一种纱疵检测方法及系统 【技术领域】
本发明涉及纱线质量检测技术领域， 尤其涉及一种纱疵的检测方法及检测系统。背景技术 纱疵检测系统是纺织行业用来对纱线上的疵点进行检测， 并按照疵点的粗、 细程 度进行分析记录的质量监测设备， 对于改善纺纱生产工艺， 指导清纱器的应用， 获取最佳清 除效率， 达到最佳产量、 质量的统一具有重要的作用。
目前纱疵检测方法大致可分为基于电容传感的方法、 基于光电传感的方法和基于 图像处理的方法等， 其中电容传感方法由于技术成熟、 实现简单， 是目前最多使用的方法。 它的原理是利用平板电容传感器来获取纱线信息。纱线在一个由两块平行极板形成的电 容之间运行， 根据电容的物理定理可以知道一个电容器的电容量决定于两块平行极板的面 积、 板间距离、 板间物质的介电系数和板间电场的分布状况。 当板间没有纱线时板间介质基 本上是空气， 极板电容为 C1。当板间投入纱线时， 极板电容为两个不同电容的迭加形式， 其 中一个电容是由极板中空气所占据的极板空间形成的电容， 另一个电容是由纱线所占据的 极板空间形成的电容。由于这两个电容以并联方式存在， 所以可以认为此时的极板电容 C ＝ C1+C2， 其中 C1 是以空气为介质的电容， C2 是以纱线和空气的混合物为介质的电容。当 满足一定的填充条件且忽略极板边缘效应时， 电容器的容量与极板间的纱线质量近似成正 比。疵点从极板间经过会引起电容量的改变， 后接电桥电路即可将电容量的变化转换为电 压信号的起伏， 并通过控制模块将电压变化量与预先设定的基准进行比较判断， 从而实现 对疵点的检测。
目前电容传感式的纱疵检测方法都是相对测量。 所谓相对测量是指纱线在检测区 运行时， 放大器的输出不保存纱线平均值的电信号， 这种信号处理称其为相对测量。 相对测 量电路由电容传感器和交流放大电路组成， 它输出的是表征纱线质量变化的交流分量， 与 测量电路连接的控制单元接收到该交流分量后与预先设定的基准进行比较， 判断纱线上的 纱疵， 该方法可以检测出跳变的纱疵， 但是对逐渐变粗 ( 或细 ) 的纱疵不能判别， 所以不能 保证数据的准确性。
发明内容 本发明的目的在于提供一种能够克服现有电容传感式纱疵检测方法的不足， 能够 有效检测逐渐变粗 ( 或变细 ) 的纱疵的检测方法。本发明是通过使用绝对测量的方法来实 现上述目的的， 所谓绝对测量是指纱线在检测区运行时， 放大器的输出始终保存纱线的平 均值电信号， 这种信号处理称其为绝对测量。 在该方法中， 放大器使用直流放大器或特殊型 式的直流放大器。因此， 它既保留了纱线的直流分量 ( 即纱线的平均值电信号 )， 又保留了 纱疵的交流分量。 所以， 绝对测量不仅能清除一般纱疵， 更重要的是清除逐渐变粗和逐渐变 细的长粗节和长细节纱疵。
采用绝对测量的方式就是保留纱线的平均值电信号。 但由于纱线的粗细和材料的
不同， 使得原纱输出的电压差有 20 倍， 若在此基准上进行纱疵鉴别， 动态范围较大， 电路实 现较困难。为了缩小动态范围， 从而降低电路复杂度， 本发明对纱线进行归一化处理， 即使 不同纱线品种、 不同支数的纱线原纱经过放大电路放大处理后， 输出的平均电压值相同， 这 样对后续纱疵检测带来方便。
下面对本发明采用的归一化的原理及实现方案作出简要介绍 ：
原纱是指不含纱疵的正常纱线， 即纱线平均值。 任何一种纱线我们都可用支数、 材 料系数来描述。 支数反映纱线的粗细程度， 材料系数反映的是纱线的品种， 如棉的名义材料 系数为 7.5， 涤纶的名义材料系数为 3.5。支数、 材料系数共同决定纱线在通过某一探测机 构时输出的平均电压， 即支数电压。 通过大量的试验发现， 在检测机构不变且恒温恒湿的条 件下， 不同品种、 不同支数的纱线， 其支数—材料系数—支数电压间存在如下关系 ：
(1) 支数电压一定时， 材料系数与 Lg( 支数 ) 的值成正比 ；
(2) 材料系数一定时， 支数电压与支数成反比
需要说明的是 ： 纱线支数可以用 Nm( 公支 )、 Nec( 英支 )、 New( 毛英支 ) 表示， 上 述关系只有在使用公支时才成立， 以下所述支数均指公支。
由此可以得到在检测机构不变且恒温恒湿的条件下， 任意纱线支数电压 Vs 与其 支数 Nx 及材料系数 Mx 之间关系的经验公式如下 ：
其中， M0 为预先设定的材料系数值， 为一常数 ； K1、 K2 两个系数， 在恒温恒湿以及 同一探测机构的条件下， 当 M0 取值固定时， 两者均为常量， 可以通过实验测得 ； 公式中的支 数均为公支值 ；
因此我们可以预先设定一个固定的材料系数 M0， 并根据试验测得在恒温恒湿以及 同一探测机构的条件下的两个系数 K1、 K2， 这样利用上述公式就可得到任意纱线 ( 支数为 Nx， 材料系数为 Mx) 通过该探测机构时输出的支数电压 Vs， 进而通过与探测机构相连接的 可调整放大量的放大处理单元对支数电压 Vs 按照相应的放大量进行放大处理， 使放大处 理后得到的直流分量输出电压 Vout 为一恒定值。具体的说， 按照如下方法进行纱疵检测 ：
一种纱疵检测方法， 首先通过由电容传感器和直流放大电路构成的检测机构将通 过该检测机构的纱线的质量变化转换为包括反映纱线平均质量的直流分量和反映纱线质 量变化的交流分量的电信号 ； 然后通过一个放大处理单元将反映纱线平均质量的直流分量 进行归一化处理， 使不同支数、 不同材料系数的纱线经过处理后输出的直流分量为一恒定 值； 最后通过将归一化后的电信号与预先设定的基准进行比较， 从而实现纱疵的检测。
上述方法中任意纱线的支数 Nx 及材料系数 Mx 只是名义上的， 实际上由于纱线 总存在着支数偏离、 回潮以及混纺不均等因素并受环境温湿度的影响， 其实际的支数电 压 Vs ′可能会有偏差， 从而导致按照设定的放大量进行放大时， 实际直流分量输出电压 Vout′不等于设定的恒定输出电压 Vout。此时可以按照实际的直流分量输出电压 Vout′ 对设定的放大量进行修正， 从而使实际检测时放大处理单元输出的电压等于预先设定的恒 定值 Vout。
上述的纱疵检测方法可以通过如下系统实现 ：
一种纱疵检测系统， 包括控制模块、 检测机构和放大处理单元 ； 其中检测机构由电
容传感器和与电容传感器相连接的直流放大电路构成 ； 放大处理单元由数字可变增益放大 器及与其相连接的处理器构成 ； 所述直流放大电路的输出端与数字可变增益放大器的输入 端连接 ； 数字可变增益放大器的输出端与控制模块的输入端连接。
相比现有的纱疵检测系统， 本发明的纱疵检测系统由于使用了绝对测量的方法， 可以检测逐渐变粗 ( 或变细 ) 的纱疵 ； 而且由于使用了归一化的方法， 将任意纱线的平均直 流电压分量转化为恒定值输出， 从而大大简化了电路的复杂度。 附图说明 图 1 为本发明纱疵检测系统的结构框图 ；
图 2 为本发明具体实施方式的原纱的支数 - 材料系数 - 支数电压之间的关系曲 线， 其中 a 为支数电压一定时， 材料系数与支数对数之间的关系曲线 ； b 为材料系数一定时， 支数电压与支数之间的关系曲线 ；
图 3 为本发明具体实施方式探测机构中直流放大电路的电路原理图 ；
图 4 为本发明具体实施方式中放大处理单元的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明 ：
一种纱疵检测系统， 如附图 1 所示， 包括控制模块、 检测机构和放大处理单元 ； 其 中检测机构由电容传感器和与该电容传感器相连接的直流放大电路构成 ； 放大处理单元由 数字可变增益放大器、 A/D 转换器及处理器构成 ； 所述直流放大电路的输出端与数字可变 增益放大器的输入端连接 ； 数字可变增益放大器的输出端与 A/D 转换器的输入端连接， A/D 转换器的输出端与处理器连接 ；
本实施方案中， 与电容传感器相连接的直流放大电路电路原理图如附图 3， 其放大 倍数为 51.89 ； 本实施方案的放大处理单元电路原理图如附图 4 所示， 采用双八位的 D/A 转 换器作为可变增益放大器。
使用本系统进行纱疵检测时， 按照如下步骤进行 ：
A、 将待检测纱线的支数 Nx 和材料系数 Mx 输入控制模块 ；
B、 控制模块将输入的数据传输给放大处理单元， 放大处理单元根据以下公式计算 对应的放大量 α ：
其中， Vout 为放大处理单元输出的直流分量， 为预先设定的恒定值 ； M0 为预先设 定的材料系数值， 为一常数 ； K1、 K2 两个系数， 在恒温恒湿以及同一探测机构的条件下， 且 M0 取值固定时， 两者均为常量， 通过实验测得 ； 待检测纱线的支数为公支值 ；
本实施方案中， 利用本系统中的探测机构在恒温恒湿条件下测量得到的原纱支 数、 材料系数、 支数电压之间的关系如附图 2 所示， 可以看到在支数电压 Vs 一定时， 材料系 数 Mx 与支数的对数值 lgNx 成正比 ； 材料系数 Mx 一定时， 支数电压 Vs 与支数 Nx 成反比 ； 只 要任意设定一个材料系数 M0， 即可根据实验数据获得相应的 K1、 K2 这两个系数的值， 本实 施方案中， 取 M0 ＝ 6， 得到相应的 K1 ＝ 6.2， K2 ＝ 1000 ； 将这两个系数代入上式中即可求得
放大量 α。
C、 放大处理单元按照步骤 B 得到的放大量 α 对探测机构输出电压信号进行放大 处理并将放大处理后的电信号转换为数字信号传输给控制模块 ；
C1、 放大处理单元按照放大量 α 对探测机构输出的电信号进行放大处理并将放 大处理后的电信号转换为数字信号传输给控制模块 ；
C2、 放大处理单元将放大处理后得到的实际直流电压分量 Vout′与预先设定的恒 定值 Vout 进行比较， 如两者的偏差超出预先设定的范围， 则发送出错信号给控制模块， 提 示重新输入正确的纱线支数和材料系数 ； 如两者存在偏差但偏差未超出预先设定的范围， 则根据实际直流电压分量 Vout′重新计算放大量 α′， 并用新得到的放大量 α′取代原 储存的放大量 α 后， 转至步骤 C1 ； 如两者不存在偏差， 则直接转至步骤 C1。
在本实施方案中， 探测机构的输出作为双八位 D/A 转换器的基准电压 VRe fA， 处理 器按照输入的待测纱线的支数和材料系数计算放大量 α， 并将该放大量 α 传输给双八位 D/A 转换器， 双八位 D/A 转换器按照该放大量对探测机构输出的反映纱线平均质量的直流 分量进行放大并通过对应的 A/D 转换器将直流分量模拟信号转换为数字信号输出给处理 器；
本实施方案中， 处理器将双八位 D/A 转换器输出端的电压值 Vout′与预先设定的 是归一化后的直流电压分量输出 Vout 进行比较， 并通过预先编好的程序判断否大于 0.2， 如是， 则判定支数出错， 发送出错信号给控制模块， 提醒重新输入正确的支数 ； 如否， 且
时， 则按照如下公式计算出 Nx ：上述公式可以从中 推 导 出 来， 即将实际的待检测纱线等价成材料系数为 6， 支数为 Nx 的纱线， 即 Mx ＝ M0 ＝ 6， 此时即可得到然后根据计算得到的 Nx， 查询预先编制在软件中的放大量—支数对应数据表 ( 材 料系数为 6) 即可得到相应的放大量 α′， 用新得到的放大量 α′取代原储存的放大量 α， 然后继续进行放大处理 ；
D、 控制模块将放大处理单元输出的电信号与预先设定的基准进行比较来实现纱 疵的检测 ；
本实施方式中控制模块使用现有技术即可， 仅需在原设定的基准上叠加恒定的直 流分量即可。
本发明的纱疵检测系统， 也可由若干检测机构、 若干放大处理单元并联， 并由一套 控制模块进行控制， 从而实现多锭纱线 ( 例如 6 锭 ) 同时在线检测， 提高检测效率 ； 也可与 清纱设备结合， 实现纱疵的在线检测清理。