專利名稱：帶自動喂入的單獨紡織試樣復合特性的測試儀器和方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種測試實體、尤其是氣流中所存在的個別紡織實體的儀器，特別是涉及一種紡織實體的測試儀，它具有一自動喂入機構(gòu)用以加載紡織纖維和實體試樣，并有一能識別棉結(jié)、雜質(zhì)和纖維各種實體的分析器。
本申請是共同未決申請07/493，961名為“纖維或其他試樣中個別實體的高速多變量光電測試法和儀器”的部分繼續(xù)，它的公開納入本文以為參考。
本發(fā)明的前身是由烏斯特公司所制造的AFIS儀。該儀器利用美國專利第4，512，060號公開的方法把纖維和棉結(jié)分離入一個氣流中，而雜質(zhì)分離到另一氣流中。雜質(zhì)是定義為粒子大小超過50μm的外部物質(zhì)。有時這種外部物質(zhì)稱為灰塵和雜質(zhì)，但這里為了簡單起見我們只稱之為雜質(zhì)。在前身AFIS中必須對紡織材料的3組重復的試樣進行單獨測試來確定纖維、棉結(jié)和雜質(zhì)的信息。對每一重復的試樣的每一種實體必須進行一次試驗和采用一單獨的紡織材料試樣。雖然AFIS能為快速自動紡織測試提供最佳的數(shù)據(jù)，但仍要求獲得更佳的數(shù)據(jù)和更高的速度。在申請07/493，961中公開了一種新發(fā)現(xiàn)的改進傳感器，采用這種改進傳感器的儀器仍命名為AFIS，系由烏斯特公司制造。為了更明確一些，我們把第一種儀器稱為AFIS-0，而采用改進傳感的儀器稱為AFIS-1。
本發(fā)明是AFIS-1的進一步改進，而且主要是針對測試速度來考慮的。首先發(fā)現(xiàn)AFIS-1的改進傳感器能大體上從同一紡織試樣同時實現(xiàn)多重數(shù)據(jù)的測試。所謂大體上同時是指棉結(jié)數(shù)據(jù)、纖維數(shù)據(jù)和雜質(zhì)數(shù)據(jù)是通過一單獨的紡織材料試樣的測試而獲得的，并對基本上所有的棉結(jié)和雜質(zhì)以及某一種代表性的纖維試樣進行檢測和測量。因此這種改進不需要對3組單獨的試樣反復3～5次地進行3種單獨的試驗來取得棉結(jié)、雜質(zhì)和纖維的數(shù)據(jù)。而且如果需要的話，這些數(shù)據(jù)也可只用一個傳感器來獲得。上述測試速度的提高是通過在優(yōu)選實施例中一模擬和數(shù)字混合電路所構(gòu)成的新穎分析電路來取得的。本發(fā)明的操作速度與AFIS-1或AFIS-0相比提高了3倍。
隨著上述改進所取得的速度的提高，對自動化提出了要求以保證及時把試樣供應給測試儀器。具體地說，需要一種自動喂入機構(gòu)，它既能處理柔弱的試樣，又能快速向測試儀器供應以使操作人員騰出足夠的時間。這種自動化過去尚未試驗成功，因為它需要一狹長和拉伸的紡織試樣，而且要使試樣保持一定的形狀和輕輕地把脆弱的試樣喂入儀器。在本發(fā)明的儀器中提供一種新的自動喂入機構(gòu)，它能處理測試儀器所需的柔弱而細長的試樣。
本發(fā)明通過提供包括一個接收器和一個自動喂入機構(gòu)在內(nèi)的測試儀器來解決上述問題和涉及現(xiàn)有技術(shù)裝置的其他問題。接收器的結(jié)構(gòu)適宜于保持多數(shù)紡織材料的拉伸試樣。自動喂入機構(gòu)設置在接收器輸出端的近旁，并有選擇地使試樣在接收器內(nèi)移動和使它沿著運輸途徑輸送到其出口。一個處理器接收試樣并對試樣進行處理使纖維、雜質(zhì)和棉結(jié)相互分離，并使它們在各不相關(guān)的情況下輸送到出口。一個導管以及在其中的氣流所構(gòu)成的運輸機構(gòu)把來自處理器的實體輸送到一傳感器，它能對所感受到的實體特性發(fā)出特征性的信號。
為了檢測自動喂入機構(gòu)中有無試樣存在，設置一控制器，當其中無試樣時或前一個試樣已處理完畢時，控制器便使自動喂入機構(gòu)動作，把一個試樣送入處理器。當然其間可以設定一延時間隔以免在處理前一試樣和下一個試樣之間發(fā)生重疊。
接收器包括一帶有多個狹長貯槽的儲倉，用以存放拉長的試樣。一個指示支撐用以支持和移動儲倉到位于接收器輸出和自動喂入機構(gòu)的鄰近的狹長貯槽的一個選擇位置?？刂破魇怯靡杂羞x擇地使指示頭移動，把所選擇的狹長貯槽與自動喂入機構(gòu)相銜接。在優(yōu)選實施例中設有一分析裝置用以接收所感受到的實體代表特性的信號。分析器通過對特征信號的分析能區(qū)分信號所對應的特定實體，例如區(qū)分由棉結(jié)、雜質(zhì)或纖維所產(chǎn)生的特征信號的特定片段。
在優(yōu)選實施例中，分析器首先觀察特征信號的幅值，如果它超過某一幅值，它便相當于棉結(jié)、雜質(zhì)或纖維。為了區(qū)分雜質(zhì)和棉結(jié)，分析器把傳感器所產(chǎn)生的消光信號同傳感器所發(fā)出的前向分散信號相對比。如果前向分散信號與消光信號之比值大于1/2，分析器便確認該實體是一棉結(jié);如果小于1/2，則是雜質(zhì)。
為了區(qū)分纖維和微小雜質(zhì)，分析器對實體的速度進行觀察。分析器將從特征信號來確定實體的速度，從而區(qū)分它是雜質(zhì)還是纖維。在優(yōu)選實施例中，氣流速度為0.3馬赫，即大約為100米/秒;凡速度在50米/秒或以上的實體可認為是纖維。當然在軟件中還使用了其他的分類準則。
如果同以下的附圖相結(jié)合來考慮，則通過以下具體說明可對本發(fā)明有一充分的理解

圖1是纖維測試儀的外形圖，表示本發(fā)明的優(yōu)選實施例;
圖2是自動喂入機構(gòu)的剖面略圖，包括一儲倉;
圖3是圖2中所示的儲倉的剖面略圖;
圖4是喂給頭和儲倉的剖面略圖;
圖5是喂入觸指和喂入輥的側(cè)面剖視略圖;
圖6是操作自動喂入機構(gòu)用的計算機和控制系統(tǒng)的方框圖;
圖7表示從自動喂入機構(gòu)接收試樣的實體分離器的實施例，以及一個單獨的從分離器接收實體的傳感器;
圖8是分離器和傳感系統(tǒng)的另一實施例的略圖;
圖9是又一種分離器和傳感系統(tǒng)的實施例;
圖10是分析器系統(tǒng)的方框圖，它表示檢測器和傳感器的模擬放大器，以及一塊數(shù)據(jù)采集板;
圖11是根據(jù)圖10推導出的通用方塊圖;
圖12是來自傳感器的模擬波形;
圖13表示計算機如何獲得數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)，并對棉結(jié)、雜質(zhì)和纖維數(shù)據(jù)進行分析的流程圖;
圖14是表示實體的光-電參數(shù)之間的文氏(Venn)圖表。
在所有的圖中，凡相同的數(shù)字號表示同一個或相應的部件。圖1表示組成本發(fā)明優(yōu)選實施例的紡織測試儀10的外形圖，測試儀10包括一主體外殼12，在外殼12頂部裝有一自動裝置14用以支持紡織材料的試樣，從裝置14中有一喂入頭16伸出，用以把紡織試樣裝入測試儀10。
測試儀器10是在計算機18的控制下工作的。計算機與操作者之間通過一顯示屏20和一鍵盤22進行對話。在優(yōu)選實施例中，測試儀10是用來測試紡織材料的，它是專門設計用于紡織纖維、棉結(jié)和雜質(zhì)特性的測量，但它也同樣能用于任何具有同前述紡織實體可比擬的尺寸和重量特性的實體。
圖2表示了儲倉24和喂入頭16的概略頂視圖。儲倉24是設在圖1所示的裝置14內(nèi)，它包括許多(20～200)個貯槽26，從儲倉24的長度方向延伸以接納紡織材料的拉長試樣。在圖3中表示了部分儲倉24的概略剖視圖。圖3清楚地表明了貯槽26呈溝道狀，它在儲倉24內(nèi)的深度約1英寸，水平寬度約1英寸。儲倉24裝在一由步進電動機30驅(qū)動使之水平地按圖2所示的箭頭32和34方向而移動的齒條28上，因此步進電動機30能有選擇地在水平方向使喂入頭16同所需的貯槽26對齊。一旦所需的貯槽26與喂入頭16適當銜接時，在特定貯槽中的試樣便被喂入頭16移動，送入測試儀進行測試。
圖4是喂入頭16和儲倉24的側(cè)面剖圖。圖中一個拉長的細狹的紡織試樣36被放在儲倉24中的一個貯槽26上。試樣36被裝在由虛線42所代表的架子上的喂入頭皮帶38和40所咬合。機架42可擺動地安裝在芯軸44上，其位置由一活塞和氣缸組46所控制，能使機架42沿著由箭頭48所示的方向上升或下降。因此活塞和氣缸組46既能使皮帶38和40下降與試樣36咬合，又能使皮帶38和40上升從試樣36和儲倉離開，這樣儲倉24移動時不致干擾皮帶38和40。當皮帶38和40咬合試樣36時便把試樣36牽入一上部喂入輥50，它接著把試樣輸送到喂入盤52上。
圖5表示喂入盤52的側(cè)視圖。上喂入輥50把試樣輸送到喂入盤52上，柱塞54將試樣咬合并通過安裝在喂入盤52上方并與之平行的喂入皮帶54來驅(qū)動試樣在喂入盤52上往下輸送。這是測試儀10的自動喂入頭16所完成的最后一步。光傳感器60和62用以控制喂入機構(gòu)中有無紡織材料試樣36存在，傳感器60位于喂入皮帶50的輸出端，對柱塞頭56所橫越的喂入盤區(qū)域進行觀察，光傳感器62位于喂入皮帶54的末端，對喂入盤進行觀察。
從圖2、3、4、5可知對喂入皮帶38、40、50、54以及為之設置的包括電動機、控制器及連接器等在內(nèi)的傳動機構(gòu)是操作喂入皮帶所需的常用措施。同樣，光傳感器60和62代表由常規(guī)電源供電的常規(guī)傳感器和控制線路，另外由一雙重動作的活塞氣缸組58和柱塞頭56組成的柱塞54以及另一活塞氣缸組46也代表常規(guī)的活塞和氣缸組，包括壓縮空氣的供應和其控制機構(gòu)。
這些部件及其控制元件的運行可從圖6的方框圖中充分了解，它說明計算機18和控制機構(gòu)在自動喂入頭16中的應用。關(guān)于圖2～6，當測試儀接通后，計算機18向步進控制64發(fā)出一指令驅(qū)動儲倉24到其初始位置，使第一個貯槽26與自動喂入機構(gòu)16對齊。當儲倉24位于所需的位置時，計算機向喂入頭皮帶控制66和氣缸控制68發(fā)出指令，接通喂入皮帶38和40，并使氣缸46把皮帶38降下使之與試樣36咬合。計算機18還向上皮帶控制70和喂入盤皮帶控制72發(fā)出一起動指令，從而上喂入皮帶50和盤喂入皮帶54開始運行。
當計算機18發(fā)出指令使喂入皮帶38、40和50向喂入盤52送出一試樣之后，它就監(jiān)測來自傳感器60的信號，當檢測到盤52上有試樣時，計算機18將向柱塞控制74發(fā)出指令使柱塞54的氣缸58把柱塞頭56向前移往盤喂入輥54，并把試樣36推到喂入皮帶54下的盤52上。當柱塞頭56動作以后，如果1～1.5秒之內(nèi)計算機18沒有在傳感器62檢測到試樣的存在，則計算機將發(fā)出另一指令給柱塞控制74使柱塞頭56動作，把試樣壓在盤喂入輥54的下面。這個過程將重復5次，如果在第5次以后傳感器62仍未探測到試樣，計算機18將發(fā)出指令使喂入機構(gòu)16的全部動作停止，并在屏幕20上顯示故障情況，表示試樣可能在喂入機構(gòu)中阻塞。
假使并沒有阻塞的話，計算機18便對來自光傳感器60和62的信號進行分析是否在自動喂入機構(gòu)16中有試樣存在。在正常情況下，兩個傳感器將指示試樣36的存在，如果任何一個傳感器沒有探測到試樣，計算機18將等待10秒鐘再分析來自光傳感器60和62的信號。如果任何一個傳感器沒有檢測到試樣，計算機將發(fā)出一指令給控制氣缸68，把機架42和喂入皮帶38和40升高而離開儲倉24，然后計算機18將向步進控制64發(fā)出一指令使步進電動機30把儲倉24的第2個貯槽同喂入機構(gòu)16對齊，于是計算機18再次向氣缸控制68發(fā)出指令使喂入皮帶38和40下降同第2貯槽26中的試樣咬合，接著計算機18再對來自光傳感器60和62的信號進行分析，確定試樣的有無并繼續(xù)指引儲倉前進，直到在喂入機構(gòu)內(nèi)檢測到試樣為止。
如果兩個光傳感器60和62一開始就探測到在喂入機構(gòu)16中存在試樣36，于是試樣便可通過喂入機構(gòu)喂入。計算機18周期性地檢查來自光傳感器60和62的信號。當它們指出喂入機構(gòu)16中不存在試樣36時，它將等候預定的停留時間(約10秒鐘)，并對測試儀器的其他操作進行檢查。如果一切功能正常，經(jīng)過上述停留時間以后，計算機18將向氣缸控制68和步進控制64發(fā)出指令使儲倉24移向下一個貯槽26。
當最后貯槽26的試樣被喂入機構(gòu)16裝載后，計算機18認為儲倉24現(xiàn)在已排空，于是在屏幕20上顯示一提示要求操作人再把紡織試樣裝載入儲倉24，并重新開始自動喂入過程。
圖7表示一纖維分離器80和一傳感器82。分離器80接收來自喂入盤52和喂入盤皮帶54的紡織試樣36。分離器的功能是釋放和分離所喂入的實體。在優(yōu)選實施例中，分離器80把棉結(jié)、雜質(zhì)和纖維相互分開并對不同類別的實體進行分離。
分離器80包括一喂入輥1，它接收喂入盤52上的試樣，并把試樣36喂入分離器80，經(jīng)過處理的空氣經(jīng)空氣輸送管道83、84、85、86輸入分離器。(用以凈化或清洗的壓縮空氣是通過管道87短時供應的，例如0.5秒)。試樣36由喂入輥81在控制的情況下喂入。實體是由多孔滾筒88和實心滾筒90與梳理板84、85和96相結(jié)合而進行處理的。經(jīng)過處理后，棉結(jié)、纖維和雜質(zhì)等實體相互釋放而分離，使實體在分離器80的輸出端92以分離的狀態(tài)逐一輸出。
分離器80實際上與美國專利4，512，060所公開的相同并已納入?yún)⒖?。與該專利相比，分離器80在結(jié)構(gòu)上的主要差別在于它在輸氣管道83和86內(nèi)設有錯開的雙檔板98和100。擋板98和100允許空氣通過而進入分離器，但它們阻止雜質(zhì)和其他粒子通過通道83和86被甩出分離器。因此它與美國專利4，512，060相反，由分離器80所處理的全部實體均能通過分離器的輸出92而送入管道102。管道102把實體在氣流中帶入一密封室104中。管道102的末端有一噴嘴106，而在腔室104中設有一反向噴嘴正好同噴嘴106對準。因此在兩個噴嘴106和108之間形成一開口。噴嘴108同管道112相連接，繼而同一真空源112相連，以提供真空度并在管道102和110以及噴嘴106和108內(nèi)形成氣流。在腔室104中設有一光源114，它發(fā)射出光束穿過噴嘴106和108之間的開口而射向兩個并列旋轉(zhuǎn)的消光檢測器116和118。對于噴嘴106和108中的氣流而言，檢測器118位于檢測器116的下游。檢測器116和118的輸出相應喂入放大器120和122，所產(chǎn)生的消光信號VE1和VE2則從導線124和126上輸出。
檢測光源設有一前向分散檢測器128，它包括一透鏡系統(tǒng)129和一擋光器130，使通過噴嘴106和108中間的實體133把檢測光以大約40度的角度前向分散。前向分散檢測器128的輸出經(jīng)過一放大器131在導線132上產(chǎn)生一前向分散信號VS。
上述的傳感器82基本上與申請07/493，961所述的傳感器相同，其說明被納入本文作為參考。
圖8代表另一種連接分離器80和傳感器82的實施例，其中傳感器82與圖7所述的完全相同，而分離器80則除了雜質(zhì)在離開分離器80的處理方式有所不同外，基本上與美國專利4，512，060相同。在圖8的結(jié)構(gòu)中不用擋板98和100，而雜質(zhì)是通過空氣通道84和86以及逆流槽CFS噴射出。圓筒88和90推動雜質(zhì)以氣流相反的方向通過通道84和86。當雜質(zhì)粒子到達空氣入口138和139時，其動量把它們帶入管道140和142，并在氣流中從分離器80流出。管道140和142通到一離心分離器143，它包括一垂直管道144向上延伸到一空氣抽吸管146，抽吸管146提供在管道140和142內(nèi)形成氣流所需的抽空度?？諝夂蜆O細的粒子通過管道144而離開分離器143，但大部分灰塵和雜質(zhì)粒子被向外的離心力所分離而由于重力而落入腔室148并有選擇地由一螺旋器150噴射出。
接到來自計算機18的指令后，雜質(zhì)粒子被旋出腔室148并由管道152中的氣流所捕獲。在螺旋器出口附近設有一空氣入口154，管道152中的氣流把雜質(zhì)粒子帶到管道102中的一個入口153。一個活塞和氣缸組155藉活塞和氣缸組155上所裝的蓋板156有選擇地關(guān)閉和開啟入口153。活塞和氣缸組以及螺旋器150系受計算機18控制。當需要測量纖維和棉結(jié)的特性時，將蓋板156移向入口153，于是纖維和棉結(jié)便供應到傳感器112，其中基本上沒有雜質(zhì)的含量。當需要測量雜質(zhì)特性時，計算機18使活塞和氣缸組155將入口153開啟并使螺旋器150開始從腔室148噴射灰塵和雜質(zhì)。于是抽吸器112在管道152中形成一氣流把雜質(zhì)粒子通過管道152帶入管道102，并最后通過傳感器82。
然而在圖9中還表示了另外一個實施例。其中分離器80基本上同美國專利4，512，060所示的相同，但是把管道140和142合并成一單根管道141并連接到一個單獨的傳感器82a，管道141中的氣流是由一抽吸器112a提供的，它與傳感器82的抽吸器112大體相同。
以上圖7、8、9所示的三個實施例可以通過觀察傳感器的運行、數(shù)據(jù)采集板和計算機18來充分理解，茲簡述如下圖10表示傳感器82的概略圖和一塊數(shù)據(jù)采集板(DAB)161，虛線160表示傳感器82和DAB161之間的物理上的分界線，這里DAB是作為對個別纖維159在噴嘴106中移動的反應。在圖10的左側(cè)詳細表示了傳感器82。消光傳感器116向一跨阻抗放大器162提供一信號，經(jīng)放大器164放大，其電壓增益為4.3，放大器164的輸出出現(xiàn)在導線166上構(gòu)成第一消光傳感器的低增益通道(VE1-LO)。放大器164的輸出再經(jīng)過增益為12.5的放大器168放大，其輸出出現(xiàn)在導線170上構(gòu)成第一消光信號的高增益通道(VE1-HI)。
在同樣的結(jié)構(gòu)中，第二消光傳感器118的輸出通過一跨阻抗放大器172接到一增益為4.3的電壓放大器174上。放大器174的輸出出現(xiàn)在導線176上并構(gòu)成第二消光信號的低增益通道(VE2-LO)。放大器174的輸出再經(jīng)過增益為12.5的放大器178放大后從導線180輸出并構(gòu)成第二消光信號的高增益通道(VE2-HI)。
前向分散傳感器128產(chǎn)生的信號施加到一跨阻抗放大器182，其輸出接到一電壓增益約為20的放大器184。放大器184的輸出出現(xiàn)在導線186上并構(gòu)成分散信號的低增益通道(VS-LO)。放大器184的輸出還接到一增益約為12.5的放大器188，且放大器188的輸出出現(xiàn)在導線190上并構(gòu)成分散信號的高增益通道(VS-HI)。
現(xiàn)在再來觀察圖10的右手側(cè)。數(shù)據(jù)采集板(DAB)161可詳細說明如下DAB是用來測量紡織纖維特性而并非棉結(jié)或雜質(zhì)的特性。在此安排中導線170上的第一消光信號的高增益通道經(jīng)過增益為-1的反向隔離放大器后接到一閾值比較器194上，當其輸入信號超過一預定值0.5V時，閾值比較器194變?yōu)楦唠娢换驅(qū)?當信號低于0.5V時，比較器194變?yōu)榈碗娢换蚯袛唷?br> 比較器194的輸出接到一邏輯芯片196上，它還接收一20兆赫的時鐘信號198。邏輯芯片196有選擇地把20兆赫的時鐘信號加到一計數(shù)器200上。
同樣，在導線180上出現(xiàn)的來自傳感器118的第二消光信號的高增益通道(VE2-HI)通過一反向隔離放大器202、閾值比較器204和邏輯芯片196而接到一計數(shù)器210上。
在此結(jié)構(gòu)中，計數(shù)器200中的計數(shù)藉導線212通過數(shù)據(jù)總線方向驅(qū)動器接到計算機總線213上，稱為TB。同樣，計數(shù)器210中的計數(shù)通過導線214接到計算機總線213上，稱為TE。
當閾值比較器194變?yōu)楦唠娢粫r，邏輯芯片196開始把時鐘脈沖送到計數(shù)器200，而當閾值比較器204變?yōu)楦唠娢粫r，停止輸送脈沖。當閾值比較器194變?yōu)榈碗娢粫r(在前面的高電位以后)，芯片196開始向計數(shù)器210輸送時鐘脈沖，而當比較器204變?yōu)榈碗娢粫r(在前面的高電位以后)，停止輸送脈沖。
高增益的消光信號也是通過導線211和一個反向隔離放大器215而接到閾值比較器216來控制邏輯芯片218。導線220上的10兆赫時鐘信號也接到邏輯芯片218上并受閾值比較器216所控制。邏輯芯片218把10兆赫的時鐘信號送到計數(shù)器222，計數(shù)器222的計數(shù)通過導線224接到計算機總線213，稱為TFE。
出現(xiàn)在放大器215輸出端上的反向高增益的第一消光信號接到一積分器226和一個峰值檢測器228，它們的輸出依次接到模/數(shù)變換器230和232。導線234上出現(xiàn)的模/數(shù)變換器230的輸出接到總線213;同樣，模/數(shù)變換器232的輸出通過導線236接到總線213。這些數(shù)據(jù)依次稱為消光信號的面積AE和消光信號的峰值PE。
出現(xiàn)在導線190上的前向分散信號的高增益通道經(jīng)過反向隔離放大器237接到一閾值比較器238、一積分器248和一峰值檢測器254。閾值比較器238的輸出接到一邏輯芯片240，它還從導線242接收一10兆赫的信號。當隔離放大器237的輸出超過0.5V時，邏輯芯片240把時鐘信號送到計數(shù)器244上，而當信號低于0.5V時，邏輯芯片240便停止向計數(shù)器244輸送時鐘信號。計數(shù)器244的輸出通過導線246接到總線213上，稱為TFS。
積分器248的輸出通過一模/數(shù)變換器250和導線252而接到總線213;同樣，峰值檢測器254的輸出通過一模/數(shù)變換器256和導線258接到總線213。它們依次稱為AS和PS。
從以上的說明應該意識到在導線212上出現(xiàn)的TB代表一個實體(這里是指一根纖維)的前端從傳感器116的光投射到傳感器118的光投射所需的時間。因此TB相當于實體前端的速度。在導線214上出現(xiàn)的TE代表實體的尾端從傳感器116的光投射到傳感器118的光投射所需的時間，因此TE相當于實體尾端的速度。導線224上的TF代表實體完全經(jīng)過消光傳感器116的光投射所需的時間，因此TF相當于實體的尺寸(例如纖維的長度)，而此尺寸能根據(jù)實體的速度來確定。導線234上的信號代表由實體所熄滅的光的時間積分，即代表波形下的面積AE。導線236上的計數(shù)代表由實體所熄滅的光的峰值PE。在導線246上出現(xiàn)的計數(shù)TFS代表實體經(jīng)過分散傳感器128的光投射所需的時間，它相當于由分散傳感器128所測量的實體的尺寸(例如長度)。導線252上出現(xiàn)的信號代表由傳感器128所檢測的被實體分散的光的時間積分AS，而在導線258上出現(xiàn)的信號代表由實體分散的光的峰值PS。
DAB161的功能是用來把來自電光(E-O)傳感器82的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號接到計算機總線213上，分別標作TB212，TE214，TFE224等。這些信號稱為E-O參數(shù)，它們用來提供實體的信息，在圖10的情況下是纖維長度和直徑。著重于AFIS-1傳感器的共同未決的申請07/493，961一般地公開了如何確定個別纖維實體的長度、直徑、細度或老化度信息。該申請也公開了傳感器82如何提供棉結(jié)和雜質(zhì)信號。共同未決的申請07/762，905進一步發(fā)表了傳感器82如何實現(xiàn)雜質(zhì)的測量，特別是如何判讀這種測量。
因此能夠意識到圖10的DAB 161代表在信號處理能力上的重大改進。另外，早期公開的儀器不可能從單一試樣同時提供纖維、棉結(jié)、雜質(zhì)等多種實體的數(shù)據(jù)，而圖10的DAB 161則具有這種可能性?，F(xiàn)對圖7所示的優(yōu)選實施例進行說明如下在圖7中傳感器82接收和反映由管道102所輸送的全部單個實體，因此必須對實體信號或它們的波形進行觀察以確定實體是纖維、棉結(jié)或雜質(zhì)粒子。人們發(fā)現(xiàn)在共同未決申請07/493，961中公開的改進傳感器的方法同改進的信號處理方法相結(jié)合(即圖10中的DAB 161)能夠?qū)崿F(xiàn)這種分類，因此能夠滿足單試樣/多數(shù)據(jù)產(chǎn)品的需要。圖10具體說明了DAB用以確定單個纖維的長度和直徑的運行過程，而圖11則一段地表示如何從多種實體進行信號的測量且更重要的是進行分類。為了簡化圖11，不考慮低增益和高增益，也就是說以下給出的所有信號電平都是指高增益通道。數(shù)字處理的時間(模/數(shù)變換和復位等)也不予考慮，并對所有實體進行觀察。因此一個實體到達傳感器82的光束便產(chǎn)生圖12所示的模擬信號，在圖11中的導線212、214、222等上便出現(xiàn)相應的數(shù)字信號TB、TE、TF等。
圖12說明了由纖維、棉結(jié)和雜質(zhì)粒子在信號線170、180和190上所產(chǎn)生的典型的模擬信號或波形。數(shù)據(jù)采集板對三個信號的每一個進行測量并把圖11所示的TB、TE、TFE、TFS、PE、AE、AS和PS8個參數(shù)送到計算機。此8個參數(shù)用來對3種實體進行分類、計數(shù)和確定尺寸。分類的步驟由圖13中的流程圖來說明，其邏輯運行如下計算機在方塊300處等候DAB發(fā)出脈沖峰值超過0.5V已收到的信號。在方塊302的初次試驗來確定是否在消光通道PE的峰值大于或小于3V。如果PE小于3V，則程序移向方塊304，它排除了該脈沖是一棉結(jié)的可能性。如果PE大于3V，則該脈沖可能是一雜質(zhì)粒子或是一棉結(jié)，然后軟件移到方塊306。
如果方塊302中PE小于3V而方塊304中的TB小于285(即20兆赫時鐘的285次計數(shù))，則可獲得一小的雜質(zhì)脈沖。雜質(zhì)粒子的大小可從PE和雜質(zhì)計數(shù)增量來計算。尺寸的定標在共同未決申請07/762，905中說明。
如果在方塊302中PE小于3V而TB在方塊304中大于285，軟件便排除了棉結(jié)或雜質(zhì)粒子的可能性，并在方塊305、310和312中開始一組試驗以確定是否脈沖為一可接受的纖維脈沖。如果3次試驗都通過，程序便利用TFE、TB和TE來計算纖維長度;利用AE和TFE以及方塊314和316中纖維計數(shù)的增量來計算其直徑。對于短纖維而言，發(fā)現(xiàn)優(yōu)選數(shù)值為TB/TE＞4＝1.05(在定標時對每一傳感器得出的數(shù)值)，TFEmin＝100，TFEmax＝10，000。(數(shù)值指10兆赫時鐘脈沖的計數(shù))。
如果在方塊302中PE大于3V，并在方塊306中PS/PE小于0.5，則表示是一大的雜質(zhì)脈沖，雜質(zhì)粒子尺寸的計算以及雜質(zhì)計數(shù)的增量同前。
如果在方塊302中PE大于3V，且PS/PE之比大于0.5，則軟件排除了纖維或雜質(zhì)粒子的可能性，軟件在方塊309和311中對脈沖進行試驗以排除大的纖維團或許多小的纖維纏結(jié)，典型的TFE＜X的數(shù)據(jù)為300。如果兩次試驗都通過，則被識別為棉結(jié)，其尺寸可從AE和TFE313進行計算，同時棉結(jié)計數(shù)器315進行增量。當每一種實體被識別后，程序控制便回到起動方塊A320。
來自DAB的數(shù)據(jù)同3種實體的關(guān)系如圖14中的文氏圖所示。340、342和344三個圓圈各代表棉結(jié)特性、雜質(zhì)粒子特性和纖維特性。共同的特性，例如對棉結(jié)340和雜質(zhì)344的PE、TB和TE，是位于相交的區(qū)域346內(nèi)。區(qū)別各種粒子的特性則在340、342和344三個圈的外部。利用這些參數(shù)關(guān)系可以得到圖13的流程圖。
有了傳感器的運行、數(shù)據(jù)采集板161-G和計算機18的概念，我們便能意識到圖8和圖9所示實施例的不同優(yōu)點。
圖8所示的實施例是圖7和9實施例的折衷方案。在圖8的實施例中，雜質(zhì)分離后要儲存一段時間，然后分別經(jīng)過傳感器82。這個實施例的優(yōu)點在于只有一個傳感器，而且數(shù)據(jù)的分析比較方便，因為程序知道什么時候接收到雜質(zhì)。但試樣測試的時間有所增加，因為只有在所有的纖維和棉結(jié)試驗完畢后才能測試雜質(zhì)。因此圖8實施例的主要優(yōu)點是數(shù)據(jù)的分析比較容易。
如果采用圖9的實施例，計算機18的程序能知道雜質(zhì)傳感器82a(以及同它相連的DAB)只包含雜質(zhì)的數(shù)據(jù)，這是因為雜質(zhì)在物理上已同纖維和棉結(jié)分離，而且雜質(zhì)是經(jīng)過一單獨的傳感器82a而進入的。
同樣，由于在圖9的實施例中，雜質(zhì)是在管道102中，所以程序能知道纖維和棉結(jié)的數(shù)據(jù)只能出現(xiàn)在接到傳感器82上的數(shù)據(jù)采集板上。由于棉結(jié)與纖維相比要大得多，所以纖維和棉結(jié)的分類就很容易。因此雖然圖9的實施例需要更多的傳感器而且從機械物理觀點出發(fā)可能稍貴和復雜，但它能減少分析的復雜性和加快操作。
在以上具體說明中，本發(fā)明雖然只描述了幾個實施例，但能夠理解本發(fā)明能夠進行多種的再組合、改進和部件取代而不會離開如后述的權(quán)利要求所規(guī)定的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用以測量紡織材料試樣中纖維、棉結(jié)和雜質(zhì)等實體特性的紡織測試儀器，其特征在于，由以下部件組成一種適用于保持多種紡織材料試樣的接收器，它包括一接收器輸出并能對所述接收器喂出的所述試樣進行放置；一個安排在所述接收器輸出附近的自動喂入機構(gòu)并包括一運輸途徑和一個喂給輸出，所述的自動喂入機構(gòu)用以有選擇地把所述接收器中的所述試樣咬合在該接收器的輸出端，從該接收器中移動所述試樣，并沿著所述的運輸途徑把該試樣運到所述的喂給輸出；一個具有一處理器輸入和輸出的紡織處理器，所述的處理器輸入用以從所述的喂給輸出接收所述試樣，所述的處理器能夠?qū)崿F(xiàn)所述試樣的處理，各自釋放纖維、雜質(zhì)和棉結(jié)等實體，分離試樣中的實體并以分離的狀態(tài)從處理器輸出實體；傳感裝置；運輸裝置用以把所述實體中的個別實體輸送到傳感裝置；所述的傳感裝置至少能對所述實體中單個實體的特性進行探測，以及一個控制裝置用以檢測有無試樣存在且部分地根據(jù)試樣不存在的檢測，有選擇地啟動自動喂入機構(gòu)以使試樣與所述接收器咬合，并輸送到所述的處理器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的儀器，其特征在于，所述的接收器包括一個用以保持多種纖維試樣的儲倉;一組在所述儲倉中形成的并排設置的多個狹長的貯槽;指示裝置用以支持和移動所述儲倉使所述貯槽中所選擇的一個位于所述的輸出和自動喂入機構(gòu)的鄰近，以便把所選擇的貯槽中所持有的紡織試樣喂入到所述的自動喂入機構(gòu);以及所述的控制裝置能有選擇地操作所述的貯槽中所選擇的一個使之移動和指向一個與所述自動喂入機構(gòu)相鄰近的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的儀器，其特征在于，還包括一個用以探測在所述自動喂入機構(gòu)中有無紡織試樣存在并產(chǎn)生一試樣檢測信號的光傳感器;所述的控制裝置能對試樣檢測信號有所反應，使喂入機構(gòu)根據(jù)試樣檢測信號有選擇地動作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的儀器，其特征在于，所述的自動喂入機構(gòu)包括一喂給皮帶;一個用以驅(qū)動喂給皮帶的電動機;一個喂給皮帶裝置用以支持所述的皮帶和把它移向或離開所述接收器的輸出以有選擇地使所述喂給皮帶同所述接收器中的試樣相咬合;以及所述的控制裝置能有選擇地操作所述喂給皮帶裝置，使所述喂給皮帶移動以與所述接收器輸出中的試樣相咬合，并移動所述試樣把它輸送到所述的喂給輸出。
5.一個用以測量包括纖維、雜質(zhì)和棉結(jié)的紡織材料試樣中實體特性的儀器，其特征在于，它包括用以供應紡織材料試樣的供應裝置;包括一處理器輸入和一處理器輸出的處理裝置，該處理器輸入的設置能從所述的供應裝置接收紡織試樣，所述處理裝置能對所述試樣進行處理使試樣的實體各自釋放和分離而產(chǎn)生單獨的實體，并以分離的狀態(tài)在所述的處理器輸出端產(chǎn)生實體;傳感裝置;用以把所述實體中分離的實體運送到傳感裝置的運輸裝置;所述的傳感裝置能從每一紡織材料的試樣中至少探測一部分纖維、一部分棉結(jié)和一部分雜質(zhì)的特性，并能根據(jù)所探測到的特性產(chǎn)生特性信號;以及用以接收所述特性信號并對該特性信號進行分析的分析裝置，它能識別相當于纖維、雜質(zhì)或棉結(jié)之一的特性信號段，并對該信號段進一步分析從而區(qū)分和識別每一信號段，進一步分析從而區(qū)分和識別每一信號段是屬于纖維、雜質(zhì)粒子還是棉結(jié)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的儀器，其特征在于，所述的分析裝置還包括用以確定信號段是否相當于一棉結(jié)的附屬分析器，如果是的話便產(chǎn)生一棉結(jié)數(shù)據(jù)采集指令;以及一存貯裝置用以從一反應所述棉結(jié)數(shù)據(jù)采集指令的特定信號段中獲得和儲存棉結(jié)數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的儀器，其特征在于，所述的分析裝置包括用以首先確定信號段是否相當于一棉結(jié)的附屬分析器，如果是的話，它產(chǎn)生一棉結(jié)數(shù)據(jù)采集指令，其次用以確定信號段是否相當于一雜質(zhì)，如果是的話便產(chǎn)生一雜質(zhì)數(shù)據(jù)采集指令;以及用以從反應所述棉結(jié)數(shù)據(jù)采集指令的特定信號段中獲得和儲存棉結(jié)數(shù)據(jù)的裝置以及從所述的雜質(zhì)數(shù)據(jù)采集指令的特定信號段中獲得和儲存雜質(zhì)數(shù)據(jù)的裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的儀器，其特征在于，分析裝置包括一附屬分析裝置首先用來確定一信號段是否相當于一棉結(jié)，如果是的話產(chǎn)生一棉結(jié)數(shù)據(jù)采集指令;其次用以確定一信號段是否相當于一雜質(zhì)，如果是的話產(chǎn)生一雜質(zhì)數(shù)據(jù)采集指令;第三，用以確定一信號段是否相當于一纖維，如果是的話產(chǎn)生一纖維數(shù)據(jù)采集指令;以及一用以獲得和儲存反應所述的棉結(jié)數(shù)據(jù)采集指令、雜質(zhì)數(shù)據(jù)采集指令和纖維數(shù)據(jù)采集指令的存貯裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求5的儀器，其特征在于，所述的傳感裝置包括一個產(chǎn)生光的光源把光線照射到所述的傳感裝置中待探測的實體上;一個消光傳感器用以感受光線并根據(jù)在所述傳感器中被實體所遮擋的光產(chǎn)生一輸出以及根據(jù)所述的消光度產(chǎn)生一消光信號;一個前向分散傳感器用以感受在傳感器中由實體所前向分散的光并根據(jù)從實體前向分散的光產(chǎn)生一前向分散信號;以及所述的分析裝置中還包括一附屬分析裝置用以把所述的消光信號同所述的前向分散信號相比較并根據(jù)上述比較確定一特定的信號段是否相當于一棉結(jié)或雜質(zhì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求5的儀器，其特征在于，所述的傳感器包括一個產(chǎn)生光的光源把光照射到所述傳感器中待感受的實體上;一個光傳感器用以檢測在所述傳感器中由實體對光所引起的干擾并產(chǎn)生一光信號;以及在所述的分析裝置中還包括一附屬分析器用以把光信號的大小同一閾值相比較，并根據(jù)部分比較來確定一特定的信號段是否相當于一纖維或一棉結(jié)或雜質(zhì)。
11.根據(jù)權(quán)利要求5的儀器，其特征在于，所述的傳感器包括一個發(fā)生光的光源把光照射到所述傳感器中的實體上;一個光傳感器用以檢測在所述的傳感器中由實體所引起對光的干擾并產(chǎn)生一光信號;以及所述的分析裝置通過所述光信號同一選擇的閾值相比較來確定所述信號中的兩個信號的比值，并把該比值同一比較閾值相比，至少能根據(jù)部分的比較來確定一個特定的信號段是否相當于一纖維或棉結(jié)或雜質(zhì)。
12.根據(jù)權(quán)利要求5的儀器，其特征在于，所述的傳感裝置還包括一個空氣輸送系統(tǒng)包括一用以輸送纖維、棉結(jié)和雜質(zhì)等實體通過所述的傳感裝置;一個速度傳感器用以確定實體在氣流中通過所述傳感器的速度并產(chǎn)生一相當于實體速度的速度信號;以及所述的分析裝置還包括一附屬分析裝置用以把速度信號同一速度閾值相比較，并根據(jù)所述的比較確定一特定的信號段是否相當于一纖維、棉結(jié)或雜質(zhì)。
13.一個用以測量紡織材料試樣中纖維、棉結(jié)和雜質(zhì)的實體特性的儀器，其特征在于包括用以供應紡織材料試樣的供應裝置;包括一處理器輸入和一處理器輸出的處理裝置，所述處理器輸入的設置能從所述的供應裝置接收紡織材料試樣，所述處理裝置能處理試樣以使實體中的纖維、雜質(zhì)和棉結(jié)相互釋放，分離所述的實體使產(chǎn)生單一的實體并以分離的狀態(tài)在所述的處理器輸出端產(chǎn)生實體;用以探測所述實體特性的傳感裝置;運輸裝置包括一用以在氣流中把實體從處理裝置輸送到并通過所述的傳感裝置的氣流;所述的傳感裝置包括一傳感器運輸裝置包括一用以把實體運送通過所述傳感器的氣流;一個光源用以發(fā)生光并把它在氣流中照射到所述傳感器中的實體上;一個第一消光傳感器設置在所述傳感裝置內(nèi)傳感器氣流的一側(cè)，用以探測在該傳感器中由所述實體引起的對光的干擾，并根據(jù)該傳感器內(nèi)由所述實體引起的消光度產(chǎn)生第一消光信號;一個第二消光傳感器設置在所述傳感裝置內(nèi)傳感器氣流的一側(cè)靠近第一消光傳感器并對所述氣流而言位于第一消光信號傳感器的下游，所述的第二消光傳感器用以探測在該傳感器中由實體引起的對光的干擾并根據(jù)該實體在所述傳感裝置中引起的消光度產(chǎn)生第二消光信號;一個前向分散光傳感器設置在所述氣流的一側(cè)用以探測在該傳感裝置內(nèi)的氣流中由所述實體前向分散的光并根據(jù)所述的前向分散光產(chǎn)生一前向分散信號;一個分析裝置用以接收所述的第一和第二消光信號以及所述的前向分散信號作為特征信號進行分析并識別相應于纖維、雜質(zhì)或棉結(jié)之一的特征信號段;所述的分析裝置能實現(xiàn)把所述的第一消光信號、第二消光信號或前向分散信號中的某一種同一預定的閾值相比較;如果所選擇的一種信號超過閾值，把所述的第一或第二消光信號同前向分散信號相比;當所選擇的一種消光信號超過閾值而前向分散信號與所述消光信號之一的比值并未超過預定的比值時，產(chǎn)生一棉結(jié)檢測信號;如果所選擇的一種消光信號未超過閾值，則把所述的消光信號的幅值與該消光信號的持續(xù)時間相比較，并根據(jù)這種比較來確定所述的實體是否為纖維或雜質(zhì)。
14.一用以測量紡織材料試樣中包括纖維、雜質(zhì)和棉結(jié)等實體特性的儀器，其特征在于包括供應紡織材料試樣的供應裝置;包括一處理器輸入和一處理器輸出的處理裝置，該處理器輸入能從所述供應裝置中接收紡織材料的試樣，所述的處理裝置能對試樣進行處理使纖維、雜質(zhì)和棉結(jié)各自釋放使所述的實體分離而產(chǎn)生單一的實體，并以分離的狀態(tài)在所述的處理器輸出側(cè)產(chǎn)生實體;用以探測所述實體特性的傳感裝置;運輸裝置包括一用以在氣流中把實體從處理裝置輸送到并通過所述的傳感裝置的氣流;所述的傳感裝置包括一傳感器運輸裝置包括一用以把實體運送通過所述傳感器的氣流;一個光源用以發(fā)生光和在所述氣流中把光照射到所述傳感裝置中的實體上;一個第一消光傳感器設置在傳感裝置內(nèi)所述傳感器氣流的一側(cè)，用以探測在所述傳感裝置中由所述的實體引起的對光的干擾，并根據(jù)該傳感器內(nèi)由所述實體引起的消光度產(chǎn)生第一消光信號;一個第二消光傳感器位于所述傳感裝置中傳感器氣流的一側(cè)靠近第一消光傳感器并對所述的氣流而言處于第一消光信號傳感器的下游，所述的第二消光傳感器用以探測在該傳感器中由實體引起的對光的干擾，并根據(jù)在該傳感裝置中由所述實體引起的消光度產(chǎn)生第二消光信號;一個設置在所述氣流的一側(cè)的前向分散光傳感器用以探測在傳感裝置氣流中由所述實體前向分散的光，并根據(jù)該前向分散光產(chǎn)生一前向分散信號;一個分析裝置用以接收所述的第一和第二消光信光以及所述的前向分散信號作為特征信號進行分析以識別相應于纖維、雜質(zhì)或棉結(jié)的特征信號段;所述的分析裝置能實現(xiàn)對所述的第一和第二消光信號中的一個或所述的前向分散信號同一預定的閾值進行比較;如果所述信號中所選擇的一個超過閾值，便把所述的第一或第二消光信號之一同前向分散信號進行比較;當所選擇的一個信號超過閾值，且前向分散信號對消光信號之一的比值超過一預定的比值時便產(chǎn)生一棉結(jié)檢測信號;當所選擇的一個消光信號超過閾值而前向分散信號對消光信號之一的比值未超過預定的比值，便產(chǎn)生一雜質(zhì)檢測信號;如果所選擇的消光信號之一并未超過閾值，便從所述的第一和第二消光信號中確定所述實體的速度，并根據(jù)該速度確定實體是否為纖維或雜質(zhì)。
全文摘要
一種測試儀器包括一用以保持多種紡織試樣的接收器和一個設置在接收器鄰近的自動喂入機構(gòu)用以咬合和移動來自接收器的試樣并把它們輸送到一個處理器以對紡織材料進行處理而產(chǎn)生在分離狀態(tài)下的紡織實體，然后把實體輸送到一個傳感器并發(fā)出與實體特征相對應的信號；一個控制裝置對自動喂入機構(gòu)中有無試樣存在進行檢測并相應對它進行控制；模擬和數(shù)字元件對特征信號進行分析以識別相應于棉結(jié)、雜質(zhì)和纖維的特征信號段。
文檔編號G01N15/06GK1086271SQ93119188
公開日1994年5月4日 申請日期1993年10月16日 優(yōu)先權(quán)日1992年10月16日
發(fā)明者F·M·索夫納, J·C·包德溫, B·M·卡先納斯, 朱有慈, M·E·加力昂, G·F·威廉斯 申請人:澤韋格·烏斯特(美國)有限公司