專利名稱：確定在檢測物品中固體物份額的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種確定在檢測物品中固體物份額的方法和裝置。
確定在檢測物品中固體物份額的一個例子是紡織產物中的異質纖維和異物的識別。在此，識別是用光學手段完成。比如，異物或異質纖維應通過其反射特性來識別，在大多數公知情形，此特性與純紡織產物的反射特性有偏差。因而使紡織產物受光作用。在此，探測由檢驗物品吸收的光和/或反射的光。接收到的光的強度的瞬時或局部偏差指示了期望物質和非期望物質的份額。
這種公知方法和裝置的缺陷在于，無色、透明或透光物質，如聚丙烯薄膜，或具有類似顏色的物質，如在包裝諸如棉花等原料時采用的線或繩，是不能被識別的。這導致這種聚丙烯薄膜、線和繩部分同原料一起被進一步處理，從而它們隨后比如被紡入紗線中。
現在也可以識別紡成的紗中的這種物質如聚丙烯部分。在此假定，這種物質或聚丙烯部分改變了紗線結構，比如尤其改變了紗線在一截面內的毛發度。這在測量直徑時，可以比如這樣也識別紗線質量是被改變或毛發度被改變，因為那里聚丙烯部分而不是紗線毛羽伸出。所以在這種情況下，試圖通過測量直徑、質量、毛發度來檢測異物。
通過測量直徑或毛發度來探測固體物或異物的這種方式的缺點在于，許多異物識別不出。這種情形主要出現在它們位于檢測物品的外表面上時。這導致異物的不合適份額被引入最終產品中，產品被削弱或者有缺陷。這種產品不僅會引起后續加工的困難，并且不能再成功地生產出無缺陷的最終產品。
因而本發明的任務是提供一種上述類型的方法和裝置，能用來簡便可靠地確定檢測物品的固體物份額，即使對透明物質或對具有與檢測物品同樣顏色的物質也能簡便而可靠地檢測。
此目的這樣實現，把檢測物品暴露在電場中并確定具有檢測物品的電場的介電特性。為確定電場介電特性，測量電學測量量，由此確定兩電學量并將其綜合，在此，產生獨立于檢測物品質量的特征值。把此特征值同對比值進行比較，獲得關于檢測物品中固定物份額或其變化的數據。介電特性可以通過多個電學量來測出。
第一個可能性比如是，在至少兩個頻率上，由諸如電壓、電流、電流和電壓之間相移以及可能出現的參考電阻等測量量，確定出電容變化或相對介電常數，作為電學量，電容變化是由檢測物品引起的，并且，由此建立一個商，作為特征值。
一個第二可能性是，由諸如電壓、電流、電壓和電流間的相移以及可能出現的參考電阻，確定出電學量，如電容變化的因而也是檢測物品本身的功率因素cosφ，來作為特征值。
由電學量比如通過求商確定的特征值保持恒定，只要檢測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物品中的固體物份額。
本發明裝置具有一布置在檢測物品區域內建立電場至少一個的測量電容器、一與其連接的產生至少一個具有一頻率的電場的頻率發生器、與其連接的電學測量量的測量元件和產生電話量及特性值并將特征值征與預定值比較的求值電路。
為了能排除無檢測物品的電容器的基本電容，可以設置一個連接在同一個信號源或一個反相的信號源上的參考電容器。最好，頻率發生器同測量電容器及參考電容器一起構成橋式電路。
利用包含電容、介電常數、損耗角和功率因素的一組電學量當中的一個量，表達出電場介電特性。
通過本發明獲得優點特別在于，檢測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出來。這一點是成立的，不論某些物質是可見的、不可見的或顏色與檢測物品相同，位于內部或表面。為實施此方法而規定的裝置構造簡單，并且能無問題地與其它測量裝置組合到一起，用此測量裝置測量其它參數以達到其它目的。
下面借助例子參考附圖詳細描述本發明。
圖中
圖1表示第一裝置示意概略圖。
圖2和3分別是物理關系圖示。
圖4至圖6各表示本發明裝置其它實施方式。
圖1表示本發明裝置的第一實施形式，它具有供諸如紗、粗紗、條、長絲等細長且縱向移動的檢測物品用的測量電容器1。測量電容器1一端經電容器3與頻率發生器4相連，另一端與地相連。測量電容器1的輸出端5經放大器6與求值電路的輸入端7相連。此同一輸出端5也連接到運算放大器11的輸入端9上，并經電阻3連接到其另一輸入端10上，運算放大器同電阻3并聯。運算放大器11的輸出端構成求值電路8的輸入端12。輸入端7和12在求值電路8中與公知的電學量測量元件13、41相連。求值電路8具有輸出端5。
圖2表示具有兩個軸16、17的圖解圖。沿軸16代表電場頻率的值，并且沿軸17代表同一電場相對介電常數εΓ的值。曲線18、19、20表示作為電場頻率的函數的相對介電常數，這些電場具有由含68％水分的棉花、由含47％水分的棉花，由聚丙烯構成的檢測物品。這里可以看到，符合曲線20的聚丙烯相對介電常數在很大程度上獨立于頻率，而棉花的介電常數有很強的頻率依賴性。因為電容器的電容變化是與介電常數或正比地改變，對電容變化也存在同樣的頻率相關依賴性。同時，電容變化也受檢測物品的質量影響。
圖3表示具有兩個軸21和22的圖解圖，沿軸21代表了電場頻率的值，沿軸22代表了不同材料的檢測物品的功率因素cosφ的值。曲線23、24和25因而表示了作為頻率函數的功率因素cosφ，功率因素是針對作為檢測物品的含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物品的質量無關。
圖4表示本發明裝置的第二實施方式，它具有供細長的且縱向移動的諸如線、粗紗，條子長絲等檢測物品37用的兩個電容器35和36。電容器35、36一方面經電阻38、39與地相連，另一方面與頻率發生器40、41相連。測量電流器35、36經導線42、44及43、45與求值單元46相連，求值單元例如設計成處理器并具有輸出端47。
圖5以簡圖表示第三實施方式，它具有一測量電容器50，一參考電容器51及一個頻率發生器52。分接線53位于電容器50和51之間，二者都配有一個反相或非反相放大器54、55。另外設置了一個求值電路57，它經過分接線53及導線56連接。
圖6以簡圖表示第四實施方式，它具有測量電容器60和參考電容器61及頻率發生器62。分接頭63位于電容器60與61之間，它們都各自配有一個反相或非反相放大器64、65。這里還有一個另外的頻率發生器66與頻率發生器62串聯。分接頭通到具有輸出端68、69的頻率分離元件67上。
本發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，把檢測物品，因而也是棉紗或棉條置于交變電場中，此電場是用某一頻率f1的電流產生的。這樣就產生一交變電場，其介電特性由諸如電流、電壓及相角等可測量值來確定，也由預定頻率來確定。這里介電特性能特別借助于介電常數εΓ和/或功率因素cosφ來表達。這一過程也可以在具有其它頻率f2,f3等的其它電場中重復，并因此獲得相對介電常數εr和功率因素cosφ的第二、第三等不同的值。
如果知道了出現在檢測物品中的物質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，由此可確定在檢測物品中的物質份額。為此有各種可能性。
第一種可能性在于，由介電特性和物質量確定測量電容器的由插入其中的檢測物品引起的電容變化ΔC，而且至少在測量電容器中的電場的兩個不同頻率上測量。這一方面對純檢測物品如聚丙烯或棉花來說利用圖2計算來進行，另一方面通過測量具有實際檢測物品的測量電容器上的介電特性相應值來進行。假定檢測物品由兩種物質構成，那么由圖2中的值，單獨計算出具有由一種物質各自構成的檢測物品的測量電容器的上述電容變化。由此，在兩個或更多頻率上確定純檢測物或實際檢測物情形下的電容器電容變化。由檢測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。此商對聚丙烯來說理想地=1，對棉花來說＞或＜1。這個特征值現在獨立于檢測物品的質量，并且對檢測物品來說能連續被監測，其方式是將它與參考值作比較。如出現偏差，那么檢測物品中的異物份額就已改變。或者，由下文中抄寫的公式，用純檢測物的特征值及實際檢測物的特征值，把實際檢測物品中的純物質份額量化。
第二種可能性在于，由代表電場特性的電學測量量，按公知方式，確定由因插入電場中的檢測物品產生的電容變化所導致的功率因素。這一功率因素卻獨立于檢測物品的質量。所以，確定純檢測物品的功率因素及實際檢測物品的功率因素就足夠了。由這兩個物品因素，按下文中抄寫的公式，可以確定一特征數，此特征數與檢測物品中的物質份額成正比，并也能被監測。
在圖1的裝置中，檢測物品2在測量電容器1中暴露在具有頻率f1的電場中。頻率發生器4經電阻3給測量電容器1供應相應電流，以便在電容器1的間隙中，形成具有頻率f1的交變電場。在電容器1輸出端上出現的電壓在放大器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上出現的電壓在運算放大器11中放大并由輸入端12輸入測量元件13中。在那里它也被量化。由于電阻3是已知的，求值電路8由此可以計算出電阻3中的電流。按本身已公知的定律，由此并由對電容器1來說已知的固定量，可以確定由檢測物品導致的電容器1的電容變化。通過測量電流和電壓的相差，還可確定功率因素cosφ。求值電路8可以設計成電路或計算機，計算機對測量值和輸入進行數字處理。求值電路經輸出端提供一信號，此信號顯示其它固體物的出現，或物質的改變后份額。這種信號可以由求值電路連續輸出，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物品2的份額變化。
為了把檢測物品2中的固體物的份額量化，假定構成檢測物品2的物質是已知的。比如檢測物品由含47％水份的棉花、還可能有聚丙烯構成。從圖3中可讀出這些物質在任意頻率f1,f2下的功率因素。假定兩種物質合起來構成檢測物品質量的100％，按下面公式(1)、(2)可確定第一物質的份額。
在圖4的裝置中，檢測物品陸續移動穿過測量電容器35、36，電容器產生不同頻率f1,f2的電場，如由頻率發生器40,41提供的電壓所產生一樣。經導線42至45，求值單元46并行地獲得在兩個頻率上電流和電壓值。由此計算出電容變化，又計算出特征數。為此，要求值單元中，把圖2所示的所有數值作為表存儲起來。這樣檢測物品中第一物質K1的份額由下式給出公式(1):K1=(A-F2)/(F1-F2)。第二物質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介電常數之比。因此，比如通過對圖2中的值26/28及27/29求商來獲得因子F1和F2。A對應于對實際檢測物品而言的電容器電容變化的商值，或上述特征數的商值。
在圖5所示裝置中，頻率發生器5產生一具有一定頻率的交變電壓，它們輸送在兩個放大器中，并由它們接到兩個電容器50,51上。比如在放大器55中，通過信號延遲來產生180°相移，這樣就向電容器50、51各自施加一個信號70,71，二者互相抵消。所以，至少當測量電容器沒有檢測物品時，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中有檢測物品插入，分接線53的信號就會改變。信號相角的余弦反比于測量電容器50中的檢測物品的功率因素cosφ，并且獨立于檢測物品的量。利用在施加的交變電壓上的從圖3中得出的值，通過簡單的混合法計算，由功率因素確定出檢測物品中兩種物質的混合比。這是求值電路57中進行的，經導線56，它獲得了與未放大的且未受電容器50,51影響的信號的相角有關的數據。
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頻率發生器62,66的具有兩個疊加頻率的信號被施加到電容器60,61上，此信號在元件67中被分解為它們的兩個頻率。正如對圖4所示裝置所知道的那樣，可以確定檢測物品中的兩種成份的比例。此結構以及圖5所示的結構同圖4的結構相比具有下述優點借助橋式電路原理補償了空電容器的影響。對空電容器來說信號電壓為0，并且信號電壓與檢測物品的介電特性和量成正比。
由于用這種方法來檢測物品中的固體物含量，所以一個先決條件是，對測量過程來說，一種物質中的非固體物質如水的份額是恒定的。比如，棉花水份必須是在測量前已知的，必須是恒定的。這種情形本來是在紡織工業中存在的，因為加工原料時的許多工序是在空調房間進行的。
檢測物品中異物及其份額的電容式識別可以同諸如均勻性、質量等其它參數的公知測量組合起來，因為一個信號既可以用于測量這種參數，又可以用于識別異物份額。正如所指出那樣，異物份額可以通過計算在多個頻率上的電容或通過計算僅在一個頻率上的功率因素來確定。也可設想，借助對多個頻率上的功率因素計算來確定。合適的頻率比如是10KHz至100KHz及10MHz。
權利要求
1．確定檢測物品中固體物份額的方法，其特征在于，把檢測物品暴露在電場中，確定帶有檢測物品的電場的介電特性，并由此確定份額(K1,K2)。
2．如權利要求1所述的方法，其特征在于，為介電特性確定兩個電學量(ΔCf1,ΔCf2)，并將其結合起來，由此產生獨立于檢測物品質量的特征值。
3．如權利要求1所述的方法，其特征在于，為介電特性確定一電學量(cosφ)，此量構成一獨立于檢測物品質量的特征值。
4．如權利要求2或3所述的方法，其特征在于，把特征值與所涉及物質的預先確定的特征值比較，并由此確定固體物份額。
5．如權利要求1所述的方法，其特征在于，電場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得的介電特性的值來確定。
6．如權利要求1所述的方法，其特征在于，從具有第一頻率的電場和具有第二頻率的電場各獲得一個測量值，把兩個測量值綜合為一個信號，把此信號與預定值比較。
7．如權利要求6所述方法，其特征在于，測出電流、電壓及相角作為測量值，并由此確定介電特性。
8．用于實施如權利要求1所述方法的裝置，其特征在于，它具有一在檢測物品(2)區域內建立電場的測量電容器(1)、一產生至少一個具有一頻率的電場的頻率發生器(4)、與其連接的電學測量量的測量元件(13,14)和產生特性值的求值電路(8)。
9．如權利要求8所述的裝置，其特征在于，除測量電容器之外，還設置一個參考電容器(51)。
10．如權利要求8所述的裝置，其特征在于，設置兩個頻率發生器(62,66)。
11．如權利要求8所述的裝置，其特征在于，頻率發生器串聯在一起，以便產生具有兩個互相疊加頻率的電容器。
12．如權利要求9所述的裝置，其特征在于，測量電容器(50)和參考電容器(51)是橋式電路的一部分。
全文摘要
本發明涉及確定在檢測物品中固體物份額的方法和裝置。為了提供用來簡便可靠地確定在檢測物品中固體物份額,即使對透明物質或具有與拾測物品同樣顏色的物質也可以如此確定,把檢測物品暴露在電場中,并且確定具有檢測物品的電場的介電特性。由介電特性確定并綜合兩個電學量(△Cf1,△Cf2,或μ,cosΦ),在此,產生獨立于檢測物品質量的特征值。把特征值同所涉及物質的預先確定值的特征作比較,并由此確定固定物份額。
文檔編號G01N33/44GK1226001SQ98125440
公開日1999年8月18日 申請日期1998年12月18日 優先權日1997年12月18日
發明者R·喬斯, P·蓋特 申請人:澤韋格路瓦有限公司
專業數控銑床產品供應商
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