專利名稱：一種光電清紗傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及紡紗領(lǐng)域的一種自動(dòng)探疵裝置，特別是一種數(shù)字式多路紅外光電清紗線列傳感器。
紡紗不勻和疵點(diǎn)是經(jīng)常發(fā)生的。紗疵是與紗線的橫截面大小緊密相聯(lián)的。如果紗線的橫截面變化超過(guò)了正常平均紗線橫截面的±50％范圍，而且在某一段突然變得很粗或很細(xì)，或者逐漸變粗或變細(xì)，如棉結(jié)、飛花、短粗節(jié)、長(zhǎng)粗節(jié)、雙紗或三根紗、細(xì)節(jié)、鏈狀紗疵等，這些就是電子清紗器要消除的對(duì)象。
據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)指出，在絡(luò)筒機(jī)上如果一錠出現(xiàn)紗疵并且被電子清紗器切斷。這一停機(jī)再接頭所需的費(fèi)用假設(shè)為1，那么要是這個(gè)紗疵在絡(luò)筒機(jī)上沒(méi)有被清除，而留到整徑時(shí)因這個(gè)紗疵一受張力而斷頭，則整徑所需的費(fèi)用為700，同理，漿紗機(jī)為2100，織布機(jī)為490，針織機(jī)為430。而利用清紗器在絡(luò)筒機(jī)上對(duì)付紗疵是個(gè)好方法。
以往，紡織廠一直沿用傳統(tǒng)的機(jī)械式清紗器。其一般由金屬刀片和梳針?biāo)M成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、維修保養(yǎng)方便。但缺點(diǎn)是接觸測(cè)量，容易損傷纖維，刮毛紗線，增加毛羽，影響強(qiáng)力和消除效率低，對(duì)細(xì)節(jié)紗疵更無(wú)法感知。
電子清紗器通常分為光電式和電容式兩種。光電式是檢測(cè)紗線的輪廓影象，即光通量的變化，是檢測(cè)紗線的直徑變化，比較接近視覺(jué)。電容式是檢測(cè)紗線的質(zhì)量或橫截面的變化，是檢測(cè)紗線的質(zhì)量的變化來(lái)間接表達(dá)紗疵。
對(duì)于光電式清紗器，以瑞士洛菲(LOEPFE)公司八十年代中期生產(chǎn)的FR－600型電子清紗器為代表。在其光電檢測(cè)單元中，采用了頻率為50KHz脈沖光源并附加輔助光源，脈沖紅外光通過(guò)光學(xué)裝置后，照射到硅光電池接收器上，紗線放入光電檢測(cè)區(qū)，光電池接收紗線粗細(xì)變化擋光后的光通量，即對(duì)應(yīng)紗線直徑的變化。
通常光電式電子清紗器的檢測(cè)頭由光電檢測(cè)部分和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩大部分。光電檢測(cè)部分通常由光源、光學(xué)裝置和光電接收器三部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括電磁吸鐵線包、切刀和刀砧。光源采用白熾燈或紅外發(fā)光二極管。光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)一個(gè)光學(xué)裝置后照過(guò)紗線到達(dá)光電接收器。轉(zhuǎn)換成的電信號(hào)經(jīng)放大器放大后經(jīng)過(guò)鑒別電路對(duì)紗疵的直徑和長(zhǎng)度進(jìn)行鑒別，如果紗疵的直徑和長(zhǎng)度達(dá)到并超過(guò)設(shè)定值，那么鑒別器就立即翻轉(zhuǎn)，觸發(fā)后級(jí)切刀驅(qū)動(dòng)電路，使切刀動(dòng)作，切斷紗線，清除紗疵。
但是，這種現(xiàn)有的光電式電子清紗器是以紗疵在接收器上投影變化來(lái)獲得信息的，由于光源光線不均或接收器響應(yīng)不均勻等原因，其投影的寬窄精度是有限的，而且對(duì)扁平紗疵容易漏檢。還有，其信息處理是通過(guò)模擬量轉(zhuǎn)換到數(shù)字后，再進(jìn)行運(yùn)算，所以信息處理量就來(lái)得大，耗費(fèi)時(shí)間就長(zhǎng)。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種新穎的數(shù)字式多路紅外光電清紗線列傳感器。
本光電清紗傳感器包括通常技術(shù)中的光源、光學(xué)裝置和光接收器。本實(shí)用新型的目的通過(guò)如下技術(shù)方案達(dá)到由二組光源、光學(xué)裝置和光接收器組成正交的二路裝置，而待測(cè)紗線在二路正交的“光梳”交會(huì)區(qū)內(nèi)垂直交會(huì)面運(yùn)行通過(guò)。其光源采用砷化鎵紅外發(fā)光二極管LED，由LED發(fā)出的0.84微米波長(zhǎng)的紅外光，經(jīng)過(guò)一個(gè)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)微電子技術(shù)加工的二元位相型菲涅爾列陳透鏡器件，將紅外光在4毫米內(nèi)分成一組128束的“光梳”，在其對(duì)側(cè)有接收光梳光線的硅光電探測(cè)器，硅光電線列探測(cè)器為在4毫米內(nèi)存有128敏感元的線列器件。每個(gè)敏感元接收光梳的對(duì)應(yīng)某光束的光信號(hào)，即將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該硅光電探測(cè)器的時(shí)間常數(shù)為納紗數(shù)量級(jí)，并且本身帶有前置放大器和移位寄存器。在這樣的二路光源、光學(xué)裝置、硅光電探測(cè)器光束的正交交會(huì)的地方讓被測(cè)紗線垂直地運(yùn)行通過(guò)。當(dāng)紗疵出現(xiàn)時(shí)，其二個(gè)正交的觀察面上的大小分別投射在二個(gè)硅光探測(cè)器上，則其輸出信號(hào)中分別顯示出該紗疵在二個(gè)方向上的擋光量及直徑數(shù)據(jù)。另外，該硅光探測(cè)器的快速響應(yīng)足夠反應(yīng)紗線以最高速度1200米／分的運(yùn)行情況，而給出紗疵長(zhǎng)度方向的信號(hào)。而本光電清紗傳感器的任務(wù)就是給出經(jīng)前置放大和延時(shí)的信號(hào)，供后置裝置的主放大器、計(jì)算機(jī)鑒別器和驅(qū)動(dòng)電路處理，如果紗疵的直徑和長(zhǎng)度都達(dá)到并超過(guò)設(shè)定值，就切斷紗線，清除紗疵。
顯然，本實(shí)用新型有如下有益效果1.由于二元位相型菲涅爾列陳透鏡及硅光電探測(cè)器都在4毫米線度內(nèi)有128元，裝校方便，其分辨紗徑的精度可達(dá)31微米，在幾十微米間紗線的粗細(xì)變化傳感器得到正確的高速的反應(yīng)，大大提高了對(duì)紗徑的測(cè)量精度。
2.有正交的二路裝置，對(duì)扁平紗疵完全能檢測(cè)，提高了檢測(cè)質(zhì)量。
3.硅光電探測(cè)器本身含有前置放大和移位寄存器，提高了信噪比和等于有了一個(gè)開(kāi)關(guān)電路，硅光電探測(cè)器上各編碼的敏感元等于直接對(duì)應(yīng)數(shù)字輸出，減少了信息處理量，加快了整個(gè)設(shè)備的運(yùn)算速度。
本實(shí)用新型
如下圖1是一般光電式清紗器的框圖。圖中注出了光源1、光學(xué)裝置2、紗線3、光電接收器4、放大器5、鑒別器6、驅(qū)動(dòng)電路7和切刀刀砧裝置8。
圖2是本實(shí)用新型光電清紗傳感器的設(shè)計(jì)原理圖。
圖3是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本實(shí)用新型的一種二元位相型菲涅爾列陣透鏡器件局部平面圖。
圖5是二元位相型菲涅爾列陣器件單元的剖示圖。
圖6是本實(shí)用新型硅光電探測(cè)器俯視圖。它包括硅光電器件線列及前放401和移位寄存器402，圖中還注出了內(nèi)引線腳403和外引線腳404及管殼405。
圖7是硅光電探測(cè)器的電原理圖。
以下結(jié)合附圖對(duì)最佳實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明。
本實(shí)施例是將二路光源1、光學(xué)裝置2、光電接收器4安裝在一個(gè)外殼內(nèi)，在外殼底面下還裝有切刀刀砧裝置8。二路光源、光學(xué)裝置和光電接收器組成正交的形式，而待測(cè)紗線3通過(guò)在外殼上特設(shè)的卡扣在二路正交的“光梳”交會(huì)區(qū)內(nèi)垂直運(yùn)行通過(guò)。
光源1采用砷化鎵紅外發(fā)光二極管，由它發(fā)出波長(zhǎng)為0.84微米的紅外光。
光學(xué)裝置2采用二元位相型菲涅爾列陣透鏡器件，它將光源1發(fā)出的接近點(diǎn)光源的光分成一列在4毫米寬度內(nèi)含有128束的“光梳”。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)人通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)和微電子技術(shù)加工了二種型式的列陣透鏡器件，都獲得了成功。其中一種是在4毫米寬度內(nèi)單列128單元排列，而各單元為八階的位相量化結(jié)構(gòu)，每單元為圓形。其中另一種是在4毫米寬度內(nèi)緊靠的雙列64個(gè)單元排列，而一列與另一列的對(duì)應(yīng)單元之間各錯(cuò)開(kāi)半個(gè)單元的距離，各單元為八階位相量化結(jié)構(gòu)，每單元為圓形。因?yàn)樗袉卧瑫r(shí)刻制成型，其排列精度高、焦平面一致性好，不需要逐一對(duì)中，集光效率高，便于安裝。
光電接收器4采用帶有前置放大器和移位寄存器的128元硅光電線列探測(cè)器，它在4毫米寬度內(nèi)排有128個(gè)敏感元，每個(gè)敏感元接收“光梳”中對(duì)應(yīng)的某光束的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)前置放大和移位寄存器后輸出。參見(jiàn)圖6和圖7，整個(gè)硅光電線列探測(cè)器封裝在扁平管殼內(nèi)，通過(guò)外引線腳404與外電路連接。該探測(cè)器除了硅光電器件線列及前置放大器401、移位寄存器402以外，還含有禁止門(mén)、傳輸門(mén)、復(fù)位電路和放大管等部分組成。請(qǐng)對(duì)照?qǐng)D7，CP為加在移位寄存器上的時(shí)鐘脈沖； s為移位寄存器的起始脈沖； 2為禁止門(mén)的輸入脈沖； r為復(fù)位脈沖；VDD為硅襯底，接地，0伏；VSS為電源，接－5伏，直流；VR為復(fù)位電源，根據(jù)硅光電器件和偏置電壓調(diào)節(jié)，直流；D為放大管源極，接－5伏，直流；S為放大管輸出端，建議接成源跟隨器，源電阻為1000歐姆。因?yàn)楣韫怆娞綔y(cè)器本身含有前置放大器和移位寄存器，提高了信噪比和等于有了一個(gè)開(kāi)關(guān)電路，可以延時(shí)輸出，并大大地減少了引線腳。
權(quán)利要求1.一種光電清紗傳感器，包括光源(1)、光學(xué)裝置(2)、光電接收器(4)、外殼和電能饋給，其特征在于(a).由二組光源(1)、光學(xué)裝置(2)和光電接收器(4)組成正交的二路裝置，而二路光源、光學(xué)裝置和光電接收器安裝在一個(gè)外殼內(nèi)，在外殼底面下還裝有切刀刀砧裝置(8)；(b).光源(1)采用砷化鎵紅外發(fā)光二極管；(c).光學(xué)裝置(2)采用將紅外點(diǎn)光源分成一組4毫米寬度內(nèi)含有128束的“光梳”的二元位相型菲涅爾列陣透鏡器件；(d).光電接收器(4)采用帶有前置放大器和移位寄存器的128元硅光電線列探測(cè)器，它在4毫米寬度內(nèi)排有128個(gè)敏感元，每個(gè)敏感元接收“光梳”中對(duì)應(yīng)的某光束的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)前置放大和移位寄存器后輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所規(guī)定的光電清紗傳感器，其特征在于所說(shuō)的光學(xué)裝置(2)的二元位相型菲涅爾列陣透鏡器件是采用在4毫米寬度內(nèi)單列128單元排列，而各單元為八階的位相量化結(jié)構(gòu)，每單元為圓形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所規(guī)定的光電清紗傳感器，其特征在于所說(shuō)的光學(xué)裝置(2)的二元位相型菲涅爾列陣透鏡器件是在4毫米寬度內(nèi)采用緊靠的雙列64單元排列，而一列與另一列的對(duì)應(yīng)單元之間各錯(cuò)開(kāi)半個(gè)單元的距離，而各單元為八階的位相量化結(jié)構(gòu)，每單元為圓形。
專利摘要一種光電清紗傳感器。由二組光源、光學(xué)裝置和光電接收器組成正交的二路裝置，而待測(cè)紗線在二路正交的“光梳”交會(huì)區(qū)內(nèi)垂直地運(yùn)行通過(guò)。光源為砷化鎵紅外發(fā)光二極管，光學(xué)裝置為由計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)微電子技術(shù)加工的二元位相型128單元菲涅爾列陣透鏡器件，光電接收器為帶有前放和移位寄存器的128元線列硅光電探測(cè)器。本實(shí)用新型信噪比高、運(yùn)算速度快，其分辨紗經(jīng)的精度可達(dá)31微米，對(duì)扁平紗疵完全能檢測(cè)。
文檔編號(hào)D01H13/14GK2193365SQ9422799
公開(kāi)日1995年3月29日 申請(qǐng)日期1994年4月6日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月6日
發(fā)明者王汝笠, 萬(wàn)飆, 巫雪梅, 陳正宇, 周錚臨, 郭晴 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所