устройство для контроля наличия волокон и нитей

Формула изобретения

1. Устройство для контроля наличия волокон и нитей, содержащее последовательно соединенные емкостной датчик, измерительный генератор и усилитель, а также регистратор, отличающееся тем, что в него введены интегратор, интегрирующая цепь и динамический нитенаблюдатель, при этом выход усилителя соединен с входами динамического нитенаблюдателя, интегратора и интегрирующей цепи, соединенной выходом с входом регистратора, выход которого является выходом устройства, и выходом динамического нитенаблюдателя, а выход интегратора подключен к второму входу измерительного генератора.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что динамический нитенаблюдатель содержит конденсатор, усилитель постоянного тока, диод, токоограничивающий резистор, резистивный делитель и делитель обратной связи, при этом первый выход конденсатора является входом динамического нитенаблюдателя, второй вывод конденсатора соединен с средней точкой резистивного делителя и с неинвертирующим входом усилителя постоянного тока, выход которого соединен с первым выводом делителя обратной связи и катодом диода, анод которого подключен к первому выводу токоограничивающего резистора, второй вывод которого является выходом динамического нитенаблюдателя, второй вывод делителя обратной связи соединен с первой шиной питающего напряжения, а его средняя точка подключена к инвертирующему входу усилителя постоянного тока, причем выводы резистивного делителя соединены с входами питания усилителя постоянного тока и шиной нулевого потенциала и второй шиной питающего напряжения.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что регистратор содержит повторитель напряжения, стабилитрон, светодиод, резистивный делитель и транзистор, коллектор которого является выходом регистратора, а эмиттер соединен с первым выводом резистивного делителя, шиной нулевого потенциала и первым входом питания повторителя напряжения, база транзистора соединена со средней точкой резистивного делителя, второй вывод которого соединен с катодом светодиода, анод которого подключен к аноду стабилитрона, катод которого связан с выходом повторителя напряжения, второй вход питания которого подключен к второй шине питающего напряжения, а вход повторителя напряжения является входом регистратора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для контроля памяти волокон и нитей и может быть использовано в текстильной промышленности.

В настоящее время в текстильной промышленности широко применяются устройства для измерения линейной плотности волокнистого продукта, а также определения поверхностных дефектов нитевидных изделий, использующих емкостной метод измерения. Данные устройства являются сложными цифро-аналоговыми приборами, в то время как в ряде случаев требуется только контролировать наличие перематывающих нитей без определения параметров самой нити. Использовать первичный емкостной датчик в качестве датчика наличия нити не удается, так как амплитуда полезного сигнала составляет лишь сотые доли от амплитуды сигнала на его выходе, а температурные и временные дрейфы усугубляют ситуацию и не позволяют использовать выходной сигнал без последующей обработки.

Известен прибор "Устер" (Швейцария), содержащий первый генератор Г1, второй генератор Г2, в колебательный контур которого включен емкостной датчик, выходы генераторов подключены к смесителю 2, вход которого подключен к последовательно соединенным частотному дискриминатору 3, усилителю 4, индикаторному прибору 5, самописцу 6. К недостаткам данного устройства можно отнести отсутствие компенсации временных, температурных и влажностных изменений окружающей среды, что может вызвать рассогласование частот генераторов и привести к выдаче ложных сигналов наличия нити в данном устройстве.

Известно устройство для измерения линейной плотности волокнистого продукта, содержащее емкостной датчик, высокочастотный генератор, блок компенсации начальной емкости емкостного датчика, детектирующий диод, параллельно включенные конденсатор и нагрузочный резистор, а также катушку индуктивности, охваченные металлическим экраном и имеющие соответствующие связи.

Недостатком данного устройства также является отсутствие компенсации временных, температурных и влажностных изменений, малая амплитуда полезного сигнала на выходе, что не позволяет использовать это устройство в качестве устройства, контролирующего наличие нити без последующей обработки.

Наиболее близким по сущности к предлагаемому устройству является устройство для контроля толщины волокон и нитей [1] содержащее емкостной датчик, измерительный генератор, усилитель, генератор опорной частоты, регистратор, блок периодического смещения волокон, синхронный детектор, выход емкостного датчика через последовательно соединенные измерительный генератор и усилитель соединен с первым входом синхронного детектора, выход которого подключен к входу регистратора, выход генератора опорной частоты подключен к второму входу синхронного детектора и входу блока смешения волокон.

Недостатком данного устройства является наличие механического узла - блока смещения волокон, который усложняет устройство и снижает надежность регистрации сигнала наличия нити, так как механические детали, находящиеся в непрерывном движении, подвержены быстрому износу, что может привести к формированию ложных сигналов на выходе устройства.

Сущность изобретения заключается в повышении надежности регистрации сигнала наличия волокон и нитей путем его смещения в область относительных измерений и последующей обработки и достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные емкостной датчик, измерительный генератор, усилитель и регистратор, выход которого является выходом устройства, введены интегратор, интегрирующая цепь и динамический нитенаблюдатель, выход которого соединен с входом регистратора и выходом интегрирующей цепи, первый вход которой подключен к шине "0", второй к входу динамического нитенаблюдателя, выходу усилителя и входу интегратора, выход которого подключен к второму входу измерительного генератора.

Функциональная схема предложенного устройства приведена на фиг. 1, диаграммы работы устройства на фиг. 2. На фиг. 3 приведена схема измерительного генератора, на фиг. 4 диаграммы работы генератора, на фиг. 5 схема усилителя 3, на фиг. 6 схема интегратора, на фиг. 7 схема динамического нитенаблюдателя, на фиг. 8 схема регистратора.

Устройство для контроля наличия волокон и нитей содержит последовательно включенные емкостной датчик 1, измерительный генератор 2, усилитель 3, динамический нитенаблюдатель 4, регистратор 5, выход которого является выходом устройства, интегратор 6, выход которого подключен ко второму входу измерительного генератора, а вход к выходу усилителя 3, и интегрирующую цепь 7, включенную между выходом усилителя и шиной "0", выход которой подключен к входу регистратора.

Динамический нитенаблюдатель 4 содержит последовательно соединенные конденсатор 8, первый вход которого является входом динамического нитенаблюдателя, усилитель постоянного тока 9, диод 10, токоограничивающий резистор 11, выход которого является выходом нитенаблюдателя, резистивный делитель 12, включенный между входами питания усилителя, к которым подключены шины "E_n" и "0", средняя точка делителя подключена к инвертирующему входу усилителя, делитель обратной связи которого подключен к шине "E_n/2".

Регистратор 5 содержит последовательно включенные повторитель напряжения 13, входы питания которого подключены к шинам "E_n" и "0", сигнальный вход является входом регистратора, стабилитрон 14, светодиод 15, резистивный делитель 16 и транзистор 17, эмиттер которого подключен к шине "0" и второму выводу делителя 16, база соединена со средней точкой делителя, а коллектор является выходом регистратора.

Устройство для контроля наличия нити работает следующим образом.

В рабочую зону емкостного датчика 1, подключенного к измерительному генератору 2, помещают контролируемую нить или волокно. Измерительный генератор 2 может быть выполнен по известной схеме, приведенной на фиг. 3. Он содержит генератор высокой частоты и демодулятор и работает следующим образом.

Генератор может быть собран на кремниевом высокочастотном транзисторе по схеме с общей базой. С выхода генератора на демодулятор, через конденсатор связи С1 подается высокочастотное напряжение. В отсутствии материала в измерительном конденсаторе выходное напряжение должно быть сбалансировано.

При поступлении пряжи в измерительный конденсатор повышается его емкость. Контур L в результате становится менее индуктивным, что приводит к повороту вектора Одновременно возрастает импеданс L"//E, т.к. происходит приближение к параллельному резонатору. За счет этого уменьшается ток в ветви схемы R_v CL, L//E, C2, C3. Напряжение на C2 также уменьшается Напротив, возрастает. Теперь уже выходное напряжение не равно нулю.

С помощью диодов VD₁ и VD₂ разность обоих высокочастотных напряжений преобразуется в пропорциональное ей постоянное напряжение и запоминается на C4.

Однако, как показала практика, сбалансировать точно выходной сигнал не удается, т.к. элементы схемы очень чувствительны к изменениям внешней среды и на выходе демодулятора сигнал реально имеет значение 100 мВ, в то время как полезный сигнал наличия пряжи может составлять лишь доли милливольта.

Диаграммы, поясняющие работу блока, приведены на фиг. 4.

Сигнал с выхода блока 2 усиливается усилителем 3, который выполнен по типовой схеме и представлен на фиг. 5. Сигнал с выхода усилителя поступает на вход динамического нитенаблюдателя 4, схема которого приведена на фиг. 7. Он работает следующим образом. Если на его входе нет переменного сигнала, конденсатор 8 не перезаряжается, выход усилителя 9 находится в состоянии +E_n и закрывает диод 10. При движении нити на выходе усилителя 3 появляется переменный сигнал, он проходит через конденсатор 8, усиливается усилителем 9 до амплитуды питающих напряжений и в моменты отрицательной полярности открывает диод 10, резистор 11 ограничивает втекающий ток. Резистивный делитель 12 служит для смещения рабочей точки неинвертирующего входа усилителя по постоянному току до уровня чуть больше +E_n/2, в этом случае напряжение на выходе усилителя 9 будет всегда около +E_n при отсутствии движения нити.

Сигнал с выхода динамического нитенаблюдателя 4 поступает на вход регистратора 5, схема регистратора 5 приведена на фиг. 8. Регистратор работает следующим образом.

Повторитель напряжения 13 выполнен по типовой схеме. Он повторяет амплитуду напряжения на входе регистратора и служит усилителем тока. Стабилитрон 14 является пороговым элементом, запрещающим срабатывание регистратора, если напряжение на выходе повторителя 13 меньше заданного порога. Последовательно с ним включенный светодиод 15 позволяет индицировать состояние регистратора. Если на входе регистратора низкий потенциал, ток через светодиод не протекает, и он не светится, если напряжение достигло порогового значения +En/2, стабилитрон 14 открывается, ток через светодиод 15 протекает, и он светится. Резистивный делитель 16 служит ограничителем тока, протекающего через стабилитрон и светодиод, а также задает режим включения - выключения транзистору 17, который управляет исполнительными устройствами, осуществляющими перемотку или останов текстильных нитей.

Одновременно с этим сигнал с выхода усилителя 3 поступает на вход интегратора 6 и интегрирующую цепь 7. Причем интегратор 6 включен инвертирующим по отношению к усилителю 3, поэтому сигнал на его выходе будет иметь обратный знак. Выход интегратора 6 подключен ко второму входу измерительного усилителя 2, в котором связь генератора высокой частоты и демодулятора осуществляется только по высокой частоте, тем самым имеется возможность, смещая выходным сигналом интегратора выходной сигнал демодулятора в блоке 2 поддерживать одно и то же значение постоянной составляющей на выходе усилителя 3, т. е. перевести измерение сигнала на выходе усилителя 3 в область измерений относительно E/2, тем самым устранить влияние временных, температурных и влажностных дрейфов. Интегрирующая цепь 7 служит для следующих целей. Как уже говорилось, усилитель 3 с помощью интегратора 6 переводится в область измерений относительно E/2. Если нить не оставлена, то на выходе динамического нитенаблюдателя 4 сигнал отсутствует и конденсатор интегрирующей цепи 7 заряжается до +E/2, пороговый элемент регистратора 5 откроется и сформирует сигнал на выходе регистратора "нити нет". Если нить ввести в измерительный зазор датчика 1, измерительный генератор 2 выдает приращение напряжение на своем выходе, усилитель 3 сформирует отрицательный импульс, который разрядит конденсатор интегрирующей цепи на выход усилителя и регистратор 5 сформирует сигнал "нить есть". Если нить не будет двигаться, интегратор 6 смещает постоянную составляющую и выход усилителя 3 возвращается к напряжению +E/2, емкость интегрирующей цепи снова заряжается и с задержкой, равной сумме постоянных времени интегратора и интегрирующей цепи регистратор 5 выдает сигнал "нити нет". Однако этой задержки вполне достаточно, чтобы включить мотальное место, и нить начнет движение. В этом случае все неровности нити, а она никогда не бывает ровной, воспринимаются измерительным генератором 2, усиливаются усилителем 3 и преобразуются в переменный сигнал, который переводит динамический нитенаблюдатель импульсами отрицательной полярности в открытое состояние. Частота сигнала, в зависимости от скорости движения, составляет несколько килогерц, и конденсатор интегрирующей цепи будет постоянно разряжен выходным сигналом нитенаблюдателя. Таким образом, на выходе регистратора 5 будет постоянно поддерживаться сигнал "нить есть". При обрыве нити емкостной датчик 1 снова меняет свою емкость. Измерительный генератор 2 формирует выходное напряжение, пропорциональное этому изменению, усилитель 3 усиливает этот сигнал приблизительно до +E_n. Нить больше не движется, нитенаблюдатель 4 устанавливается в закрытое состояние и конденсатор интегрирующей цепи 7 начинает заряжаться. Как только величина заряда конденсатора достигнет порогового значения, регистратор 5 сформирует сигнал "нити нет". Далее интегратор будет уменьшать постоянную составляющую и на выходе усилителя 3 напряжение достигнет значения E/2. Так как значение порога срабатывания регистратора должно быть несколько меньше E/2, то на выходе регистратора останется сигнал "нити нет".

Таким образом, из вышеизложенного видно, что данное устройство позволяет регистрировать сигнал наличия нити с высокой надежностью, так как устраняется зависимость выходного сигнала от временных, температурных и влажностных дрейфов и в нем отсутствует механический модулятор для смещения нити.

Использование изобретения повышает надежность контроля наличия волокон и нитей.