专利名称：监控和/或测量运行中的丝状或线状测试材料参数的装置及其操作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于监控和/或测量运行中的丝状或线状测试材料参数的装置，该装置有一个让测量材料通过的测量缝，在其两壁上各有一个测量极板构成电容式测量元件的一部分。
目前有许多种基于电容测量原理的这类测量装置，更具体地说，一方面，有如所谓的电子清纱器，另一方面，有如匀细度测定仪。电子清纱器(对此可举出由ZellwegerUster公司制造的UsterAutomatic型)用于检测出能引起麻烦的有缺陷的纱，例如，加粗不足的，变细了的，粗细不匀的加工疵(frequentthickeningsandthinnings[Moire])。匀细度测量仪(例如ZellwegerUster公司制造的Uster测试仪，Uster是ZellwegerUster公司的注册商标)用于检测和分析细条、粗纱和纱的单位长度重量的变化。
多年来由于其高测量精度和其恒定的灵敏度，电容测量原理已得到广泛应用。除了这种基于电容原理的装置之外，也可使用测出被测材料的直径的光学测量头，特别是在不能应用电容测量头的时候要使用这类的光学测量头，例如测量可导电的线材。
不论是使用哪种测量原理，由于它们的工作原理和结构的原因，其测量头在一定程度上都受外界影响的制约，例如湿度，纱横断面的形状，相关位置材料的影响等等。尽管消除或减少这些影响有很大的好处，但在使用现有技术时还不可能实现。另一个尚未解决的问题是提供一种通用的测量头，它可用于所有种类的线材而又具有电容测量原理的全部优点。最后，随着自动化的进展，也需要提供一种能自检的测量头。
本发明希望达到所有这些目的。因此，本发明详细说明一种测量头，它比已有的测量头较少受外界影响，因而，具有通用性并且可以自检。
依照本发明这个目的可以用下述办法实现除了电容测量件之外，还使用一种光学测量元件，它包括一个设置在测量缝的一边上的光源和一个光电元件，两种测量元件共同组成的一个通用测量头的一部分。
实际测试表明，与已有的测量头相比，两个测量元件以一种共同协作的方式减少了因外界的影响而引起的精度的变动。根据本发明的这种测量头，其通用性是很明显的，力求具备的自检性能也可以下述方式获得由这两个测量元件所提供的结果之间的偏差说明两个测量元件中有一个工作不正常。
除了上述的特性之外，根据本发明的测量头还有其他优点它允许不停机测量和监控参数，而在此之前，监控尚不可能或至少不能以如此简单的方式实现。因此，除了通常监控的，如横断面和直径等参数外，还可以监控和测量其他的，例如松密度，发毛程度和水份含量。对这两种测量元件的测量值进行综合评估可获得进一步的效益和在此之前不可能获得的更广泛的应用如众所周知的那样，电容测量元件测量横断面的变化量，或更准确地说，是单位长度测试材料的重量，而光学测量元件则测量直径。所测两种数值的结合，提供了关于单位体积重量的信息，即一个可以与其物理密度相比较的参数。由此转而可以推断出有关的其他参数，例如纱捻度。
从以上的说明性而决不是限定性的叙述中可以看出，根据本发明的测量头有一系列意想不到的特性，并且更特别的是允许对一些被测物理量进行测量和监控，而在此之前使用已有的电容或光学的简单的测量头都不可能对这些量进行测量。
本发明还涉及所述装置的操作方法，其特征在于要使两种测量元件相匹配，从而达到同样的灵敏度。
下面参照例证性的实施例和附图，更为详细地解释本发明，其中
图1表示根据本发明的装置的第一例证性实施例的断面示意图，其剖面垂直于线材运动方向;
图2表示图1的第二个例证性实施例的第二种变型的细部;和图3表示本发明装置的第三种例证性实施例的断面示意图，其剖面在线材运动的平面内并与该装置的测量缝垂直。
图中所表示的装置都是用来监控和/或测量运动中的线材参数的，更具体地说是对其直径和横断面进行光学和电容监测。这些装置(也称之为测量头)中的每个都有一个带有测量缝2的壳体1，被测的线材F穿过缝2。在本文中，线材表示一种细长的诸如线、纱或纺织丝带或甚至是金属丝等的测试材料。图中所示的每一例放大比例均约为5∶1，在图2所示的例证性实施例中，测量缝2比在图1和图3中所示的宽。
壳体1是一个塑料注射成型的整件，形状为一个开口基座的盒子，它由一条用作测量缝2的凹槽分为两半3和4，一个支承该装置的光学和电容元件的支承板5插入开口的壳体基座里并用螺钉固定到壳体1上。
在图中，安装在支承板5上并位于壳体的左半部分3区域内的是一个光源6，最好用发光二极管，其发射出的光射到安装在壳体的右半部分4区域里的光敏二极管7上。测量缝2分别由散射屏8和9与发光二极管6及光敏二极管7隔开，因而在测量缝2中产生了散射照度，散射光也照射到光敏二极管7上。光敏二极管7前面的散射屏也可以设计成滤光板的结构，以滤去背景光，或者可以同时用作散射屏和滤光板。
如果一根线材F穿过测量缝2，由于纱的瑕疵而出现断面的变化(例如变粗或变细)，从而使得在光敏二极管7上的光线明暗程度，以及从其输出的信号发生变化。利用光敏二极管7输出信号的这一变化，则可以或简单地记录下上述的缺陷，或让运动着的线材F停下来消除疵点。
为在测量缝2中获得一个均匀的照明场，在发光二极管6和散射屏8之间设置了一个隔板10(图1)，或一个带有凹槽12的截头圆锥形光导块11(图2，3)，在此，对这些元件不再进一步解释，该部分内容可以参考欧洲专利EP-A-244，788，那里详细描述了附图中所示测量头中的光学元件。
如图所示，除了迄今所描述的光学测量元件之外，还设置有一种所谓的电容式测量元件，各图分别表示了电容测量元件相对于光学测量元件几种可能的结构形式。带有电容测量元件的测量头已经在ZellwegerUster公司的Uster自动型电子清纱器和在Uster匀细度测定仪上普及使用了几十年，所以可以认为上述测量是众所周知的。在大量与这种类型的测量头有关的专利中，我们可以指出的有US2，516，768和US3，009，101。
在图中，两块电容极板13、14代表电容测量元件，因为对电容测量原理已经熟知，其详图就省略了。图1和图2都表示光学测量元件与电容测量元件的测量区域重叠设置的情形。在图3所示的实施例中，这些测量区域相互毗邻设置。
根据图1，电容极板13和14分别由嵌入散射屏8和9中的导电的金属或塑料构成，它们对于光学测量元件来说是“透明”的。这里每块散射屏可以是夹心式的结构，并且上述的导电层可以用汽相蒸镀法或喷雾法(所谓阴极溅镀法)贴附在屏上。加工出导电层而形成电容极板13、14的另外一种可行的办法是用一种合适的材料例如金属做的细孔丝网。
在图2所示的实施例中，构成电容器极板13、14的导电层不是嵌入散射屏8、9中，而是让导电层贴附到散射屏的一个面上。这个面可以是朝向线材F的那个表面，如图所示，但从原理上讲也可以是背离线材F的那个表面。有关图1所作的说明，同样适用于此处导电层及其材料的设计。
在图3所示的例证性实施例中，其光学和电容测量元件没有共同的测量区，而是在空间各有一个独立的测量区。由图可知，测量区域及测量元件按照线材运动的方向顺序排列布置。在这种实施例中，两个测量元件互相完全独立。
虽然在使用图3所示的测量头时，电容和光学测量不是同时在线材的同一部分而是在线材的相邻两个部分分别进行的，但这两种测量之间的信号差异可以在信号处理中得到补偿。例如，补偿可以由在线材运动方向靠后的、作了相应的滞后处理的测量元件的信号来实现，线材F的每一部分进入上述测量元件的测量区要比进入在线材运动方向靠前的测量元件的测量区早一些。然而对于某些应用的场合，两种测量信号之间的差异不成为问题，因此该差异就不需要补偿。
因为电容的和光学的一般会有灵敏度的差异，所以必须进行调试使它们具有同一的灵敏度。这项工作最好在测量开始前自动地进行，更具体地说，用相关法或相似法，带或不带静态信号分量都可以。
为获得更精确的复合信号，最好把两种测量信号加以平均，特别是在周期或频率范围内已经完成了对信号的整形和滤波，从而对每种信号的其他更不利的外界影响进行了抑制以后。线材一插进来，即将两种测量元件调到零点一致。零点飘移由更稳定的测量元件来校正，湿度会变化的场合，放大系数由光学测量元件得出。运行中的线材F的不匀度，例如变粗、变细等等，由两个测量元件的信号的平均值来确定。斑点可以通过对光学测量元件的信号进行滤波测定出来。
对外界影响的变化的测定不用两种信号之和而是用其差，在选定外界影响的放大系数之后即可。
两种测量元件的使用也允许通过各个滤波信号分量之间的比较进行测量头的自动检测，测定测量元件工作是否正常。如果一种单独的信号分量或这种信号分量的组合出现不寻常的偏移，意味着一个测量单元失灵了，就要用假定正确的测量值对这个测量元件进行转换。如果需要，也可以只把有毛病的依赖分量切换掉或触发报警。
两种测量元件的信号可以这样测定，使得诸如疏密度，发毛程度，水份含量，外来的纤维，捻度，比重等等其他被测对象的情况都可以同时获得。
最后，同时使用两种类型的测量元件一般总会增加测量精度，这是因为两个系统的精度波动至少会部分地相互抵消掉。
权利要求
1.一种用于监控和/或测量正在运行中的丝状或线状测试材料参数的装置，该装置有一个让测试材料通过的测量缝，在其两边的壁上各有一个测量电极板构成电容式测量元件的一部分，其特征在于，除了电容式测量元件之外，还设有一种光学测量元件，它包括设置在测量缝(2)的一个壁面上的光源(6)和一个光学元件(7)，而这两个测量元件共同组成一个通用的测量头的一部分。
2.根据权利要求1的装置，其特征在于，两种测量元件连成一体安装在支承板(5)上并/或安装在同一壳体(1)中。
3.根据权利要求2的装置，其特征在于，两种测量元件依测试材料(F)的运动方向一先一后地布置，其测量区域在空间是独立的。
4.根据权利要求2的装置，其特征在于，两种测量元件相互结合，因而其测量区域至少部分地重叠。
5.根据权利要求4的装置，其特征在于，电容式测量元件的测量极板(13、14)布置在光学测量元件的光线通道内。
6.根据权利要求5的装置，其特征在于，测量缝(2)的两边以光学元件为界定边缘，优先选用散射屏(8、9)，并且测量极板(13、14)用这些散射屏支承。
7.根据权利要求6的装置，其特征在于，每个测量极板(13、14)是格网形状的或筛网形状的结构，并且嵌入相毗连的散射屏(8或9)内或贴附到后者上。
8.根据权利要求6的装置，其特征在于，每个测量极板(13、14)制作成膜状的薄层，并且是透明的，以便于光学测量元件进行工作。
9.根据权利要求8的装置，其特征在于，膜状的薄层是金属层，用汽相蒸镀法或喷涂法涂敷到散射屏(8、9)上。
10.根据权利要求8的装置，其特征在于，膜状的薄层是一种由导电塑料涂敷到散射屏(8、9)上的薄层。
11.操作根据权利要求1的装置的方法，其特征在于，两种测量元件是自动地调试到同一的灵敏度上的。
12.根据权利要求11的方法，其特征在于，调试工作是由两种测量元件的信号的相关作用实现的。
13.根据权利要求12的方法，其特征在于，两种测量元件的信号被分别整形和滤波，然后再取平均值产生一个复合信号。
14.根据权利要求11至13其中之一的方法，其特征在于，滤出并测定每个测量元件的信号中的单个分量，从而发现不正常的偏差。
15.根据权利要求14的方法，其特征在于，出现不正常的偏差值说明有一个测量元件失灵，而该测量元件的信号在测量中将不予以考虑。
全文摘要
本装置具有测量缝2，它是被测试材料F的通道，其两壁上有组成电容器的两个极板13、14。除了电容测量元件之外还有一个光学测量元件，它包括在测量缝2一个壁上的光源6和光电元件7，两种测量元件共同组成一种通用的测量头。因此，减低了先有技术中只有一种测量元件的测量头的精度的波动，并能自动校验测量头，此外还可以测定和监控早先的测量头无法测量的物理量。
文档编号G01B11/30GK1048098SQ90104139
公开日1990年12月26日 申请日期1990年6月7日 优先权日1989年6月7日
发明者汉斯彼得·劳舍 申请人:泽韦格·乌斯特有限公司