用於電容性分析運動測試材料的設備和方法
2023-05-21 02:38:01 1
用於電容性分析運動測試材料的設備和方法
【專利摘要】用於運動伸長測試材料（9）的電容性測量電路（1）包括至少兩個測量電容器（2.1-2.4），其每個配置用於接收所述測試材料（9）。它還包括電氣可致動的選擇部件（7），可以以這樣的方式藉由其選擇其中一個所述測量電容器（2.2），即僅所選擇的測量電容器（2.2）有助於所述測量，而其他測量電容器（2.1,2.3,2.4）沒有作用。結果，減少了測量電路（1）的總電容並且增加了它的靈敏度。
【專利說明】用於電容性分析運動測試材料的設備和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及根據獨立權利要求前序部分的一種用於電容性分析運動線股狀、優選地織物測試材料的設備和方法。它優選地但非排它地使用在紗線、粗紗或棉條的質量非均勻性離線測量中，如在織物實驗室測試儀器上實現的。
【背景技術】
[0002]EP-O 』 924 』 518A1公開了一種用於電容性測量織物產品例如棉條、粗紗或紗線的特性的設備。為了更好地理解本領域的現狀，ΕΡ-0』 924』 518A1的與本發明關聯的多個方面將示出在整個圖1和圖2中。
[0003]圖1的示圖對應於ΕΡ-0』 924』 518A1的圖13的示圖，並且示出5個承載板
101.1-101.5。測試材料9被引導通過其中一個測量間隙102.2。因為承載板101.1-101.5布置為基本上互相平行，測試材料9僅可以精確地插入到一個測量間隙102.2中並且沿著它的縱向軸運動通過所述間隙。測量間隙102.1-102.4每個在它兩側壁中或上包括測量電容器的一個電極103.1、103.2和補償電容器的相應一個電極(在圖1中未示出)，產品9可以引導在它們之間。藉由它的電容與測量電容器一樣大的補償電容器，可以有效地補償幹擾影響例如在溼度方面的局部變化或在電容器幾何形狀中的變形。電線104.1、104.2將測量電容器和補償電容器連接到測量電路(在圖1中未示出)。測量間隙102.1-102.4具有不同的寬度，以便材料9取決於它的剖面可以在具有合適寬度的測量間隙102.2中測量。原則上，期望可以這樣的方式選擇測量間隙，即一方面測試材料9可以被引導通過測量間隙
102.2而不觸碰到它的壁，但另一方面測量間隙102.2不比測試材料9的剖面寬。測量間隙102.2由測試材料填充的部分越大，與測試材料9在測量期間變化的特性相關的靈敏度越高，例如質量非均勻性。測量間隙102.1-102.4的寬度可以例如在0.1mm至IOmm的範圍內。
[0004]圖2，其基本上對應於ΕΡ-0』 924』 518A1的圖2，示出配置為具有四個測量電容器2.1』 -2.4』和四個相關補償電容器3.1』 -3.4』的半測量橋的測量電路I』。測量電容器2.1-2.4』相對於彼此互相併聯連接並且形成第一半電橋分支20』，而也彼此互相併聯連接的補償電容器3.1』 -3.4』形成第二半電橋分支30』。兩個半橋分支20』、30』相對於彼此串聯連接，並且在線5』上汲取在它們之間的輸出信號。通過交變電壓產生器4.1』、4.2』，同樣大的反相交變電壓施加到兩個半橋分支20』、30』。當已經校準半測量橋I』並且沒有測試材料9』設置在測量電容器2.1』 -2.4』其中一個中時，兩個半橋分支20』、30』具有同樣大的總電容，輸出信號因此為O。如果另一方面測試材料9』插入到測量電容器2.2』的測量間隙中時，它影響測量電容器2.2』的電容。在相應測量電容器2.2』的電容方面以這樣的方式產生的變化幹擾在測量電容器2.1』 -2.4』和補償電容器3.1』 -3.4』之間的平衡，以便獲得交變電壓作為輸出信號，它的幅度與在測量電極之間的測試材料9』的質量成比例。在輸出信號在信號處理單元6』中處理，例如它被放大、濾波和/或轉換，並且估算為測試材料9』的每單位長度的質量的測量值。[0005]設備是從W0-2005/033697A1和US-3，731，069A已知的，其包括具有相同測量電容器的多個相同引入開口。在相應測量方法中，同時測量多個紗線，例如在每個引入開口中的一個紗線。在該過程中，測量電容器的電容性測量信號串聯地或者相繼地供應到公共電子估算系統。US-6, 369，588B1公開了一種用於織物的電容性分析的設備和方法。沿著它的縱向方向運動的織物在它的整個長度上由多個電容性傳感器掃描。電容性傳感器的信號串聯地供應到公共微處理器用於估算。
[0006]W0-2008/128363A1公開了 一種用於紗線的測量電容器，其包括沿著紗線的運動方向一個布置另一個後面的兩個測量電極。測量範圍的有效長度可以改變，因為較短紗線缺陷僅利用兩個測量電極的其中一個來測量，而較長紗線缺陷則利用兩個電極一起測量。藉由運行時間校準，兩個測量電極也可以使用來測量速度或長度。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在於改進根據ΕΡ-0』 924』 518A1的設備和測量方法。具體地，應該提高測量靈敏度並且降低填充容量。應該減少引入開口的數量並且同時應該提供用於測量非常細小測試材料的可能性。應該提高信噪比。應該降低測量電路的操作電壓並且因此應該降低消耗電力功率。應該通過使用更低成本部件來降低生產成本。應該減少灰塵積累在引入開口中的影響。
[0008]這些和其他目的由根據本發明的設備和根據本發明的方法來實現。有利實施例包含在從屬權利要求中。
[0009]本發明基於這樣的思想，在測量中僅考慮測試材料目前設置在其中的一個測量電容器，而不考慮是有其他測量電容器。結果，減少了測量電路的總電容並且提高了它的靈敏度。計算表明，在η個測量電容器(其中η為> 2的正整數)的情況中並且在假設是有電容器具有相同電容的條件下，與已知測量電路相比，理論上可以以係數η提高根據本發明的測量電路的靈敏度。這代表非常可觀的提高。測量電路的稍微更複雜配置的缺點會獲得更高靈敏度的優點。為了選擇考慮的測量電容器，需要提供電氣可致動選擇部件，例如多路復用器或多個開口。
[0010]根據本發明用於運動股狀測試材料電容性分析的設備包括具有不同幾何質量的至少兩個引入開口，它們以這樣的方式相互設置，即所述測試材料可沿著它的縱向軸精確地運動通過所述至少兩個引入開口的其中一個。並且所述設備包括傳送機構，用於精確地傳送一個測試材料精確地通過所述至少兩個引入開口的所選擇一個。最後，所述設備設置有電容性測量電路。所述電容性測量電路包括至少兩個測量電容器，其每個配置用於接收所述測試材料，其中所述至少兩個測量電容器每個以這樣的方式與所述至少兩個引入開口的至少一個關聯，即它的電容可受到設置在相應引入開口中的測試材料影響。所述電容性測量電路還包括產生器部件，其配置來施加至少一個電交變信號到所述至少兩個測量電容器。所述電容性測量電路還包括至少一條線，用於輸出所述測量電容器的至少一個的輸出信號。所述電容性測量電路包括電氣可致動部件，藉由其可以以這樣的方式選擇所述一組所有測量電容器的真子集，即僅所選擇子集有助於所述測量。與所選擇子集互補的集合因此應該失效，以便它不有助於所述測量。
[0011]測量電容器的所選擇子集優選地精確包括一個測量電容器，其是測試材料已經插入其中的一個。術語「真子集」和「互補子集」確定地應該理解為在康託子集理論的術語範圍內:當B的每個元素也包含在A中時，並且當A另外包括不包含在B中的其他元素時，子集B是超集A的真子集(B C A)與B互補的集合(A\B)包含A不包含在B中的元素。此夕卜，在本發明的術語範圍內的所選擇子集不應該為空，即它應該包含測量電容器的至少一個。
[0012]在優選實施例中，所述至少兩個測量電容器相對於彼此互相平行連接。每個測量電容器與補償電容器關聯。所述補償電容器設計用於補償幹擾所述測量的影響例如在溼度方面的局部變化或在電容器幾何形狀中的變形，但不用於接收測試材料。每個補償電容器的電容應該與與之關聯的測量電容器的電容一樣大小。每個測量電容器和相應關聯的互補電容器優選地形成串聯連接的一對電容器。當所述測量電容器和與所述測量電容器關聯的互補電容器串聯連接時，所述線優選汲取在所述測量電容器和與之關聯的互補電容器之間的輸出信號。
[0013]關於在根據本發明的測量電路中的選擇部件的配置，下面兩個實施例是優選的，其以某種方式相對於彼此互補:
[0014](a)根據第一實施例，所選擇部件配置為開關，藉由其可以單獨建立和中斷在至少一個交變信號產生器和測量電容器每個之間的電氣連接。每個測量電容器與至少一個開關關聯，並且所有測量電容器連接到公共線用於輸出信號的輸出。
[0015](b)根據第二實施例，所選擇部件配置為多路復用器，藉由其可以選擇可以僅起源於測量電容器的所選擇子集的輸出信號。所有測量電容器連接到所述至少一個電交變信號產生器，並且每個測量電容器與單個線關聯用於相應輸出信號的輸出。
[0016]這些實施例可以根據需要互相組合，儘管它們的互補性。
[0017]根據本發明的方法根據前述權利要求其中一項所述使用於在根據本發明的設備中的股狀測試材料的電容性分析。所述測試材料精確地插入到所述至少兩個引入開口的其中一個中並且沿著它的縱向軸運動通過所述開口，同時沒有測試材料設置在其他引入開口中。所述測試材料影響與相應引入開口關聯的測量電容器的電容。由所述產生器部件施加至少一個電交變信號到與相應引入開口關聯的測量電容器。輸出所述測量電容器的至少一個的輸出信號。藉由電氣可致動部件可以以這樣的方式選擇所述一組所有測量電容器的真子集，即僅所選擇子集有助於所述測量。與所選擇子集互補的集合因此應該失效，以便它不有助於所述測量。
[0018]在優選實施例中，由其每個與一個測量電容器關聯的補償電容器補償幹擾所述測
量的影響。
[0019]根據本發明的方法也具有用於選擇的兩個優選實施例，其基本上對應於根據本發明的測量電路的優選實施例:
[0020](a)所述至少一個電交變信號僅施加到所選擇子集，而它從與所選擇子集互補的集合切斷。連結地，即在一個單個公共線上輸出所有測量電容器的輸出信號。
[0021](b)僅輸出所選擇子集的輸出信號，而忽略與所選擇子集互補的集合的輸出信號。所述至少一個電交變信號施加到所有測量電容器。
[0022]在這種情況下兩個實施例的組合也是可能的。
[0023]在本發明與W0-2005/033697A1和US-3，731，069A的教導之間的差異列於如下:[0024].W0-2005/033697A1 和 US-3, 731，069A 公開了相同引入開口。
[0025]然而根據本發明引入開口具有用於不同測試材料直徑的不同幾何形狀質量。
[0026]?根據W0-2005/033697A1和US-3，731，069A，測量同時在多個紗線上執行，其每個運動通過單個引入開口。根據本發明，一次僅應該精確地測試一個測試材料。多個引入開口僅提供用於覆蓋測試材料的最大可能直徑範圍之目的。
[0027]?根據W0-2005/033697A1和US-3，731，069A,電容性測量信號串聯地或相繼地供應到公共電子估算系統。儘可能快地(通常每分鐘)重複這些順序，以便從紗線獲得最大量的測量數據。然而，根據本發明，沒有順序讀出單個測量電容器的測量信號。從在測試材料的測量期間一旦選擇即保持不變的角度講，根據本發明的測量電容器的子集的選擇是靜態的。該測試材料應該具有至少IOm的長度，並且在相同測試材料上的測量持續時間例如是至少10s。
[0028]本發明提供優於ΕΡ-0』 924』 518A1的多個優點，其中多個將列舉如下:
[0029]?在靈敏度方面的提高。由測試材料在測量電容器的電容方面產生的變化直接增加測量電路的輸出信號，並且不由並聯連接的其他測量狹縫區分。在相同電容的η個測量電容器的情況下，靈敏度理論上以係數η增加。
[0030]?在信噪比方面的提高。如上述已經解釋，靈敏度提高。然而測量電路的噪聲保持相同。結果，在信噪比方面以係數η提高(具有η個相同電容的測量電容器)。
[0031]?測量非常細小的織物測試材料。更高的靈敏度可以使用來測量非常細小的紗線。這方面可以特別令化學纖維感興趣。
[0032]?在測量狹縫數量方面的減少。雖然之前必須在具有非常小的電極距離的測量狹縫中測量的非常細小織物測試材料，但是現在因為本發明可以在較寬的測量狹縫中測量相同的測試材料。由於較高的靈敏度，所以來自較寬測量狹縫的信號仍然可以是足足夠的。
[0033]?在產生器電壓方面的減少。較高的靈敏度也可以允許利用較低的產生器電壓操作所述測量電路。這導致消耗功率的下降，並且因此導致較低的發熱。此外，可以獲得實施所述測量電路的更多部件，其滿足輸出級的需要並且更廉價。
[0034]?在負載容量方面的減少。本發明減少測量電路的總電容。結果，有源輸出級承受較低的負載，加熱到較低程度，並且顯示出幹擾振蕩的較低趨勢。
[0035]?在灰塵堆積問題方面的改進。某些紗線可以產生大量的灰塵，特別是在高抽拉速度時。它堆積在當前使用的測量狹縫中，但也堆積在其他測量狹縫中，其導致在輸出信號方面的漂移。本發明以這樣的方式減少了該漂移，即當前使用的測量狹縫不再對輸出信號具有任何影響。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0036]下面將參考附圖更詳細地解釋本發明的優選實施例。圖2用於比較目的也示出現有技術的狀態。
[0037]圖1示出根據本發明的設備的一部分，其也是從EP-O 』 924』 518Α1已知的。
[0038]圖2示出從ΕΡ-0』 924』 518Α1已知的電容性測量電路。
[0039]圖3-5示出根據本發明的測量電路的三個實施例。【具體實施方式】
[0040]圖3示出根據本發明的測量電路I的第一實施例的電路圖。所述測量電路I包括四個測量電容器2.1-2.4，其配置為平板電容器。例如如圖1所示，測量電容器2.1-2.4每個與引入開口 102.1-102.4關聯。在圖1中示出的電極103.1、103.2可以例如是圖3的測量電容器2.2的電極。根據不同寬度的引入開口 102.1-102.4，相應關聯測量電容器2.1-2.4具有不同的電極距離。如在圖3中示出，引入開口或者測量電容器2.1-2.4以這樣的方式互相設置，織物測試材料9可以精確地插入一個測量電容器2.2中。為此，測量電容器2.1-2.4沿著與它們的電容器板垂直的方向互相偏置。沿著與電容器板平行的方向的偏置是不需要的並且僅示出在圖3中，以便在示圖中提供具有更高清晰度的測量電路I的元件。
[0041]在測量期間織物測試材料9沿著它的縱向方向精確地運動通過測量電容器
2.1-2.4的其中一個。在圖3的實例中，這個是第二測量電容器2.2。由傳送機構91產生測試材料9的運動，並且運動的方向用箭頭92指示。傳送機構可以以已知方式配置為羅拉輸送設備，其具有兩個互相配合的傳送羅拉，其中至少一個被驅動用於旋轉。傳送機構91配置用於精確地傳送一個測試材料9精確通過所有引入開口 102.1-102.4的所選擇一個102.2。
[0042]測量電路I還包括四個補償電容器3.1-3.4，它們與測量電容器2.1-2.4互相關聯並且與它形成電容器對。測量電容器2.1和相關補償電容器3.1如果可能應該具有相同的電容並且串聯連接。測量電容器2.1-2.4的電容可以互相相同或者互相不同。測量電容器2.1-2.4配置用於接收伸長織物測試材料9例如紗線；補償電容器3.1-3.4不以這樣的方式配置。
[0043]交變信號產生器4.1、4.2施加兩個電交變信號到電容器對2.1、3.1至2.4、3.4。這意味著，兩個所施加交變信號與恆定參考信號關於量的差值相等並且相對於彼此以180°相位偏移。可以使用一個單個交變信號產生器或多個交變信號產生器4.1、4.2。該至少一個交變信號產生器4.1、4.2可以配置為LC振蕩器(如在ΕΡ-0』 924』 518A1中所述)，其與測量電路I的元件2.1-2.4、3.1-3.4 一起形成電振蕩電路。替代地，測量電路I的元件2.1-2.4、3.1-3.4可以以這樣的方式與該至少一個交變信號產生器4.1、4.2去f禹，它們不相關地影響由該至少一個交變信號產生器4.1、4.2產生的電交變信號的參數，如在W0-2010/043064A1中所述。在後一種情況中，該至少一個交變信號產生器4.1,4.2優選地配置為頻率合成器，即配置為用於產生模擬電交變信號的混合信號(數字和模擬)電設備。以高度有利的方式使用直接數字頻率合成器(DDS)。結果，可以自由地選擇電交變信號的參數(例如它的基頻)。
[0044]與根據圖2的現有技術的狀態相反，在圖3中單獨地汲取單個電容器對2.1、3.1至2.4,3.4的輸出信號。汲取相應發生在測量電容器2.1-2.4和相關補償電容器3.1-3.4之間的線5.1-5.4上。四個線5.1-5.4通向多路復用器7，其從這些線選擇單個線5.2並且在輸出線72上輸出它的信號。多路復用器7可以配置為模擬高頻多路復用器。一個或多個控制信號71通知多路復用器7將要選擇哪個線5.1-5.4或者哪個輸出信號。控制信號71可以由大體已知的，優選地為數字的(未示出)驅動器部件來提供。如從現有技術的狀態已知，可以在多路復用器7之前或之後，處理輸出信號(例如放大、濾波和/或轉換)。取代多路復用器7，可以提供將電容器對2.1、3.1至2.4,3.4連接到公共線的單個開關。[0045]下面的表互相比較根據圖2和圖3的電路1、1』的特性。作出如下假設:
[0046].由交變信號產生器4.1』、4.2』和4.1、4.2對地施加的交變電壓為
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【權利要求】
1.一種用於電容性分析運動線股狀測試材料(9)的設備，包括: 具有不同幾何質量的至少兩個引入開口(102.1-1.204)，它們以這樣的方式相互設置，即測試材料(9)可沿著它的縱向軸精確地運動通過所述至少兩個引入開口(102.1-102.4)的其中一個(102.2)， 傳送機構(91 )，用於精確地傳送一個測試材料(9)精確地通過所述至少兩個引入開口(102.1-102.4)的所選擇一個(102.2)，以及 電容性測量電路(1)，其包括: 至少兩個測量電容器(2.1-2.4)，其每個配置用於接收所述測試材料(9)，其中所述至少兩個測量電容器(2.1-2.4)每個以這樣的方式與所述至少兩個引入開口(102.1-102.4)的至少一個關聯，即它的電容(C2)可受到設置在相應引入開口(102.1-102.4)中的測試材料(9)影響， 產生器部件(4.1，4.2)，其配置來施加至少一個電交變信號到所述至少兩個測量電容器(2.1-2.4)，以及 至少一條線(5，5.1-5.4),用於輸出所述測量電容器(2.1-2.4)的至少一個的輸出信號， 其特徵在於 所述電容性測量電路(I)包括電氣可致動部件(7，8.1-8.8,8.11-8.14)，藉由其可以以這樣的方式選擇所述一組所有測量電容器(2.1-2.4)的真子集(2.2)，即僅所選擇子集(2.2)有助於所述測量。`
2.根據權利要求1所述的設備，其中每個測量電容器(2.1-2.4)與用於補償幹擾所述測量的影響的補償電容器(3.1-3.4)關聯，並且其中每個測量電容器(2.2)和與其關聯的補償電容器(3.2)形成串聯連接的電容器對(2.2，3.2)。
3.根據權利要求3和權利要求6至10其中一項所述的設備，其中所述線(5，5.2)汲取在形成電容器對(2.2，3.2)的測量電容器(2.2)和補償電容器(3.2)之間的輸出信號。
4.根據前述權利要求其中一項所述的設備，其中所述選擇部件配置為開關(8.1-8.8)，藉由其可以單獨建立和中斷在所述產生器部件(4.1,4.2)和測量電容器(2.1-2.4)每個之間的電氣連接。
5.根據權利要求4及權利要求2和3其中一項所述的設備，其中所述產生器部件(4.1，4.2)配置用於分別施加相同大小、但反相的電交變信號給所述至少兩個測量電容器(2.1-2.4)和給所述至少兩個補償電容器(3.1-3.4)，以及 所述選擇部件既配置為開關(8.1-8.4)，藉由其可以單獨建立和中斷在所述產生器部件(4.1)和測量電容器(2.1-2.4)每個之間的電氣連接，又配置為開關(8.5-8.8)，藉由其可以單獨建立和中斷在所述產生器部件(4.2)和補償電容器(3.1-3.4)每個之間的電氣連接。
6.根據權利要求4或5所述的設備，其中至少一個開關(8.2，8.6)與每個測量電容器(2.2)關聯，並且所有測量電容器(2.1-2.4)可連接到公共線(5)用於輸出信號的輸出。
7.根據權利要求6所述的設備，其中所述選擇部件既配置為開關(8.1-8.8)，藉由其可以單獨建立和中斷在所述產生器部件(4.1，4.2)和測量電容器(2.1-2.4)每個之間的電氣連接，又配置為開關(8.11-8.14)，藉由其可以單獨建立和中斷在所述測量電容器(2.1-2.4)每個和公共線(5)之間的電氣連接。
8.根據前述權利要求其中一項所述的設備，其中每個測量電容器(2.1-2.4)與單個線(5.1-5.4)關聯用於輸出它的輸出信號，並且所述選擇部件配置為多路復用器(7)，可藉由其選擇僅來源於所述測量電容器(2.1-2.4)的選擇子集(2.2)的輸出信號。
9.一種用於電容性分析在前述權利要求其中一項所述的設備中的線股狀測試材料(9)的方法，其中 所述測試材料(9)精確地插入到所述至少兩個引入開口(102.1-102.4)的其中一個(102.2)中並且沿著它的縱向軸運動通過所述開口，然而沒有測試材料設置在剩餘引入開口 (102.1, 102.3，102.4)中， 所述測試材料(9)影響與相應引入開口( 102.2)關聯的測量電容器(2.2)的電容(C2)， 由所述產生器部件(4.1, 4.2)施加至少一個電交變信號到與相應引入開口(102.2)關聯的測量電容器(2.2)，以及 輸出所述測量電容器(2.1-2.4)的至少一個的輸出信號， 其特徵在於 藉由電氣可致動部件(7，8.1-8.8，8.11-8.14)可以以這樣的方式選擇所述一組所有測量電容器(2.1-2.4)的真子集(2.2)，即僅所選擇子集(2.2)有助於所述測量。
10.根據權利要求9所述的方法，其中由每個與測量電容器(2.1-2.4)關聯的補償電容器(3.1-3.4)補償幹擾所述測量的影響。
11.根據權利要求9或10所述的方法，其中所述至少一個電交變信號僅施加到所選擇子集(2.2)，而它由與所選擇子集(2.2)互補的集合(2.1, 2.3，2.4)撤銷。
12.根據權利要求11所述的方法，其中連結地輸出所有測量電容器(2.1-2.4)的輸出信號。
13.根據權利要求9至11其中一項所述的方法，其中僅輸出所選擇子集(2.2)的輸出信號，而忽視與所選擇子集(2.2)互補的集合(2.1, 2.3，2.4)的輸出信號。
14.根據權利要求11和13所述的方法，其中所述至少一個電交變信號僅施加到所選擇子集(2.2)，而它由與所選擇子集(2.2)互補的子集(2.1, 2.3，2.4)撤銷，並且僅輸出所選擇子集(2.2)的輸出信號，而忽視與所選擇子集(2.2)互補的集合(2.1, 2.3，2.4)的輸出信號。
15.根據權利要求13所述的方法，其中所述至少一個電交變信號施加到所有測量電容器(2.1-2.4)，並且僅輸出所選擇子集(2.2)的輸出信號。
【文檔編號】G01N33/36GK103502803SQ201180069221
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2011年12月14日 優先權日:2011年3月11日
【發明者】R·格裡克, 卡爾·布萊施, 比特·凱勒 申請人:烏斯特技術股份公司