测量纤维强度、纤维长度、长度变化、延伸率、马克隆尼纤维细度以及颜色、水分和杂物的在线传感器的轧棉控制系统。
本发明的另一个目的是提供一种基本上成规格化的仪器组件，该仪器组件可沿轧棉系统的材料流动路径定位于多个位置上。
本发明的另一个目的是提供一种装置，该装置可在基本上不中断棉流连续性的情况下，从运动的轧棉处理流中抽取物理试样，以便于自动处理该物理试样来确定所输送纤维的平均长度、纤维长度变化、纤维延伸率和纤维试样的破坏强度。
本发明的还一个目的是提供几种可测量马克隆尼纤维细度的新仪器。
本发明的又一个目的是提供一种不必称量试样重量就可确定马克隆尼纤维细度的方法和装置。
本发明的又一个目的是提供一种确定棉花试样成熟度的改进的方法和装置。
本发明的还一个目的是提供一种在不用人工干预或基本上不中断棉流的情况下就可获得马克隆尼纤维性能测量值的方法和装置。
本发明的还一个目的是提供一种作为设备的独立件而基本上成规格的仪器组件，其适合于测试已从棉源(如轧棉机)取下并且作为试样人工送给独立仪器的棉花纤维。
本发明的再一个目的是提供一种作为设备的独立件而基本上成规格的仪器组件，其适合于测试已从棉源(如轧棉机)取下的棉花纤维，并且在不用人工帮助的情况下就可获得和准备好所要测试的试样。
发明概述在具有多个处理装置和用于输送夹带棉花空气流的管道的轧棉机中，流动控制装置如遥控马达阀设置在管道中，以便于有选择地包括或排除特定的处理装置。每个流动控制装置的管流控制状态由轧棉控制计算机来进行控制，该计算机根据在线棉花性能测量装置所提供的数据来按程序选择轧棉处理顺序。所测试的棉花性能是纤维强度、纤维长度、纤维长度变化和延伸率以及水分、颜色、杂物、马克隆尼纤维细度和成熟度。在需要的时候，可改写控制程序来倾向皮棉产品质量性能、皮棉级别、皮棉等级或其它这种控制目标。对于计算机控制的程序顺序的完整性而言，其关键是传送给计算机的棉花性能数据的准确性和一致性。
本发明提供在材料输送管道中由闸板式取样装置抽取出的在线棉流，该取样装置暂时收集样本数量的管流并将其压靠在管道中的透明窗口上。位于透明窗口壁面外侧上的反射式或光谱式光敏传感器对压靠在窗口壁内侧上的试样物质所反射回的光值作出响应。这种反射回的光值由光敏传感器进行检测，并用来确定试样的颜色和杂物含量。
在线闸板所获取的试样流中的水分含量由具有电阻栅的传感器进行测量。在一个优选实施例中，该电阻栅放入到管道壁中，或者在另一个优选实施例中，将其放入到闸板中。当闸板将聚集的试样压靠在壁面上时，试样物就直接压靠在电阻栅上，从而感应出经过试样的一种低的但可测量的漏泄电流，该电流值与试样的水分含量成比例。
也可使用同样的或单独的闸板试样聚集器来将管流试样压靠在管道壁中的屏栅或孔形栅格上。封闭的循环带式输送机位于管道壁外侧，并与外部大气隔离开，该输送机上载有多个梳理装置。当皮带绕封闭的循环路径被驱动时，梳理装置贴着孔形栅格的外表面通过，从而在闸板的压力作用下捋刮从栅格孔中伸出的纤维积聚碎片并搜集成纤维试样。对于象须毛一样夹在梳齿上的纤维试样而言，夹杆将试样牢牢地固定。当输送带前进时，梳理装置和所夹的纤维到达梳理台，夹在梳理装置上的纤维试样在梳理台进行梳理。第二运动增量使带载梳理装置和所夹的纤维试样前移到刷拭台，在此来使须毛纤维平行并除去疏松的纤维和异物。皮带循环路径中的第三工作台首先对须毛试样进行光学扫描，从而得到其长度外形的组合，并由此而得出长度分布数据(纤维克(fibergram))，从而由此得出平均长度、短纤维长度和长度均匀度。
然后，伸出的须毛试样夹紧在固定于载荷传感器上的钳夹爪之间，所测量的张力作用在夹紧的梳理装置和钳夹爪之间，直到须毛断裂为止。该测量的张力与纤维拉伸强度和纤维延伸率有关。
在经过长度测量／断裂台之后，保留在夹紧的梳理装置上的须毛残留物前移到落棉台，在此夹杆与梳齿脱离接触，从而松开纤维物使其进入真空清除系统。对于输送带循环路径上的每个工作台而言，设置取样梳来产生电传输数据的递增连续流，该电传输数据与所测量的纤维长度、纤维长度变化、纤维拉伸强度和纤维延伸率成比例。
马克隆尼纤维细度是根据纤维圆度和厚度而得出的一个对于纺织工业有特殊意义的棉花细度实验测量值。马克隆尼纤维细度值通过测量穿过试样的空气流而进行确定。总的纤维表面决定了流动阻力。通过传统的马克隆尼纤维细度测量过程，已知空气流量流过填充有纤维的圆筒体的预定轴向长度距离，该圆筒体具有预定体积。在整个轴向长度距离上的压力损失是可测量的，且测量值由填充容积内的纤维重量进行标称化。毫无疑问，马克隆尼纤维性能测试需要几个独立的步骤，其包括分离出测试纤维量；将该测试纤维量放入到圆筒形测试元件中；将测试流施加于测试元件并通过该测试纤维量；测量气流经过轴向长度距离后的压力降；以及称量测试纤维量的重量。
在本发明中，通过主材料输送管上的分支管来实现在线马克隆尼纤维细度测试。纤维悬浮流导入到分支管中，并将纤维沉积在多孔或穿孔活塞的端面上，所述活塞的端面构成测试元件的端壁。当支流继续流动时，纤维沿着活塞端面前的缸孔聚集并靠在多孔活塞端面上。作为一个聚集在缸孔中纤维量的指示器，对沿着缸孔的一对轴向间隔开的压力分管区进行压差监控。在预定的聚集点，分支管与主纤维输送管之间的连通断开，第二穿孔活塞进入纤维聚集容积腔中，从而将聚集的纤维压在相对的活塞端面之间。所压的聚集纤维的体积是一个已知的常量，或者通过测量来确定。在后者的情况下，压缩活塞的端面对聚集的纤维物作用预定的压力或力值。测量适当压缩力作用下的活塞端面位置就可确定其对应的容积。因此，这样进行设置，使已知的空气流量通过相对的活塞端面之间的固定容积内的聚集纤维，并测量相应的压力差。在测量了经过已知容积的压力差之后，第一多孔活塞缩回，使储存缸的轴向延伸部分与切向出口管相通。作用在聚集纤维试样的第二活塞端部上的突变空气压力脉冲使试样从测试位置进入到出口管中。沿出口管输送，并将测试试样沉积在称量台上以称量该测试试样的重量，从而得到需要进行重量称量的测试方法所需的重量。与测量的压力差和测试试样重量(测量的或实验确定的)成比例的信号传送给CPU，从而确定马克隆尼纤维细度。
附图简述本发明的其它目的和优点可通过下面结合附图对优选实施例的描述中得出。
图1A是籽棉输送控制部分的轧棉流程简图；图1B是延续图1A的流程简图，其包括两个籽棉烘燥机和一个居中的枝茎和绿叶清除机；图1C是延续图1B的流程简图，其包括两个附加籽棉清洁器、一个轧棉台和两个皮棉清洁器；图1D是延续图1C的皮棉打包台的流程简图；图2是本发明轧棉流程控制简图；图3是实际用于本发明的示例性在线棉流采样装置；图4是图3和9所示装置沿4-4的横截面图；图5是用于本发明的第一种类型的管流控制装置的示意图；图6是图5所示装置在聚焦圆6内部分的放大详图；图7是用于本发明的第二种类型的管流控制装置的示意图；图8是用于本发明的第三种类型的管流控制装置的示意图；图9是本发明在线纤维长度和强度采样测试装置的机械简图；图10是本发明纤维长度和强度性能测试装置的横截面侧视机械简图；图11是本发明纤维长度和强度性能测试装置的局部顶视机械简图12是本发明纤维长度和强度性能测试装置横截面分解侧视机械简图；图13是本发明纤维长度和强度性能测试装置的端视图；图14是图13所示装置的光学扫描元件沿14-14的横截面图；图15是图13所示装置的纤维强度测试元件沿14-14的横截面图；图16是图15聚焦圆内的元件的放大详图；图17是本发明第一实施例的在线采样和马克隆尼纤维细度测试装置在采样提取模式下的机械简图；图18是本发明第一实施例的在线采样和马克隆尼纤维细度测试装置在气流测量模式下的机械简图；图19是本发明第一实施例的在线采样和马克隆尼纤维细度测试装置在试样排出模式下的机械简图；图20是第一实施例的马克隆尼纤维细度测试装置的气流测量部分的局部放大图；图21是第一种可供选择的试样提取装置的平面简图；图22是第一种可供选择的马克隆尼纤维细度测试装置；图23是第二种可供选择的马克隆尼纤维细度测试装置；图24是第二种可供选择的试样提取装置的平面简图；图25是准备测试的须毛试样的放大示意图；图26是半自动独立测试装置的透视图；图27是用于半自动独立测试装置的箱体的透视图；以及图28A-28D是手动独立测试装置的透视图和平面图。
优选实施方案描述处理流程系统图1A-1D表示了一种典型的轧棉系统，其中，在整个附图中，相同的标号表示相同或相似的设备或元件。通常，棉花顺序地输送经过并介于封闭在空气管道内的气流中的每个处理台之间。用于籽棉流体输送的套筒式拾取输送系统中的空气流速可以是5500-6000ft／min(英尺／分钟)。用于皮棉流体输送的空气流速约为2000-3500ft／min。
棉花可以疏松的大块或以压实的模块的形式从生长地输送出来。疏松大块的输送可通过真空抽吸装置经套筒式拾取输送管10吸入到供料输送管20中。另外，铁道车或公路篷车大小的压实模块16放置在进料输送机15上，以便可控制地送入到分散头12，并抵靠在一组转动的角钉辊14上。角钉辊沿引导面将模块撕碎，并放出单个的籽棉棉桃，上述籽棉棉桃通过风机18的抽吸作用而吸入到进料漏斗17中。抽吸式拾取管11将籽棉送入到供料输送管道20中。
沿籽棉处理路线接下来的是一个未成熟棉桃和石块分离器22。机械剥离的棉花通常包含很多未加工的和未成熟的棉桃，这会使轧棉产生诸如轧棉机锯齿阻塞、籽棉辊转动出现故障、粘性物质堆积在辊箱的内表面以及轧棉台和其它设备的锯和活动表面上等问题。很多未成熟的棉桃由清除机破开，它们的内含物将水分带给了相邻的棉花。而且，水分从其它湿的植物材料传递给干的棉花，从而产生轧棉问题。棉花和棉籽特别是在未成熟时包含少量的在湿的时候就变成粘性并可造成轧棉机结胶的物质。另外，转轴式分选机和机械剥离器将地里的石块、泥土、金属碎片、根和其它重的物件分检出来。在棉花进入轧棉处理设备之前，必须将这些杂物清除掉，以免造成设备损坏、流程阻塞或失火。
一种未成熟棉桃和石块分离器是利用管流方向急剧变化所产生的离心力。疏松的成熟棉桃比重的致密物质要更紧密地跟随气流运动。这些致密物质则继续沿气流急剧变化方向的切线方向直线运动。该切向路线导入到杂物收集腔并离开系统。
籽棉进入供料输送管道20并通过未成熟棉桃和石块分离器的速度由缓冲仓24控制。缓冲仓中的传感器通过打开和关闭供料输送管道20内的阀来实现抽吸的停止和启动。
经过缓冲仓真空式集棉筒26，籽棉流就进入第一干燥机供料管道28，上述供料管道28将籽棉流输送到图1B所示的第一干燥塔30中。当棉流进入干燥机时，棉流就与干燥的热空气混合。第一干燥机排出管32将流体状籽棉流输送到第一六倾斜滚筒棉流清洁器34，以便将精细分出的物质除去，并为后续的干燥和分离处理来打开和预备籽棉。滚筒清洁机34由一组角钉辊构成，其数目通常为4-7个，其可搅拌和输送籽棉使之经过包含小开口和槽口的清洁表面。清洁表面既可是凹形的屏栅也可是栅条部件(gridrodsection)或锯齿形盘。通过滚筒作用而从籽棉中除去的异物经屏栅、栅条或盘开口落下，以对其进行收集并经废料管道36进行清除。经处理的棉流输送到真空式集棉筒38和输送管道部分39。真空供料管37在屏栅或栅格范围保持不同的压力，从而将去除的废料经屏栅或栅格偏压到废料收集箱中。
一般轧棉系统的下一个籽棉清除装置可以是枝茎和绿叶清除机40，其包括两个锯齿滚筒42和一个回收锯齿滚筒44。清除过的棉花继续经真空式集棉筒45而进入到第二干燥塔的供料管道47。由枝茎和绿叶清除机40分离的废料和弃物通过真空式集棉筒49而进入废料排出管50。
对潮湿棉花进行适当的干燥在一些方面对制造机、轧棉机和纺纱机都是有利的。干燥机通过除去多余的水分和使局部打开的毛撮疏松来调整籽棉，从而使轧棉厂更平稳和更连续地进行生产。为此，为周密设想的轧棉机提供充足的干燥能力以便于适应“恶劣情况”环境。但是，过度的干燥会带来质量问题。过度干燥所造成的损害来源于以下两个方面纤维太热和过多的纤维断裂。经机械清洁机、轧棉台和锯齿形皮棉清洁机处理棉花，棉花太干和太脆都会导致纤维损坏，并减小了纤维的平均长度。如果使用第二干燥塔52，材料流经第二干燥机排出管54排出而输送到图1C所示的第二倾斜滚筒清洁机56中。当角钉滚筒将籽棉从滚筒列上部和下部送过时，屏栅抽气管59所抽的真空可透过棉流和屏栅或栅格来抽吸空气。通过角钉滚筒的撕扯而疏松的棉花内的干燥杂物经屏栅或栅格而抽入到废料收集箱中，以便经废料管道58排出。所接收的棉花在倾斜滚筒的顶部排入到真空式集棉筒60中，并进入中间输送管道62，以便将其输送到第三倾斜滚筒清洁机64。
该第三清洁机也包括一个皮棉回收锯齿滚筒66，该回收锯齿滚筒将从棉流中收集的疏松皮棉排入到真空式集棉筒68中。通过真空式集棉筒68的皮棉可有选择地在后轧棉台棉流中进入一个空气皮棉清洁器80或进入一个受控棉胎锯齿皮棉清洁器82。来自第三倾斜滚筒清洁机64的主流接着进入螺旋输送机／分配器72，以便沿轧棉供料槽74输送到轧棉台进料组件76中。进料组件的基本作用就是将籽棉流以可控制的速率均匀地送入到轧棉台中。
轧棉台78是轧棉厂的核心。该机构可将棉籽与皮棉分离开。设备能力和质量以及所生产皮棉的潜在的纺纱性能依赖于轧棉机的工作条件。轧棉台的工作质量通常可影响除纤维强度和马克隆尼纤维细度以外的每一项所测试的纤维性能。通常紧接在轧棉台之后的是一个空气皮棉清洁机80。疏松的皮棉从轧棉台经管道而吹入到空气皮棉清洁机的腔中。当空气和棉花通过窄的废料排出口时，经管道运动的空气和棉花就突然改变运动方向。比棉花纤维重的并未被纤维紧紧夹住的异物就在惯性力作用下经上述排出口排出。
经过轧棉台78和空气皮棉清洁机80的流体状皮棉流通过锯齿形皮棉清洁机82而在凝棉网筒上形成棉卷。棉卷接着通过一组或多组压辊，并在一个非常靠近安装的进料辊和进料板或杆之间穿过而进入锯齿滚筒。每组压辊略微比前面的组转动要快一些，并产生一些细棉卷。进料辊和板夹住棉卷，这样，在锯齿抓住纤维时就会产生梳理作用。锯齿滚筒的锯齿将纤维输送到排出点处。在锯齿滚筒上时，纤维在离心力、锯齿滚筒与栅条之间的擦拭作用以及气流辅助重力的组合作用下而得以清洁。纤维可在回转刷、鼓风机或吸气机作用下与锯齿脱开。根据起作用的轧棉台的数目和能力，多个锯齿形皮棉清洁机82以并联组84或串联组的方式相互协同连接在一起。
轧棉机处理棉花的最后步骤是进行打包。如图1D所示，打包装置由一组集棉器90、皮棉滑动装置94、皮棉进料器96和压包机98构成。经过皮棉清洁机组84的清洁皮棉流排入到集棉器输送管86中。集棉器90具有慢速旋转的且具有网孔或穿孔的覆盖有金属的滚筒92，在滚筒92上所轧的皮棉形成棉卷。棉卷在落棉辊之间排入到皮棉滑动装置94中。由翼式轴流风机或高容量离心风机提供的输送空气穿过滚筒上的屏栅，并经空气管道99从滚筒的一端排出。皮棉滑动装置是将集棉器90与打包台98的皮棉进料器96相连的金属板槽。皮棉滑动装置以与水平方向成33°-45°角的方式进行安装，从而保证棉卷在不转动的情况下进行滑动。
材料输送系统如图2所示，对应于图1A-1D的上述主要处理设备由方框表示。连接设备方框的线表示棉花输送管道。管道线的箭头表示各个管道的主体流动方向。简单地说，每个处理设备都具有流入棉流线和流出棉流线。实际上，流程系统非常复杂，其具有由风机抽吸设备供能和由装有动力装置的真空式集棉筒控制的并行和分支流动路线。为此，由一个4通阀符号100来表示进出各个处理设备的流向控制。当然，每台设备实际所使用的流向控制装置可多于一个，流动路线可不同于4通阀的流动路线，或者在特定的处理设备之间可完全省略流向控制器。为理解前述情况，4通阀100A-100K提供了两个流动控制线路，初始材料流可选择性地根据需要或在中央计算机200的控制信号指令下进入毗连的处理设备或通过该设备。如果初始材料流进入处理设备，从该处理设备排出的材料流就返回到4通阀，从而可控制地回到初始材料流中。如果绕过处理设备，该设备的材料流排出管就会堵塞或连接到闭环隔离系统的入口管上。
每个阀100A-K由与特定设备用途相适应型式的马达来操纵。这种马达可通过电、压缩空气或液压来提供动力。这里，术语“马达”通常广泛地包括旋转和线性驱动的设备。因此，马达控制包括所有那些必须将计算机200的特定指令信号转换为所需要的管流控制目标的动作和装置。这种技术对于本领域普通技术人员来说是公知的，除了对应于图5-8所示的特别适合于进行管流控制的一些机构以外，这里就不在进一步进行描述了。因此，图2中连接管流控制装置100A-K和控制计算机200的线102A-K表示各个管道控制信号传送线路。
在每个处理设备之间与棉花输送管道相联的是由信号传输管线122A-L连接的传感器数据传输器120A-L。实际上，图2中的每个数据传输器120可表示多个数据传输器。每个传输器可服务于相应测试仪器所测量的一个特定的棉花性能。
棉花试样的选取图3显示了在透明轮廓中一个通常的方形横截面管道110，该管道可用于由流动方向箭头112所表示的空气夹带棉花的流体式输送。沿一个管道边缘壁面104的是一个试样沉降装置114，其具有位于侧壁118之间的底面116。沉降装置底面116内的装置是透明窗口124和穿透底面116的孔阵126。铰接在相对侧壁118之间以便与平行于底面的轴136一起转动的是铰链门130。如图4所示的截面图所示，当铰链门转动离开管流流向时，沉降装置底面116就基本上与铰链门的上游面132隔离开来。最好，在铰链门130转动离开管流流向时，下游面134大致与管道壁104的平面平行。铰链门的转动可由任何适当可控制的动力装置进行驱动，例如由未示出的沿直线支撑的马达作用于曲柄138。
如US5087120和US5639955所描述的那样，这里作为参考引入其整个申请文件，当铰链门横向于管流流向升起时，在管流流向上，棉花的试样数量很快地堆积而靠在铰链门的上游面132上。进一步转动铰链门将积聚的棉花试样压入到沉降装置114中，从而形成靠在窗口124和孔阵126上的紧紧压实的大块棉花128。在窗口124的外侧上是光学分析仪150，其可用于检测棉花性能，如颜色和废料含量。正如1997．10．28申请的美国专利申请08／962973中所描述的那样，用于此目的的适当仪器是MotionControl，Inc．和Zellweger Uster，Inc．生产的摄像仪，这里作为参考将其引入。由压靠在窗口124内表面的棉花表面发射回的光线刺激摄像仪150发出的电信号。这些信号或其经调整后的型式被传送给计算机200，并作为与棉花颜色和废料含量成比例的原始输入数据。
充电的栅条140连接到沉降装置114的底面116上，其包括至少两个平行的导体线路。导体元件是不绝缘的，以便在铰链门转动而将积聚的棉花压靠在栅条140上时，可直接与聚靠在铰链门130之上游面132上的棉花电接触。平行电路之间的漏泄电流可由作为可变电阻的压实棉花试样来导通。棉花试样128的电阻值与棉花试样的水分含量成正比。在平行电路之间的电压已知的情况下，试样水分含量与相应的电路电流量成正比。因此，电流值就作为试样水分数据而传送给计算机200。
在另一个实施例中，检测水分含量的平行导体电路可以靠在铰链门130的上游面132上进行连接。在1997．11．4申请的美国专利申请08／963855中详细描述了水分传感器，这里作为参考将其引入。
靠在铰链门130的上游面132上的积聚棉花试样128在铰链门的转动作用下就被压入到沉降装置114中，而且还被压靠在孔板126上。因此，纤维两面凸起的凸边就从孔板126的外侧伸出。如图4和9所示，闭合行程输送机或环形输送带160绕着多个链轮164运动，上述输送带具有多个固定在其上的梳理装置162。如US5178007所描述的那样，每个梳理装置装有一个转动的尖齿载运器。该输送带固定到管道110或其它刚性支架结构上，以使贴近孔板外表面运动的梳理装置162与棉花凸边142的列阵对准。梳理装置162的运动带动伸出的尖齿经过凸出的棉花凸边142，从而搜集棉花纤维的子样。
根据其外表形状，有长的、细的、扁平的和成束的各种不同纤维长度，因此，该子样可称为“须毛”。最好，输送带的运动随着相应于若干须毛样本与测试台166、168、170和172之间的最小间隔距离的皮带运动距离的每次增加是周期性间歇的。皮带上相邻的梳理装置162沿输送带的位置间隔最好对应于皮带的运动间隔。输送带运动之间的固定或停止间隔由在多工序过程中最大须毛试样处理时间确定。通常，停止时间由长度／强度测试仪170一次完整循环所需的时间来确定。输送带160的运动由未示出的马达来驱动，该马达与带输送链轮164中的一个相连接。对皮带驱动马达的操作控制可由中央计算机200来进行，但这不是必须的。除了纤维性能数据传送给计算机200以外，输送带160的操作必须独立于计算机200的操作。
铰链门130的试样搜集也是一种周期间歇的操作过程，其包括试样清洁过程。在压实的棉花试样128进行至少一次视频扫描以及至少一个子样须毛搜索之后，铰链门130转动离开压实的试样128，并转入到下游的流向沉降装置144中。由管流主流112所引起的法向边界层扰动和抽吸作用将压实的试样128从试样沉降装置114中清除掉并使其脱离铰链门130的上游面132。
进行马克隆尼纤维细度测试的管流主流112的代表试样最好由图3所示的分支管180来抽取。有很多种公知的技术来使小的材料流脱离大的材料流，大多数将包括在分支管180中靠近其与主管100的交界部182的地方形成的局部真空或较低的绝对压力区。在图3的例子中，设置铰链门130在靠近交界部182的主流方向上产生局部静压增量。沿离开交界部182的分支管180所产生的较小排出吸力可将棉花微粒从主流中抽出而进入分支管180。分支管180的稳定抽吸源可方便地通过处于分支管道内的盘形阀184来进行控制。该盘形阀的轴是可转动的，例如通过曲柄186和未示出的直线马达。
图21表示了另一种用于马克隆尼纤维细度测试或其它测试的试样抽取方法和装置。通过适当的装置(例如回动夯锤146)来压输送管110内所积聚的棉花试样128，并将棉花垫128压靠在梳理滚筒148的转动尖或齿149上。管道壁104上的槽口158可使齿149的周边略微伸入到积聚的棉花垫128中。齿149从积聚的棉花垫128上刮下的纤维可在齿149的载运下运动到梳理滚筒148的转动弧线与旋转刷246之间的转动辊隙188中。这里，快速旋转的旋转刷246将试样从梳理滚筒的齿上取下。在靠近旋转刷246周边的地方具有抽取口的真空管248将刷针夹持的纤维抽入到用于将其输送到马克隆尼纤维细度测试腔的管中。
在另一个实施例中，棉花试样并不是自动地从轧棉机中的棉籽流输送到测试设备中。在这些可供选择的实施例中，棉花试样以其它的方式获得并将其输送给测试设备的独立部件。独立的测试台可包含这里所描述的所有测试或多种不同测试组合中的任意一种，这些测试包括纤维长度测试、纤维长度分布测试、纤维强度测试、纤维延伸率测试、纤维水分含量的测试、纤维杂物含量测试、纤维杂物识别测试、纤维颜色测试、纤维颜色分布测试、马克隆尼纤维细度测试和纤维成熟度测试。最好，独立测试台包括纤维长度、纤维水分和纤维颜色测试台。
在图26所示的实施例中，大块棉花试样被送入到图27所示的腔室或箱体402中的测试台400中。腔室或箱体402最好包括若干种识别器，以便每个腔室或箱体402可由测试台400唯一地识别出来。实现上述过程的一种方法是在每个腔室或箱体402上设有一个可移去的条形码标签404，它可由测试台400进行扫描，测试台400所要进行的所有测试都与该条形码标签相关。腔室或箱体402被载放到一个自动分段运输和移位系统中，例如放在移动输送带406上。在这种方式下，在测试台400仍忙于对先前所运到的腔室或箱体402进行测试的同时，装有新的棉花试样的腔室或箱体402就可运到测试台400并在此放下。在当前腔室或箱体402上的读数完成后，分段运输和移位系统就递增，在下一个腔室或箱体402内的棉花试样可进行测试时，就使该下一个腔室或箱体402移动就位，同时将先前的箱体放到输出装置上，例如放在另一个移动输送带408上。前面测试的棉花试样就自动运到一个储存台，并及时将其从储存台上取下。
在该实施例中，子样最好从装在腔室或箱体402内的棉花试样中取得。在取得子样的过程中，棉花试样最好完全打开。换句话说，取得子样的过程趋向于最大限度地一一列举棉花试样中的纤维。图24显示了一个这种类型的试样选取装置，其包括一对以相反循环移动方向驱动的闭合环带350和351。环带350的部分段382与环带351的部分段384相互配合来确定出两者之间纤维截取区380的边界轮廓。沿相对于各个环带的相反方向运动，这些环带部分段382和384就会聚在共同的狭口区386。
带351由输送辊352和353驱动，输送辊相对于支架板354具有定位轴。输送辊355、356和357的转动轴固定在移动臂358上。输送辊355的转动轴还由摆杆360进行约束，摆杆360具有一个与梳理滚筒362的转动轴共同的相对端转动轴。输送辊355和350的转动轴也限制在固定于支架板354上的导槽路径366和368中。移动臂358随着杆370从动力缸372中伸出而进行移动。杆370的这种伸出使环带350绕梳理滚筒362的轴线平动，同时导槽366和368可保持环带350相对于环带351的取向。这种平动有选择地调整环带之间的试样截取区380的容积大小，以便使棉花微粒压实在环带之间的狭口区386中。该狭口区386流注到梳理滚筒362和364之间的旋转聚集区。完全打开的棉花微粒从梳理滚筒的聚集区排出，就吸入到真空吸嘴374中，以便经排出管376输送到马克隆尼纤维细度测试腔或其它的棉花性能测试仪中、例如棉花成熟度测试台中。
在另一个实施例中，用于马克隆尼纤维细度和成熟度测试台的子样可通过图21所示的梳理和落棉装置来取得，这里还将进一步进行描述。
最好是，用于纤维长度、长度分布、强度和延伸率测试台422的纤维子样可通过使用位于绕行带上的梳形取样装置来取得，这里还要进一步详细地进行描述。梳齿以一种或多种不同的方式来接触箱体402内的棉花。例如，梳齿可穿过箱体402顶部、底部或侧部上的槽口410来与棉花接触。另外，梳齿可从箱体402顶部、底部或侧部上的孔412处将棉花子样取下，从另外的侧部进入箱体402的夯锤418可穿过孔412来压棉花。
用于纤维颜色、颜色分布、杂物含量和杂物识别的子样最好通过使用夯锤418挤压箱体402内的纤维试样来取得，夯锤418可穿过箱体402一个侧面上的开口414进入，并将棉花子样压靠在棉花性能测试台420的透明板上，该测试台设置在箱体402的相对侧面上的第二开口416附近。在同一个实施例中，纤维水分测试台设置在透明板附近，而在另一个实施例中则设置在夯锤418的端部处。
在图28A-28D所示的又一个实施例中，独立测试设备不是从腔室或箱体402中取得子样。在该实施例中，子样以另一种方式进行准备，例如通过手动打开棉花试样并将其单独地放置在所要进行测试的测试表面或测试腔的附近或内部。例如，用于测试水分含量读数的试样与水分传感器系统424接触，用于测试马克隆尼纤维细度读数的试样放置到马克隆尼纤维细度测试腔426中。另外，用于测试长度、强度、延伸率和纤维长度分布读数的试样放置在孔形栅格428的顶部上，在此梳齿可取得子样。因此，这是本发明的一个手动操作的实施例，其可用于具有较低产品容积的轧棉机中，或用于原棉在整个时间范围内具有非常均匀的性能而不需要使用其它实施例中的完全自动进行控制的轧棉机中。
在该实施例的一个优选结构中，纤维容纳装置(例如活动板430)以固定的方式将纤维试样压实和限制在板430和周壁(如测试表面432)之间。纤维水分测试台424可设置在活动板430中或测试表面432上。纤维颜色测试台436最好设置在测试表面432一部分内的透明光学窗口438附近。
孔板428最好设置在测试表面432中的光学窗口438附近。活动板430穿过孔440来压一部分棉花试样。这部分棉花试样由位于孔板428另一侧面的梳齿咬住，并带到一个纤维测试台，例如纤维长度测试台。梳齿可以是绕行的取样装置的一个部件，这里还要进一步进行详细描述。另外，梳齿可以是单个的梳，其沿通向刷拭台的路径运动且接着向测试台运动，然后沿相同的路径返回来以取得另一个子样。在优选实施例中，梳齿可相对于棉花试样移动，而棉花试样相对于测试设备的其它部分保持固定不动。因此，子样梳齿可相对于测试设备的其它部分移动。这大大地简化了子样处理过程的机械操作，并可同时在纤维长度子样测试所选取的同一纤维试样部分上进行其它测试，例如水分含量和杂物含量测试。
控制台442可用于进行识别和输入所测试纤维试样的其它信息。这些信息可通过键盘446或条形码阅读器444进行输入。信息和测试结果可显示在显示器448上。
管流路线如图5和6所示，其显示了一个用于锯齿形皮棉清洁机82I的典型管流路线选定装置。此后所要描述的对应于皮棉清洁机82I的相同的管流路线原理也可用于轧棉机系统中的其它材料处理和调整设备，例如干燥机和未成熟棉桃分离机。
对于所选的例子来说，过渡管道106I和108I将流动控制器100I(4通阀)与主流管道110I相连。在主管道110I和过渡管道106I和108I的结合部之间是管流阀门196I，该阀门可在线性马达197I的作用下大约转过四分之一圆周。管流阀门196I可阻挡上游管道部分110I和下游管道部分110J之间的主流流动。当所设置的管流阀门196I可阻挡管道部分110I和110J之间的主流时，线性马达199I工作，从而将管流阀门198I转动到使上游管道部分110I和入口过渡管道106I之间实现通流连接的位置。另外，线性马达194I工作以使流动控制器切换板190I定位，以便于使入流与出流隔离开来。因此，沿管道部分110I运动的材料流所夹带的棉花就导入到过渡管道106I中，并最后进入到皮棉集棉器供料槽81I中。从皮棉清洁机82I出来，排出管86I输送材料流使其返回到流动控制器100I，并从此处进入到排出过渡管道108I中，以便于返回到主流管的下游部分110J中。
在另一种情况下，图5和6所示的管流路线选定装置转动主流阀门196I，从而将上游管道部分110I和下游管道部分110J之间的主流打通。同时，转动管流阀门198I以将上游管道部分110I和过渡入口管道106I之间的结合开口关闭。尽管进入清洁机82I的主流由管流阀门198I堵住，但由于抽吸动力控制方面的原因，处理设备必须与主输送管道110J切断。因此，管流切换板就转动到将清洁机入口和排出管81I、86I与管流控制器出口108I和主管110J切断的关闭位置上。
图7是本发明自动流动控制之另一个实施例的简图。在该实施例中，管流阀门212由旋转致动器214关闭，从而将主流上游部分110B与下游部分110C切断。同样地，遥控旋转致动器218也可确定管流阀门216的位置，从而将主流管道110B与流动控制器入口106B接通。因此，遥控旋转致动器211确定4通阀100B的流动切换板210的位置，从而将进入倾斜滚筒清洁机34的材料流与排出的材料流39切断。同时，4通阀100B将滚筒清洁机的排出管与阀的排出管108B和主流下游部分110C相连接。
如果材料性能测试数据确定了不必也不需要经过枝茎和绿叶清除机40来处理材料流，那么，遥控旋转致动器226就操纵管流阀门224将清除机40的入口管106C与主流110C切断。管流阀门220由旋转致动器222操纵，从而将主流部分110C与下一个顺序的材料流部分110D接通。
图8所示的本发明实施例在流动控制器入口106B和主流管道110结合部的地方连接一个Y形接头228。在该实施例中，管流阀门212和216基本上是平行摆动，因此其可由一个致动器进行操纵。
纤维长度和强度测试如图9所示，在输送带梳理装置162抽取纤维子样须毛161后，输送带第一运动增量将输送带上的梳理装置停在第一刷拭台166的前面。该第一刷拭台166最好包括一个具有硬金属丝梳针的旋转梳理滚筒167，以便调整须毛的单个纤维并解开被称为“棉结”的缠在一起的纤维束。空气气流作用在旋转梳理滚筒上，从而清除滚筒梳针上的棉结并使纤维疏松。
输送带的第二前进增量使夹着梳理须毛161的带载梳理装置与旋转刷拭台168的运动路径对准。刷拭台168固定在直线轴承169上，并通过未示出的第二步进马达来驱动使其可控制地在最靠近带载梳理装置162的操作位置与远离梳理装置162运动路径的非操作位置之间运动。先前梳理过的须毛现在被带到易弯的细梳齿旋转刷154和配合板156之间的缝隙中。当刷拭完成时，刷拭台168沿直线轴承169所确定的运动路径返回而离开输送带。
输送带160的第三前进增量使从带载梳理装置162伸出的被梳理和刷拭过的须毛161与长度／强度测试仪170上的抽样口230(图9未示出)对准。作为一个装置，长度／强度测试仪170在未示出的第三步进马达驱动下沿直线轴承176往复运动。如图10-16所示，测试仪170由具有前壁板232的外壳包着。如图14所示，外壳前壁板通过“浮动”支承件支承着一个刚性的透明导向板233，该“浮动”支承件可允许玻璃透明导向板233相对于前壁板232有限度地独立运动。导向板233上的抽样口230将上部透明导向部分234和下部透明导向部分236之间的板分隔开。上部玻璃透明导向部分234的上侧边238是一个具有磨砂凹形表面的散射光接受器。沿接受器凹面的聚焦轴设有一排多个发光二极管(LED)240。沿下部透明导向部分236的下侧边设有一个长的大面积光敏传感器242。该光传感器的临界敏感元件相对固定以保持对准。抽吸管244从外壳内将空气抽出来促使空气气流进入须毛口230。当测试仪前壁在步进马达转动驱动下沿直线轴承176向输送带运动时，进入抽样口230的空气气流确保须毛161穿过抽样口230。
须毛161穿过抽样口230阻碍了标定光从上部透明导向部分234传输到下部透明导向部分236中，因此，影响了光敏传感器242所发出的信号值。当须毛伸入到抽样口230中时，通过使光敏传感器信号值与测试仪170的位置相协调，就可确定所选须毛的最大纤维长度和纤维长度变化。步进马达的驱动角度位置将测试仪170的相对位置以非常精确的方式发送给测试仪控制程序。对应于从材料主流中抽取的每个须毛子样的纤维长度和纤维长度变化值与预定数目的前述值结合，从而产生一个样本平均值。
检查由长度／强度测试仪从试样须毛中所获取的数据是有益的。当须毛在上部和下部透明导向部分之间前移时，由光敏传感器242所检测的穿过抽样口230的光透射性的初始衰减就表明了须毛中最长纤维的前端侧边到达此处。该到达信号与位置参考点的同步步进马达信号相关。在须毛继续穿过的情况下，这种相关关系就一直继续下去，直到光敏传感器242的信号基本上保持不变为止。在该位置点处的步进马达信号由控制程序记录以便分析参考点的前端侧边和信号稳定点之间的线性差异。由稳定的光敏传感器信号可推断出须毛中所有的纤维至少长到足以中断从抽样口230通过的光线。因此，抽样口位置的标定表示了须毛中最短的纤维。即使进一步使须毛伸入到抽样口中，也不会有额外的光传输损失。参考点和稳定点之间的直线距离就是纤维长度的变化量。
通过迭代计算，前述的过程可推广到在长度分布评价的整体差异中使参考点和稳定点之间的中间口位置与对应于每个线性增量的光衰减量或衰减百分比相关。
对于最靠近带载梳理装置162位置的测试仪170而言，须毛161处于伸入到抽样口230的位置上，该抽样口230越过两对钳夹爪250和252(图16)之间的须毛。钳夹250具有一个对应于由线性轴承176支承的测试仪170支架的固定位置。钳夹252可相对于固定钳夹250往复运动。钳夹252的往复运动平行于直线轴承176的运动。固定钳夹250包括一个固定下爪250b和一个活动上爪250a。两对横向对称的气缸260固定在固定下爪250b上。每个气缸260中伸出的致动活塞杆262固定在固定钳夹250的活动上爪250a上。分别固定到活动上爪250a和固定下爪250b上的两个相对的钳夹爪条254a和254b与须毛口230的平面对齐并且在打开时接受须毛161。
活动钳夹252也包括固定下爪252b和活动上爪252a。气缸264固定到固定下爪252b上。气缸264伸出的活塞杆266固定到活动上爪252a上。钳夹爪条256a固定在须毛伸入平面上方的活动上爪252a上，而钳夹爪条256b固定在须毛伸入平面下方的固定下爪252b上。
往复传动机构(例如螺旋千斤顶或螺杆和齿条)由高精度步进马达174驱动，并固定到固定钳夹250的下爪250b和活动钳夹252的下爪252b上并位于它们之间。固定在活动钳夹252的下爪上的标定磁铁268与标定开关269相互配合，从而保持由步进马达角度位置信号所表示的固定和活动钳夹之间的相对位移测量值精度。另外，传动机构通过载荷或力测量传感元件270而固定在活动钳夹252上。浮动接头272可提供载荷传感元件270和活动钳夹252之间所需的校正调整。
为使纤维延伸率和强度测试稳定和合理，最好使承受破坏应力的纤维数目是已知的，或者至少抽出稳定的数目来进行测量。由光敏传感器获得的长度和长度分布数据可得出图25所示的须毛161的平面图。在须毛平面图中，平面线163的位置可相对于参考平面定位。选择线163的位置，使其穿过预定的纤维总数，而不考虑穿过须毛平面的纤维分布序列。因此，可相对于须毛161来调整测试仪170的位置，以便于对准位于须毛钳夹爪254和256之间的平面线163。这里，气缸260和264充满压缩空气，从而使活动爪250a和252a向对应的固定爪250b和252b靠近。因此，须毛161中大致确定数目的纤维就夹紧在相应的成对钳夹爪条254和256之间。在夹紧时，步进马达174驱动传动机构使活动钳夹爪250与固定钳夹爪250分离。步进马达弧脉冲乘以传动比的积确定了爪对以相当高的精度相互分离的直线距离。在爪分离的同时，载荷传感元件270将需要继续使纤维拉伸的力值测得并传送给控制计算机。继续施加控制须毛子样拉伸的力直到其断裂为止。当须毛在两对钳夹爪条254和256之间断裂时，就可确定出纤维延伸率值和其最大强度值。此后，控制计算机使钳夹缸打开。夹在钳夹爪条256之间的断裂须毛端通过抽样口230的气流作用经抽吸管244排掉。须毛161的前端仍保持固定在带载梳理装置162上。如图9所示，输送带160接着向前运动使梳理装置162与须毛清理台172对准。这里，梳理装置162的纤维夹紧机构打开，并通过刷子和真空操作将须毛残留去掉。
本领域普通技术人员可以认识到将图9-16所示的在线长度／强度测试系统定位在最关键的棉花处理过程(例如干燥和轧棉处理)之前和之后的意义。特别是，知道材料流系统中平均纤维长度在输送过程中经过一组干燥机后是否会减小是非常有益的。类似地，如果轧棉台排出的纤维平均长度减小，那么对某一上游工序进行改变是适宜的。
马克隆尼纤维细度测试马克隆尼纤维细度值的基础是由Koxeny方程导出的，该方程提供一种可靠的用于含极少数“盲”微孔的粉末的渗透性近似值。参见美国物理协会手册。该方程表征了表面上方的空气气流阻力与已知容积中的已知物质的关系。
M=(RM)2当RM=[(HMC-LMC)(LMP-HMP)][LMC+(LMP-P)]]]>和X=1+[(W-10)100]
其中，试样重量范围是8-12克M=修正的马克隆尼纤维细度值RM=原先的马克隆尼纤维细度值HMC=高标定棉花值LMC=低标定棉花值LMP=低标定棉花值的压力HMP=高标定棉花值的压力
P=测试状态下棉花的压力W=测试状态下棉花的重量(克)对于图3所示的例子，铰链门130提供了一个局部化的压力区来补充通过分支管180抽吸的外部气流，以便将主流材料试样抽入到马克隆尼纤维细度测试装置中。图17-19显示了一种试样抽取装置，该试样抽取装置利用穿孔挡板280在进入马克隆尼纤维细度测试分支管180的开口182周围形成一个局部化的压力区。象铰链门130一样，穿孔挡板280在计算机控制的未示出的旋转致动器作用下有选择地转动进入和离开主流管道110内的操作位置。
第一种马克隆尼纤维细度测试装置包括一个装有活塞294和296的缸孔292，活塞294和296位于缸孔292的两个相对的轴向端部。每个活塞294和296可在其各自的气压致动缸295和297的作用下在伸出位置和缩回位置之间往复运动。活塞294和296中的任意一个或它们两个是穿孔的或多孔的以使空气基本上可自由通过。但是，这种孔眼是非常小的，以便可阻挡和拦住经其通过的空气流中的任何皮棉。在气缸295的杆端面298和活塞294的杆侧之间是未示出的气流调整机构，当活塞294从致动气缸295伸出时，该调整机构可允许气流进入缸孔292。这种机构可以是一个透过缸孔292壁的小孔，当活塞处于缩回位置时，该小孔由活塞294盖住或封闭住。
在该马克隆尼纤维细度测试装置的一个优选实施例中，马克隆尼纤维细度测试装置的缸孔直径约为1．5英寸。缸孔192中部试样收集区X的轴向长度约为6．0英寸。在缩回的活塞294的端面平面与收集区X的上游轮廓平面之间，试样分支管180以足够小的交角穿透马克隆尼纤维细度测试装置的缸孔292壁，以使流体状皮棉流平滑地从分支管180流动到缸孔292中。类似地，在试样收集区X的下游轮廓平面与缩回的活塞296的端面之间，真空吸管300以较低的交角穿透缸孔292的壁。
在马克隆尼纤维细度测试装置的缸孔292的试样收集区X内存在一个约4．0英寸长的压力差测量区Y。如图20所示，缸孔壁292在其圆周面周围由两个平面排列的孔组302和304进行穿孔。上游孔组302通向上游支管接头306。下游孔组304通向下游支管接头308。两个支管接头可操作地连接到压力差信号传输装置310上。
如图17所示，马克隆尼纤维细度测试装置的一次工作循环可从上游穿孔活塞294缩回和从下游穿孔活塞296伸出开始。另外，旋转致动器186使盘形阀184转入到与分支管180的轴线对准在一个平面上，从而使分支管与马克隆尼纤维细度测试装置的缸孔292的试样收集区X相通。当吸管300中抽成真空时，穿过穿孔活塞296的气流将纤维从管道110经分支管180抽入到试样收集区X中。吸入的纤维不受该流动气流的影响而靠在下游活塞296的端面上，并聚集在试样收集区X中。当聚集的试样增加并压缩时，透过聚集试样的气流阻力就会增大。聚集试样的数量与穿过聚集物两侧的压力差有关。当压力差传输装置310所监测的上游孔302和下游孔304之间的压力差增大到预定的阈值时，而该阈值可表示进行马克隆尼纤维细度测试所需要的足够多的聚集试样，控制计算机就将指令信号传输给旋转致动器186来关闭盘形阀184。然后，启动上游致动气缸295以伸出上游活塞294。在此处，两个活塞294和296完全伸出，从而在缸孔292中确定了一个可变的但可测定的容积Z。该容积Z基本上由已知数量的压实纤维所占据。
当上游活塞294完全缩回时，外部空气进入缸孔192内部的通道就被封闭。当上游活塞294伸出时，这些外部空气通道就开通了。现在，真空吸管300所抽取的气流从上游活塞294的后面到达，并穿过活塞孔而进入两个活塞端面之间的聚集纤维物中。如图18所示。由于经过活塞的压力损失是非常小的值或者是一个标定的值，因此，沿容积Z轴向长度穿过压缩纤维物的空气压力损失可由压力差传输装置320来进行测量。控制计算机从传输装置320处接收对应于沿容积Z轴向长度的压力差的信号。
如图19所示，在传输装置320测量了第二压力差之后，致动气缸297就将下游活塞296缩回，使真空吸管300直接与缸孔292相通。活塞296的端面不再约束聚集纤维物，聚集纤维物就象一个塞入物一样运动到吸管300中。吸管300将上述塞入物传送给重量仪312。对应于纤维塞入物重量的信号就被传送给控制计算机200，以便与压力差传输装置310所发出的信号值相互调整来得出该试样的马克隆尼纤维细度值。
图22所示的分解组装图显示了另一种马克隆尼纤维细度测试装置。该装置仅需要一个纤维试样供料管278，该供料管278与主管体274相通。从初始输送管(未示出)流出的空气流沿主管体274经中心对准的测试腔276和流动控制球形元件287上的一对径向相对的屏栅口282流过。球形元件287还具有一个开孔285。在未示出的旋转致动器所控制的第一转动位置处，屏栅口282通向阀体284。球形元件287的第二转动位置是相对于第一转动位置旋转90°的位置，从而使开孔285通向并对准阀体284。
对应于图20所描述的压力差测量装置设置在测量腔276中。与测量腔276同轴对准的是一个多孔的或穿孔的试样压缩活塞322，该活塞322固定在活塞杆324的端部。活塞杆324具有一个可滑动地穿过主管体274的盖325。压缩活塞杆324的外端固定到未示出的回位气缸上并由其可定位地进行控制。回位气缸大体是一种双作用气缸，该双作用气缸在两个相反方向上有选择地具有压力驱动位移。另外，位移元件(如活塞或活塞杆)相对于气缸的定位是可监控的，反之亦然。在任何一种情况下，位置控制信号可引导或报告运动元件(如压缩活塞322)的相对位置。
初始输送管气流所输送的棉花微粒沉积在球形元件的屏栅口282上。测量腔276中这些微粒聚集物可通过图20所示的压力差测量装置进行检测和监控。当检测到对应于充足数量的聚集棉花试样的预定压力差时，控制程序就切断气流源，并停止额外的棉花进入测量腔。然后，回位气缸使压缩活塞322向前移动进入测量腔276，从而将预定的压力载荷作用于聚集的试样上。同时，将活塞位置报告给控制程序，从而来提供确定试样体积的必要数据。在此状态下，已知的空气流量流过压缩的试样，并经过压缩活塞322和球形屏栅口282。空气流动阻力由经过压缩棉花试样的压力损失来确定，并且是已知流量的函数。而马克隆尼纤维细度值由计算机200来进行计算，并且是流动阻力和其它已知参数的函数。
对于要得出空气流动阻力而言，将流动控制球形元件转动90°以与开孔285对准。回位气缸使压缩活塞322进一步伸出而将棉花试样推出测量腔276而进入图19所示实施例所描述的自动重量仪312。该重量数据可作为质量校准的基准。如果需要的话，所抽取的试样也可废弃或重复使用。在任何一种情况下，当试样经球形元件287排出时，球形元件的角度位置就恢复到原始试样聚集位置处。
本发明的马克隆尼纤维细度测试的第三实施例包括图23所示的装置，其中，棉花试样芯部129通过取芯冲孔器330而与较大的聚集试样128隔离开来。较大的聚集试样128可通过任意几种已知的装置、例如具有取芯孔139的铰链门130来压实。具有带刃端部332的取芯冲孔器330与取芯孔139对准。在中空的杆元件334的作用下，冲孔器本体可双向运动，并有选择地使带刃端部332与管道壁104上的圆形密封／切槽336相配合。芯部试样129不必完全从较大的聚集试样128上切下。
在槽336的圆形周边内具有一个或多个与大气相通的管壁孔338。滑板机构339可定位在管壁104的外侧，根据需要且当需要时，可有选择地封闭孔338。穿孔的压缩活塞340在取芯冲孔器330的测量腔344中同轴对准。活塞340可通过杆342轴向定位，杆342固定在压缩活塞340上，并同轴地限定在中空杆元件334的内部。抽气管346穿透取芯冲孔器本体330的圆筒形壁。测量腔344内的气压(或真空)通过压力传感器348进行测量并传送到控制计算机。
本发明图23所示的马克隆尼纤维细度测试装置在可获得完全打开的棉花试样的轧棉台和皮棉清洁机之后的整个处理过程中是非常有用的。这种完全打开的试样对于在测量腔344中保证均匀的纤维密度和试样密实度是非常需要的。
冲孔器本体杆334的动作是简单的，其整个行程运动与压实元件130是一致的。压缩活塞340的定位可通过未示出的可驱动活塞杆342的反馈控制气马达或电马达无级地控制在测量腔344中的行程界限之间。活塞340反馈控制的一个作用是调整活塞340在预定的选定范围内作用于试样129上的压力(或力)。其次，反馈控制可报告活塞340的端面位置，以便于使相应的测量腔容积在活塞340行程极限之间无级变化。
对于在压缩活塞340预定载荷作用下的试样129而言，当其占据了测量腔中的已知容积时，就可通过适当的算法计算出相应的试样129的重量。经管道346抽取的已知空气流量与传感器348所测量的相应的腔内压力相对应。由此数据组，就可计算出“无重量的”马克隆尼纤维细度值。
作为图23所示实施例的进一步应用，可确定对应于现有技术“成熟”值的棉花试样性能。根据现有技术“成熟度”的测量过程，已知重量数的完全打开的棉花被压缩到第一预定体积，已知的“低”空气流量经第一压缩体积进行抽取，并记录下压力差。接着，将同一试样进一步压缩到第二预定体积，且已知的“高”空气流量经第二体积进行抽取。“高”空气流量的压力差与“低”空气流量的压力差进行组合，从而使用标准的ASTM公式计算出纤维的成熟度。
修正的成熟度可通过使用图23所示实施例的操作过程进行确定，其中，压缩活塞340可渐进地设定为两个或多个位置。在确定相应体积的每个预定活塞位置上，经过试样的空气流量、试样的压力差和活塞载荷是需记录的数据。由这些记录数据，可确定棉花的成熟度。该成熟度的确定过程可以是递增的或连续的。
对本发明优选实施例所进行的前述描述是为了说明和解释。这些不是详尽的并且并不是拟将本发明限制为所描述的具体形式。显然，在上述教导下可作出多种改型和变型。所选择和描述的实施例是为了更好地说明本发明的实质和实际应用，以使本领域普通技术人员可以不同的实施方式利用本发明，并针对特定的使用情况作出各种不同的改型。在根据清楚、合法和合理定义的权利要求书范围进行解释的情况下，所有的这种改型和变型都处于本发明权利要求书所确定的范围内。
权利要求
1．一种用于接受箱体中的纤维试样并对该纤维试样的纤维性能进行测试的纤维性能测试系统，其包括箱体输入装置，用于将箱体放入到纤维性能测试系统中；纤维性能测试台；纤维二次抽样装置，其用于从箱体内的纤维试样中取出纤维子样，并将纤维子样提供给至少一个纤维性能测试台；以及箱体输出装置，其用于从纤维性能测试系统中取出箱体。
2．根据权利要求1所述的纤维性能测试系统，其特征在于，纤维性能测试台还包括一个马克隆尼纤维细度测试台。
3．根据权利要求1所述的纤维性能测试系统，其特征在于，纤维性能测试台还包括一个纤维长度测试台。
4．根据权利要求1所述的纤维性能测试系统，其特征在于，纤维性能测试台还包括一个纤维强度测试台。
5．根据权利要求1所述的纤维性能测试系统，其特征在于，纤维性能测试台还包括一个纤维长度分布测试台。
6．根据权利要求1所述的纤维性能测试系统，其特征在于，纤维性能测试台还包括一个纤维延伸率测试台。
7．根据权利要求1所述的纤维性能测试系统，其特征在于，纤维性能测试台还包括一个纤维颜色测试台。
8．根据权利要求1所述的纤维性能测试系统，其特征在于，纤维性能测试台还包括一个纤维颜色分布测试台。
9．根据权利要求1所述的纤维性能测试系统，其特征在于，纤维性能测试台还包括一个纤维杂物含量测试台。
10．根据权利要求1所述的纤维性能测试系统，其特征在于，纤维性能测试台还包括一个纤维杂物识别测试台。
11．根据权利要求1所述的纤维性能测试系统，其特征在于，纤维性能测试台还包括一个纤维成熟度测试台。
12．根据权利要求1所述的纤维性能测试系统，其特征在于，箱体输入装置还包括一条输送带。
13．根据权利要求1所述的纤维性能测试系统，其特征在于，箱体输出装置还包括一条输送带。
14．根据权利要求1所述的纤维性能测试系统，其特征在于，纤维二次抽样装置还包括一对封闭的环带，它们分别绕其各自的收敛引导回路运转，所述收敛引导回路部分地限定了一个纤维获取区，用于将至少一部分纤维试样压实到一个狭口区，纤维输送装置，其靠近狭口区，用于从狭口区抽取纤维子样，并将纤维子样输送到纤维导管装置中。
15．根据权利要求14所述的纤维性能测试系统，其特征在于，至少一条环带可相对于另一条环带平动，以便有选择地调整纤维获取区的大小。
16．根据权利要求14所述的纤维性能测试系统，其特征在于，纤维输送装置还包括梳理滚筒，其用于将纤维子样输送到纤维导管装置中。
17．根据权利要求14所述的纤维性能测试系统，其特征在于，纤维导管装置还包括一个真空吸嘴，其用于从纤维输送装置中以流体状纤维流的方式抽取纤维子样。
18．根据权利要求14所述的纤维性能测试系统，其特征在于，纤维获取区还包括箱体的至少一部分。
19．根据权利要求1所述的纤维性能测试系统，其特征在于，纤维二次抽样装置还包括取样梳，该取样梳可相对于箱体中的纤维试样平动，并通过箱体上的开口装置与纤维试样接触，取样梳从箱体内的纤维试样中收集纤维子样。
20．根据权利要求19所述的纤维性能测试系统，其特征在于，所述开口装置还包括一个位于箱体上的槽口。
21．根据权利要求19所述的纤维性能测试系统，其特征在于，所述开口装置还包括位于箱体中的孔。
22．根据权利要求1所述的纤维性能测试系统，其特征在于，纤维二次抽样装置还包括取样梳，该取样梳与箱体上的开口装置对准，取样梳固定在绕行带上，以便于有选择地绕封闭循环运动路径递增运动，运动路径的第一增量可使其中一个取样梳与箱体内的纤维试样接触并从中取下纤维子样。
23．根据权利要求22所述的纤维性能测试系统，其特征在于，所述开口装置还包括一个位于箱体上的槽口。
24．根据权利要求22所述的纤维性能测试系统，其特征在于，所述开口装置还包括位于箱体中的孔。
25．根据权利要求1所述的纤维性能测试系统，其特征在于，纤维二次抽样装置还包括一个梳理装置，其具有基本上从大致为圆筒形的表面径向凸出的凸起，驱动该梳理装置以使所述凸起转动而经过一个圆弧弧度，该圆弧通过箱体上的孔与纤维试样接触，所述凸起从纤维试样上取下纤维子样；一个转动刷，该转动刷设置在梳理装置附近，用于从梳理装置的径向凸起上刷下纤维子样；以及一个真空吸嘴，其用于将纤维子样从转动刷上取下。
26．根据权利要求19所述的纤维性能测试系统，其特征在于，所述开口装置还包括一个位于箱体上的槽口。
27．根据权利要求19所述的纤维性能测试系统，其特征在于，所述开口装置还包括位于箱体中的孔。
28．根据权利要求1所述的纤维性能测试系统，其特征在于，纤维二次抽取装置还包括夯锤装置，其通过该箱体上的第一开口进入所述箱体并且将纤维子样压入与设置在箱体中第二开口旁边的至少一个纤维性能测试台相邻的箱体中。
29．一种用于接受容纳在箱体中的纤维试样并对纤维试样的纤维性能进行测试的纤维性能测试系统，其包括箱体输入装置，该箱体输入装置包括一条输送带，用于将箱体放入到纤维性能测试系统中；纤维性能测试台，其包括一个马克隆尼纤维细度测试台，一个纤维成熟度测试台，一个纤维长度测试台，一个纤维强度测试台，一个纤维长度分布测试台，一个纤维延伸率测试台，一个纤维颜色测试台，一个纤维颜色分布测试台，一个纤维杂物含量测试台，以及一个纤维杂物识别测试台；纤维二次抽样装置，其用于从箱体内的纤维试样中取出纤维子样，并将纤维子样提供给至少一个纤维性能测试台，纤维二次抽样装置包括一对封闭的环带，它们分别绕其各自的收敛引导回路运转，所述收敛引导回路部分地限定一个纤维获取区，纤维获取区包括箱体的至少一部分，至少一条环带可相对于另一条环带平动，以便有选择地调整纤维获取区的大小，并可将至少一部分纤维试样压实到一个狭口区，纤维输送装置，该纤维输送装置包括梳理滚筒，且靠近狭口区，用于从狭口区抽取纤维子样，并将纤维子样输送到纤维导管装置中；纤维导管装置，其具有一个真空吸嘴，用于从纤维输送装置中以流体状纤维流的方式抽取纤维子样，并将纤维子样输送到纤维马克隆尼纤维细度测试台和成熟度测试台，取样梳，该取样梳可相对于箱体中的纤维试样平动，并通过箱体上的槽口与纤维试样接触，取样梳从箱体内的纤维试样中抽取纤维子样，并将纤维子样输送到纤维长度、长度分布、强度和延伸率测试台，以及夯锤装置，其用于穿过箱体上的第一开口进入箱体，并且对纤维颜色、颜色分布、杂物含量、杂物识别和水分测试台附近的箱体内的纤维子样进行压实，上述测试台设置在箱体的第二开口附近，以及箱体输出装置，该箱体输出装置包括第二输送带，用于从纤维性能测试系统中取出箱体。
30．根据权利要求29所述的纤维性能测试系统，其特征在于，夯锤装置还包括纤维水分测试台，该测试台设置在夯锤装置的一端，夯锤装置穿过箱体的第一开口与纤维子样接触。
全文摘要
一种轧棉处理控制系统,其包括在棉花经过轧棉机时用于测量其物理性能的测试台。水分传感器在较宽的整个取值范围上确定棉花中的水分含量。质量性能监控器可确定棉花的颜色、颜色分布以及夹杂在棉花中的废料或其它杂物的数量和种类。马克隆尼纤维细度测试装置可确定马克隆尼纤维细度和棉花成熟度。纤维长度测试仪可提供棉花纤维的长度分布、破坏强度和延伸率等信息。棉花试样从轧棉棉流中抽取,并以人工、半自动和全自动的方式提供给测试台。在全自动装置中,测试台直接与轧棉机相联。测试台还与轧棉处理控制系统相联,该控制系统利用测试台所测得的数据来自动地控制轧棉机的操作。或者,测试台安装到一个独立的装置中。在半自动形式的独立装置中,试样由人工抽取并提供给箱体中的装置,以便于测试台自动地进行二次抽样和测试。在该半自动形式下,该测试台的结构可以与全自动在线装置的结构相同。在人工形式的独立装置中,试样由人工抽取并人工送入到各种不同的测试台中。独立装置所报告的信息可用于人工控制轧棉机的操作。
文档编号G01N33/36GK1290346SQ99802739
公开日2001年4月4日 申请日期1999年1月25日 优先权日1998年2月6日
发明者H·M·戈拉施, M·A·奥弗贝, J·H·曼斯菲尔德 申请人:泽韦格路瓦有限公司