專利名稱：確定在檢測(cè)物品中固體物份額的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種確定在檢測(cè)物品中固體物份額的方法和裝置。
確定在檢測(cè)物品中固體物份額的一個(gè)例子是紡織產(chǎn)物中的異質(zhì)纖維和異物的識(shí)別。在此，識(shí)別是用光學(xué)手段完成。比如，異物或異質(zhì)纖維應(yīng)通過其反射特性來識(shí)別，在大多數(shù)公知情形，此特性與純紡織產(chǎn)物的反射特性有偏差。因而使紡織產(chǎn)物受光作用。在此，探測(cè)由檢驗(yàn)物品吸收的光和/或反射的光。接收到的光的強(qiáng)度的瞬時(shí)或局部偏差指示了期望物質(zhì)和非期望物質(zhì)的份額。
這種公知方法和裝置的缺陷在于，無色、透明或透光物質(zhì)，如聚丙烯薄膜，或具有類似顏色的物質(zhì)，如在包裝諸如棉花等原料時(shí)采用的線或繩，是不能被識(shí)別的。這導(dǎo)致這種聚丙烯薄膜、線和繩部分同原料一起被進(jìn)一步處理，從而它們隨后比如被紡入紗線中。
現(xiàn)在也可以識(shí)別紡成的紗中的這種物質(zhì)如聚丙烯部分。在此假定，這種物質(zhì)或聚丙烯部分改變了紗線結(jié)構(gòu)，比如尤其改變了紗線在一截面內(nèi)的毛發(fā)度。這在測(cè)量直徑時(shí)，可以比如這樣也識(shí)別紗線質(zhì)量是被改變或毛發(fā)度被改變，因?yàn)槟抢锞郾┎糠侄皇羌喚€毛羽伸出。所以在這種情況下，試圖通過測(cè)量直徑、質(zhì)量、毛發(fā)度來檢測(cè)異物。
通過測(cè)量直徑或毛發(fā)度來探測(cè)固體物或異物的這種方式的缺點(diǎn)在于，許多異物識(shí)別不出。這種情形主要出現(xiàn)在它們位于檢測(cè)物品的外表面上時(shí)。這導(dǎo)致異物的不合適份額被引入最終產(chǎn)品中，產(chǎn)品被削弱或者有缺陷。這種產(chǎn)品不僅會(huì)引起后續(xù)加工的困難，并且不能再成功地生產(chǎn)出無缺陷的最終產(chǎn)品。
因而本發(fā)明的任務(wù)是提供一種上述類型的方法和裝置，能用來簡(jiǎn)便可靠地確定檢測(cè)物品的固體物份額，即使對(duì)透明物質(zhì)或?qū)哂信c檢測(cè)物品同樣顏色的物質(zhì)也能簡(jiǎn)便而可靠地檢測(cè)。
此目的這樣實(shí)現(xiàn)，把檢測(cè)物品暴露在電場(chǎng)中并確定具有檢測(cè)物品的電場(chǎng)的介電特性。為確定電場(chǎng)介電特性，測(cè)量電學(xué)測(cè)量量，由此確定兩電學(xué)量并將其綜合，在此，產(chǎn)生獨(dú)立于檢測(cè)物品質(zhì)量的特征值。把此特征值同對(duì)比值進(jìn)行比較，獲得關(guān)于檢測(cè)物品中固定物份額或其變化的數(shù)據(jù)。介電特性可以通過多個(gè)電學(xué)量來測(cè)出。
第一個(gè)可能性比如是，在至少兩個(gè)頻率上，由諸如電壓、電流、電流和電壓之間相移以及可能出現(xiàn)的參考電阻等測(cè)量量，確定出電容變化或相對(duì)介電常數(shù)，作為電學(xué)量，電容變化是由檢測(cè)物品引起的，并且，由此建立一個(gè)商，作為特征值。
一個(gè)第二可能性是，由諸如電壓、電流、電壓和電流間的相移以及可能出現(xiàn)的參考電阻，確定出電學(xué)量，如電容變化的因而也是檢測(cè)物品本身的功率因素cosφ，來作為特征值。
由電學(xué)量比如通過求商確定的特征值保持恒定，只要檢測(cè)物品中的固體物的份額保持恒定。若份額改變，則這將由特征值相應(yīng)變化來顯示出來由恒定的特征值以及由變化的特征值，通過求比例來確定檢測(cè)物品中的固體物份額。
本發(fā)明裝置具有一布置在檢測(cè)物品區(qū)域內(nèi)建立電場(chǎng)至少一個(gè)的測(cè)量電容器、一與其連接的產(chǎn)生至少一個(gè)具有一頻率的電場(chǎng)的頻率發(fā)生器、與其連接的電學(xué)測(cè)量量的測(cè)量元件和產(chǎn)生電話量及特性值并將特征值征與預(yù)定值比較的求值電路。
為了能排除無檢測(cè)物品的電容器的基本電容，可以設(shè)置一個(gè)連接在同一個(gè)信號(hào)源或一個(gè)反相的信號(hào)源上的參考電容器。最好，頻率發(fā)生器同測(cè)量電容器及參考電容器一起構(gòu)成橋式電路。
利用包含電容、介電常數(shù)、損耗角和功率因素的一組電學(xué)量當(dāng)中的一個(gè)量，表達(dá)出電場(chǎng)介電特性。
通過本發(fā)明獲得優(yōu)點(diǎn)特別在于，檢測(cè)物品中各種不同的異物、固體物的成份或份額借此可以被檢測(cè)出來。這一點(diǎn)是成立的，不論某些物質(zhì)是可見的、不可見的或顏色與檢測(cè)物品相同，位于內(nèi)部或表面。為實(shí)施此方法而規(guī)定的裝置構(gòu)造簡(jiǎn)單，并且能無問題地與其它測(cè)量裝置組合到一起，用此測(cè)量裝置測(cè)量其它參數(shù)以達(dá)到其它目的。
下面借助例子參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明。
圖中

圖1表示第一裝置示意概略圖。
圖2和3分別是物理關(guān)系圖示。
圖4至圖6各表示本發(fā)明裝置其它實(shí)施方式。
圖1表示本發(fā)明裝置的第一實(shí)施形式，它具有供諸如紗、粗紗、條、長(zhǎng)絲等細(xì)長(zhǎng)且縱向移動(dòng)的檢測(cè)物品用的測(cè)量電容器1。測(cè)量電容器1一端經(jīng)電容器3與頻率發(fā)生器4相連，另一端與地相連。測(cè)量電容器1的輸出端5經(jīng)放大器6與求值電路的輸入端7相連。此同一輸出端5也連接到運(yùn)算放大器11的輸入端9上，并經(jīng)電阻3連接到其另一輸入端10上，運(yùn)算放大器同電阻3并聯(lián)。運(yùn)算放大器11的輸出端構(gòu)成求值電路8的輸入端12。輸入端7和12在求值電路8中與公知的電學(xué)量測(cè)量元件13、41相連。求值電路8具有輸出端5。
圖2表示具有兩個(gè)軸16、17的圖解圖。沿軸16代表電場(chǎng)頻率的值，并且沿軸17代表同一電場(chǎng)相對(duì)介電常數(shù)εΓ的值。曲線18、19、20表示作為電場(chǎng)頻率的函數(shù)的相對(duì)介電常數(shù)，這些電場(chǎng)具有由含68％水分的棉花、由含47％水分的棉花，由聚丙烯構(gòu)成的檢測(cè)物品。這里可以看到，符合曲線20的聚丙烯相對(duì)介電常數(shù)在很大程度上獨(dú)立于頻率，而棉花的介電常數(shù)有很強(qiáng)的頻率依賴性。因?yàn)殡娙萜鞯碾娙葑兓桥c介電常數(shù)或正比地改變，對(duì)電容變化也存在同樣的頻率相關(guān)依賴性。同時(shí)，電容變化也受檢測(cè)物品的質(zhì)量影響。
圖3表示具有兩個(gè)軸21和22的圖解圖，沿軸21代表了電場(chǎng)頻率的值，沿軸22代表了不同材料的檢測(cè)物品的功率因素cosφ的值。曲線23、24和25因而表示了作為頻率函數(shù)的功率因素cosφ，功率因素是針對(duì)作為檢測(cè)物品的含68％水份的棉花、含47％水份的棉花及聚丙烯而言的。聚丙烯的功率因素在很大程度上獨(dú)立于頻率，而棉花的功率因素具有很大的頻率依賴性。然而，電容器的電容變化的功率因素與檢驗(yàn)物品的質(zhì)量無關(guān)。
圖4表示本發(fā)明裝置的第二實(shí)施方式，它具有供細(xì)長(zhǎng)的且縱向移動(dòng)的諸如線、粗紗，條子長(zhǎng)絲等檢測(cè)物品37用的兩個(gè)電容器35和36。電容器35、36一方面經(jīng)電阻38、39與地相連，另一方面與頻率發(fā)生器40、41相連。測(cè)量電流器35、36經(jīng)導(dǎo)線42、44及43、45與求值單元46相連，求值單元例如設(shè)計(jì)成處理器并具有輸出端47。
圖5以簡(jiǎn)圖表示第三實(shí)施方式，它具有一測(cè)量電容器50，一參考電容器51及一個(gè)頻率發(fā)生器52。分接線53位于電容器50和51之間，二者都配有一個(gè)反相或非反相放大器54、55。另外設(shè)置了一個(gè)求值電路57，它經(jīng)過分接線53及導(dǎo)線56連接。
圖6以簡(jiǎn)圖表示第四實(shí)施方式，它具有測(cè)量電容器60和參考電容器61及頻率發(fā)生器62。分接頭63位于電容器60與61之間，它們都各自配有一個(gè)反相或非反相放大器64、65。這里還有一個(gè)另外的頻率發(fā)生器66與頻率發(fā)生器62串聯(lián)。分接頭通到具有輸出端68、69的頻率分離元件67上。
本發(fā)明工作方式如下為了確定在棉紗或棉條中固體物份額，如聚丙烯份額，把檢測(cè)物品，因而也是棉紗或棉條置于交變電場(chǎng)中，此電場(chǎng)是用某一頻率f1的電流產(chǎn)生的。這樣就產(chǎn)生一交變電場(chǎng)，其介電特性由諸如電流、電壓及相角等可測(cè)量值來確定，也由預(yù)定頻率來確定。這里介電特性能特別借助于介電常數(shù)εΓ和/或功率因素cosφ來表達(dá)。這一過程也可以在具有其它頻率f2,f3等的其它電場(chǎng)中重復(fù)，并因此獲得相對(duì)介電常數(shù)εr和功率因素cosφ的第二、第三等不同的值。
如果知道了出現(xiàn)在檢測(cè)物品中的物質(zhì)各自的代表介電特性的值，如在圖2和圖3中所示出的，那么，由此可確定在檢測(cè)物品中的物質(zhì)份額。為此有各種可能性。
第一種可能性在于，由介電特性和物質(zhì)量確定測(cè)量電容器的由插入其中的檢測(cè)物品引起的電容變化ΔC，而且至少在測(cè)量電容器中的電場(chǎng)的兩個(gè)不同頻率上測(cè)量。這一方面對(duì)純檢測(cè)物品如聚丙烯或棉花來說利用圖2計(jì)算來進(jìn)行，另一方面通過測(cè)量具有實(shí)際檢測(cè)物品的測(cè)量電容器上的介電特性相應(yīng)值來進(jìn)行。假定檢測(cè)物品由兩種物質(zhì)構(gòu)成，那么由圖2中的值，單獨(dú)計(jì)算出具有由一種物質(zhì)各自構(gòu)成的檢測(cè)物品的測(cè)量電容器的上述電容變化。由此，在兩個(gè)或更多頻率上確定純檢測(cè)物或?qū)嶋H檢測(cè)物情形下的電容器電容變化。由檢測(cè)物品的在不同頻率下所確定的電容變化，可確定作為特征值的商。此商對(duì)聚丙烯來說理想地=1，對(duì)棉花來說＞或＜1。這個(gè)特征值現(xiàn)在獨(dú)立于檢測(cè)物品的質(zhì)量，并且對(duì)檢測(cè)物品來說能連續(xù)被監(jiān)測(cè)，其方式是將它與參考值作比較。如出現(xiàn)偏差，那么檢測(cè)物品中的異物份額就已改變。或者，由下文中抄寫的公式，用純檢測(cè)物的特征值及實(shí)際檢測(cè)物的特征值，把實(shí)際檢測(cè)物品中的純物質(zhì)份額量化。
第二種可能性在于，由代表電場(chǎng)特性的電學(xué)測(cè)量量，按公知方式，確定由因插入電場(chǎng)中的檢測(cè)物品產(chǎn)生的電容變化所導(dǎo)致的功率因素。這一功率因素卻獨(dú)立于檢測(cè)物品的質(zhì)量。所以，確定純檢測(cè)物品的功率因素及實(shí)際檢測(cè)物品的功率因素就足夠了。由這兩個(gè)物品因素，按下文中抄寫的公式，可以確定一特征數(shù)，此特征數(shù)與檢測(cè)物品中的物質(zhì)份額成正比，并也能被監(jiān)測(cè)。
在圖1的裝置中，檢測(cè)物品2在測(cè)量電容器1中暴露在具有頻率f1的電場(chǎng)中。頻率發(fā)生器4經(jīng)電阻3給測(cè)量電容器1供應(yīng)相應(yīng)電流，以便在電容器1的間隙中，形成具有頻率f1的交變電場(chǎng)。在電容器1輸出端上出現(xiàn)的電壓在放大器6中被放大，并接到輸入端7上，以便此電壓在測(cè)量元件14中被量化并緊接著輸入求值電路8。在電阻3上出現(xiàn)的電壓在運(yùn)算放大器11中放大并由輸入端12輸入測(cè)量元件13中。在那里它也被量化。由于電阻3是已知的，求值電路8由此可以計(jì)算出電阻3中的電流。按本身已公知的定律，由此并由對(duì)電容器1來說已知的固定量，可以確定由檢測(cè)物品導(dǎo)致的電容器1的電容變化。通過測(cè)量電流和電壓的相差，還可確定功率因素cosφ。求值電路8可以設(shè)計(jì)成電路或計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)量值和輸入進(jìn)行數(shù)字處理。求值電路經(jīng)輸出端提供一信號(hào)，此信號(hào)顯示其它固體物的出現(xiàn)，或物質(zhì)的改變后份額。這種信號(hào)可以由求值電路連續(xù)輸出，在其中加工成均值或與這種均值及其它參考值比較。顯著的偏離顯示檢測(cè)物品2的份額變化。
為了把檢測(cè)物品2中的固體物的份額量化，假定構(gòu)成檢測(cè)物品2的物質(zhì)是已知的。比如檢測(cè)物品由含47％水份的棉花、還可能有聚丙烯構(gòu)成。從圖3中可讀出這些物質(zhì)在任意頻率f1,f2下的功率因素。假定兩種物質(zhì)合起來構(gòu)成檢測(cè)物品質(zhì)量的100％，按下面公式(1)、(2)可確定第一物質(zhì)的份額。
在圖4的裝置中，檢測(cè)物品陸續(xù)移動(dòng)穿過測(cè)量電容器35、36，電容器產(chǎn)生不同頻率f1,f2的電場(chǎng)，如由頻率發(fā)生器40,41提供的電壓所產(chǎn)生一樣。經(jīng)導(dǎo)線42至45，求值單元46并行地獲得在兩個(gè)頻率上電流和電壓值。由此計(jì)算出電容變化，又計(jì)算出特征數(shù)。為此，要求值單元中，把圖2所示的所有數(shù)值作為表存儲(chǔ)起來。這樣檢測(cè)物品中第一物質(zhì)K1的份額由下式給出公式(1):K1=(A-F2)/(F1-F2)。第二物質(zhì)的份額由下式給出公式(2):K2=(A-F1)/(F2-F1)其中值F1和F2為在第1頻率f1上及在第二頻率f2上棉花和聚丙烯的相對(duì)介電常數(shù)之比。因此，比如通過對(duì)圖2中的值26/28及27/29求商來獲得因子F1和F2。A對(duì)應(yīng)于對(duì)實(shí)際檢測(cè)物品而言的電容器電容變化的商值，或上述特征數(shù)的商值。
在圖5所示裝置中，頻率發(fā)生器5產(chǎn)生一具有一定頻率的交變電壓，它們輸送在兩個(gè)放大器中，并由它們接到兩個(gè)電容器50,51上。比如在放大器55中，通過信號(hào)延遲來產(chǎn)生180°相移，這樣就向電容器50、51各自施加一個(gè)信號(hào)70,71，二者互相抵消。所以，至少當(dāng)測(cè)量電容器沒有檢測(cè)物品時(shí)，分接線53上的電壓為0。這樣空電容器的影響就被消除了。一旦電容器50中有檢測(cè)物品插入，分接線53的信號(hào)就會(huì)改變。信號(hào)相角的余弦反比于測(cè)量電容器50中的檢測(cè)物品的功率因素cosφ，并且獨(dú)立于檢測(cè)物品的量。利用在施加的交變電壓上的從圖3中得出的值，通過簡(jiǎn)單的混合法計(jì)算，由功率因素確定出檢測(cè)物品中兩種物質(zhì)的混合比。這是求值電路57中進(jìn)行的，經(jīng)導(dǎo)線56，它獲得了與未放大的且未受電容器50,51影響的信號(hào)的相角有關(guān)的數(shù)據(jù)。
在圖6中的過程與圖5所示的過程相似，但具有以下不同來自兩個(gè)頻率發(fā)生器62,66的具有兩個(gè)疊加頻率的信號(hào)被施加到電容器60,61上，此信號(hào)在元件67中被分解為它們的兩個(gè)頻率。正如對(duì)圖4所示裝置所知道的那樣，可以確定檢測(cè)物品中的兩種成份的比例。此結(jié)構(gòu)以及圖5所示的結(jié)構(gòu)同圖4的結(jié)構(gòu)相比具有下述優(yōu)點(diǎn)借助橋式電路原理補(bǔ)償了空電容器的影響。對(duì)空電容器來說信號(hào)電壓為0，并且信號(hào)電壓與檢測(cè)物品的介電特性和量成正比。
由于用這種方法來檢測(cè)物品中的固體物含量，所以一個(gè)先決條件是，對(duì)測(cè)量過程來說，一種物質(zhì)中的非固體物質(zhì)如水的份額是恒定的。比如，棉花水份必須是在測(cè)量前已知的，必須是恒定的。這種情形本來是在紡織工業(yè)中存在的，因?yàn)榧庸ぴ蠒r(shí)的許多工序是在空調(diào)房間進(jìn)行的。
檢測(cè)物品中異物及其份額的電容式識(shí)別可以同諸如均勻性、質(zhì)量等其它參數(shù)的公知測(cè)量組合起來，因?yàn)橐粋€(gè)信號(hào)既可以用于測(cè)量這種參數(shù)，又可以用于識(shí)別異物份額。正如所指出那樣，異物份額可以通過計(jì)算在多個(gè)頻率上的電容或通過計(jì)算僅在一個(gè)頻率上的功率因素來確定。也可設(shè)想，借助對(duì)多個(gè)頻率上的功率因素計(jì)算來確定。合適的頻率比如是10KHz至100KHz及10MHz。
權(quán)利要求
1．確定檢測(cè)物品中固體物份額的方法，其特征在于，把檢測(cè)物品暴露在電場(chǎng)中，確定帶有檢測(cè)物品的電場(chǎng)的介電特性，并由此確定份額(K1,K2)。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，為介電特性確定兩個(gè)電學(xué)量(ΔCf1,ΔCf2)，并將其結(jié)合起來，由此產(chǎn)生獨(dú)立于檢測(cè)物品質(zhì)量的特征值。
3．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，為介電特性確定一電學(xué)量(cosφ)，此量構(gòu)成一獨(dú)立于檢測(cè)物品質(zhì)量的特征值。
4．如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，把特征值與所涉及物質(zhì)的預(yù)先確定的特征值比較，并由此確定固體物份額。
5．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，電場(chǎng)用第一頻率和第二頻率工作，并且份額由在第一頻率上和第二頻率上測(cè)得的介電特性的值來確定。
6．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，從具有第一頻率的電場(chǎng)和具有第二頻率的電場(chǎng)各獲得一個(gè)測(cè)量值，把兩個(gè)測(cè)量值綜合為一個(gè)信號(hào)，把此信號(hào)與預(yù)定值比較。
7．如權(quán)利要求6所述方法，其特征在于，測(cè)出電流、電壓及相角作為測(cè)量值，并由此確定介電特性。
8．用于實(shí)施如權(quán)利要求1所述方法的裝置，其特征在于，它具有一在檢測(cè)物品(2)區(qū)域內(nèi)建立電場(chǎng)的測(cè)量電容器(1)、一產(chǎn)生至少一個(gè)具有一頻率的電場(chǎng)的頻率發(fā)生器(4)、與其連接的電學(xué)測(cè)量量的測(cè)量元件(13,14)和產(chǎn)生特性值的求值電路(8)。
9．如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，除測(cè)量電容器之外，還設(shè)置一個(gè)參考電容器(51)。
10．如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，設(shè)置兩個(gè)頻率發(fā)生器(62,66)。
11．如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，頻率發(fā)生器串聯(lián)在一起，以便產(chǎn)生具有兩個(gè)互相疊加頻率的電容器。
12．如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，測(cè)量電容器(50)和參考電容器(51)是橋式電路的一部分。
全文摘要
本發(fā)明涉及確定在檢測(cè)物品中固體物份額的方法和裝置。為了提供用來簡(jiǎn)便可靠地確定在檢測(cè)物品中固體物份額,即使對(duì)透明物質(zhì)或具有與拾測(cè)物品同樣顏色的物質(zhì)也可以如此確定,把檢測(cè)物品暴露在電場(chǎng)中,并且確定具有檢測(cè)物品的電場(chǎng)的介電特性。由介電特性確定并綜合兩個(gè)電學(xué)量(△Cf1,△Cf2,或μ,cosΦ),在此,產(chǎn)生獨(dú)立于檢測(cè)物品質(zhì)量的特征值。把特征值同所涉及物質(zhì)的預(yù)先確定值的特征作比較,并由此確定固定物份額。
文檔編號(hào)G01N33/44GK1226001SQ98125440
公開日1999年8月18日 申請(qǐng)日期1998年12月18日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月18日
發(fā)明者R·喬斯, P·蓋特 申請(qǐng)人:澤韋格路瓦有限公司