專利名稱：纖維試樣中棉結(jié)類實體的測量分類設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一纖維試樣中單獨紡織實體的測量和分類的領(lǐng)域，特別是涉及一種用以測量和分類纖維試樣中棉結(jié)類實體的儀器和方法尤其是用于高速測試的環(huán)境中。
本申請是共同未決申請07/962，898題為“帶自動喂入的單獨紡織試樣復(fù)合特性的測試儀器和方法”以及共同未決申請07/493，961題為“對纖維或其他試樣中單獨實體的光電高速多變量測量方法和儀器”的部分繼續(xù)，它們的公開納入本文作為參考。
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(fù)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(fù)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。在共同未決申請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。為了更明確一些并與參考相一致，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(fù)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。
隨著高速處理的出現(xiàn)，對試樣中實體鑒定的準(zhǔn)確性和速度提出了更高的要求。雖然有了雜質(zhì)和單獨纖維的基本數(shù)目和大小的信息有時已經(jīng)足夠，但仍需要有對棉結(jié)和雜質(zhì)的更詳細的信息。
在棉纖維紡織品中棉結(jié)廣義地被定義為纖維的小團或纏結(jié)。它們是棉纖維中三種主要成分之一。但棉結(jié)還可分成三類由機械產(chǎn)生的棉結(jié)、棉子殼棉結(jié)和有光澤的(或未成熟的)棉結(jié)。由機械產(chǎn)生的棉結(jié)是在開棉、軋花和梳棉過程中產(chǎn)生的，其直徑范圍可從0.1mm到5mm。它們是由一棉花或化纖的纏結(jié)核心與一長尾纖維形成的而且在加工中無法開松的緊密纖維結(jié)頭。棉子殼棉結(jié)或棉子殼碎片是附著于棉子殼上的纖維團所形成的。從可見光中觀看，它們是附在中央一個黑的核點上的纖維小絨頭。有光澤的棉結(jié)或抗染色棉結(jié)是由極不成熟或死的棉花纖維結(jié)成的團。它們是由于部分或全部棉籽受到應(yīng)力而使纖維的成熟過程停止所形成的。結(jié)果所產(chǎn)生的纖維既細又弱并具有極小的橫向韌性而很容易形成由平行纖維壓成的小團。這些未成熟的纖維不能正常地吸收染料，因而在染成織物中將出現(xiàn)白色斑點。這些光澤的棉結(jié)可以附在棉子殼上，也可以不附在棉子殼上。
了解上述說明以后便不難理解對棉結(jié)進行分類的重要性。由機械產(chǎn)生的棉結(jié)表明加工機械有干擾，因此這些粒子的精確計量有助于對加工機械進行細調(diào)或甚至進行大檢修。對最普通的化纖滌綸棉結(jié)與棉花棉結(jié)與棉花棉結(jié)之間的區(qū)分十分重要，因為它們通常是分開加工而后在并條機中并成棉條。
棉子殼碎片來自棉株，它的數(shù)目受軋花、清棉和棉花品種的影響。棉子殼最令人討厭的是它是紗疵的主要來源。每單位重量中的棉子殼碎片數(shù)可對棉農(nóng)提供有關(guān)棉籽到纖維強度的有用信息，對軋花廠提供有關(guān)去棉籽工藝的干擾信息，而對加工廠提供有關(guān)原棉質(zhì)量的信息。
有光澤的棉結(jié)數(shù)可用以預(yù)測所加工棉紗的可染性。特別是每克的光澤棉結(jié)數(shù)可預(yù)測染成織物的外觀質(zhì)量，因而有可能使有質(zhì)量意識的紡織工人把最高質(zhì)量的材料用于要求最高的產(chǎn)品。
纖維試樣中的雜質(zhì)數(shù)量和性質(zhì)與上述理由相同對紡織加工廠也是十分重要的。棉花中雜質(zhì)的產(chǎn)生主要是由于機械摘棉所引起，這種雜質(zhì)可分為纖維狀的或非纖維狀的，并還可細分為纖維狀樹皮、纖維狀的草或樹葉、草片或葉片、厚的雜質(zhì)(棉子殼碎片和樹皮)、灰塵或纖維碎片。對試樣中雜質(zhì)的分類能揭露前道加工中的問題，有利于校正加工，并有助于預(yù)測由纖維制成的終端產(chǎn)品(通常是紗線)的質(zhì)量。
因此任何紡織加工廠必須掌握有關(guān)原料，尤其是棉結(jié)的更多的具體信息才能有效地提高加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。這種需要從棉農(nóng)和軋花廠經(jīng)過紡紗廠并最后擴大到織布廠。
本發(fā)明的優(yōu)選實施例說明了以上所述的關(guān)系。在實施例中設(shè)有一用以測量紡織材料試樣中實體特性的裝置，該試樣至少含有藉助于一供應(yīng)器給紡織試樣提供的棉結(jié)。紡織材料可單獨分離成試樣提供或由一自動取樣機來提供。紡織試樣由供應(yīng)器提供給一處理器，將實體進行分離以提供單獨的待測實體。經(jīng)過分離的實體由處理器的輸出提供給一輸送氣流。然后輸送氣流把分離的實體提供給一傳感器，它至少能探測一種分離實體的特性并產(chǎn)生符合于探測實體的特性信號。
在本發(fā)明的另一實施例中，傳感器包括第一光源和第二光源。第一光源的光沿著第一光通道照射到傳感器中待測的實體上。第二光源的光沿著第二光通道也照射到傳感器中的待測實體上。在第一光通道中設(shè)有一消光傳感器，它是這樣來定向的使待測實體在第一光源與消光傳感器之間通過。消光傳感器檢測被實體所遮擋的光并產(chǎn)生一相當(dāng)于被傳感器中實體所遮擋的光的輸出和相當(dāng)于所探測到的消光的消光信號。傳感器還設(shè)有一前向分散傳感器用以接收由實體經(jīng)過第一和第二光通道時所分散的前向分散光。前向分散傳感器產(chǎn)生一相當(dāng)于從實體所探測的前向分散光的前向分散信號。在此實施例中，分析器包括一附屬分析器，它將消光信號同前向分散信號相比較以確定這些信號是否相當(dāng)于一棉結(jié)，并進一步將信號分類為相當(dāng)于不同棉結(jié)類型中的哪一種。
在本發(fā)明的另一實施例中，第一光源是一紅外光源而第二光源為紫外光源。在此實施例中，前向分散傳感器也有若干部件。第一前向分散傳感器的位置適宜于反映來自第一紅外光源的前向分散光。第二傳感器的位置是使它接收一部分由實體從紫外光源所分散的光，因而適宜于反映實體通過紫外光束時的熒光效果所發(fā)射的藍色光。在此實施例中，附屬分析器對消光信號，分散光信號和熒光信號進行分析，并至少根據(jù)這些信號的一部分來確定一特定信號是否為棉結(jié)，以及進一步將信號段進行分類為相當(dāng)于哪一種類型的棉結(jié)。
本發(fā)明的一個附加的實施例是一種用以確定單獨的棉結(jié)類實體類型的方法。首先提供一探測區(qū)并發(fā)生一紫外光束使之通過此探測區(qū)而照射。在探測區(qū)的一側(cè)設(shè)有一熒光檢測器，使物體經(jīng)過紫外光時所發(fā)射的熒光至少有一部分照到熒光檢測器上“有一氣流被引導(dǎo)通過探測區(qū)并穿過紫外光束。然后將待探測的實體引入氣流中，在熒光檢測器上便將發(fā)生一相當(dāng)于從實體發(fā)射的熒光的熒光信號。于是把此熒光信號同上閾值相比較，如果熒光信號大于閾值，則實體被定為一滌綸棉結(jié)。如果熒光信號小于閾值，則實體被定為非滌綸棉結(jié)。
本發(fā)明的另一實施例提供一用以確定單獨紡織實體的成熟度和型式的方法。設(shè)置一探測區(qū)并使第一光束通過探測區(qū)而照射。在探測區(qū)的一側(cè)設(shè)有第一和第二消光傳感器，它們是面對第一光束而相鄰設(shè)置的，因此第一光束能照到這兩個消光傳感器上。在探測區(qū)的一側(cè)設(shè)置一前向分散檢測器，使至少一部分由物體經(jīng)過第一光束時所分散的光能照到前向分散檢測器上。方法的下一步是產(chǎn)生一氣流并將它引導(dǎo)到探測區(qū)使它通過第一光束并在第一光束與第一和第二消光傳感器之間經(jīng)過。然后在氣流中引入一實體，當(dāng)實體在第一和第二消光檢測器和前向分散檢測器處通過光束時，便產(chǎn)生相當(dāng)于實體特性的特性信號。從而可得到相當(dāng)于前向分散檢測器信號的峰值對第一和第二消光檢測器信號之一的峰值之比的特性信號比值，并將此比值同第一閾值相比較。如果比值小于或等于第一閾值，則實體被定為不成熟，如果比值大于第一閾值，則實體被定為成熟的。此方法的另一實施例還包括額外的步驟從特性信號產(chǎn)生一相當(dāng)于實體速度的速度信號并把速度同一預(yù)定的第二閾值相比較。如果速度大于第二閾值，實體被定為一棉結(jié)，如果速度小于第二閾值，則實體被定為一棉子殼碎片。因此利用這些附加步驟，成熟的或不成熟的實體可進一步確定為一棉子殼碎片或棉結(jié)并進行相應(yīng)的分類。
本方法的另一實施例包括一確定實體的步驟，它是根據(jù)至少一個特性信號和第一常數(shù)計算出實體的核心直徑，以及根據(jù)至少一個特性信號和第二常數(shù)計算出實體的長度來實現(xiàn)的。
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(dǎo)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;
圖15a，15b和15c是對三種棉結(jié)的說明;
圖16a表示圖7系統(tǒng)中的另一種傳感器;
圖16b表示圖16a的傳感器連接到一數(shù)據(jù)采集板;
圖17表示不同棉結(jié)通過圖16的傳感器時所產(chǎn)生的波形圖;
圖18是棉結(jié)分類程序的流程圖;
圖19是表示棉結(jié)分類的餡餅式統(tǒng)計圖;
圖20是表示雜質(zhì)分類的餡餅式統(tǒng)計圖;
圖21是對各種類型雜質(zhì)的描繪;
圖22a，22b和22c為雜質(zhì)分類程序的流程圖。
在所有的圖中，凡相同的數(shù)字號表示同一個或相應(yīng)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試樣，它是專門設(shè)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(shè)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(dāng)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(dāng)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(shè)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(yīng)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(yīng)用。關(guān)于圖2～6，當(dāng)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，使第一貯槽26與自動喂入機構(gòu)16對齊。當(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(fù)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(dāng)它們指出喂入機構(gòu)16中不存在試樣36時，它將等候預(yù)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(dāng)最后貯槽26的試樣被喂入機構(gòu)16裝載后，計算機18認(rèn)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(yīng)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(shè)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(shè)有一反向噴嘴正好同噴嘴106對準(zhǔn)。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(shè)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放置的消光檢測器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(yīng)喂入放大器120和122，所產(chǎn)生的消光信號VE1和VE2則從導(dǎo)線124和126上輸出。
檢測光源設(shè)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(dǎo)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(dāng)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。空氣和極細的粒子通過管道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(shè)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?；钊蜌飧捉M以及螺旋器150系受計算機18控制。當(dāng)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(yīng)到傳感器112，其中基本上沒有雜質(zhì)的含量。當(dāng)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(yīng)。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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dāng)其輸入信號超過一預(yù)定值0.5V時，閾值比較器194變?yōu)楦唠娢换驅(qū)?當(dāng)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-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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)線214接到計算機總線213上，稱為TE。
當(dāng)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(dāng)閾值比較器204變?yōu)楦唠娢粫r，停止輸送脈沖。當(dāng)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(dāng)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)線242接收一10兆赫的信號。當(dāng)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(dāng)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)線258接到總線213。它們依次稱為AS和PS。
從以上的說明應(yīng)該意識到在導(dǎo)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(dāng)于實體前端的速度。在導(dǎo)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(dāng)于實體尾端的速度。導(dǎo)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(dāng)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(dǎo)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(dǎo)線236上的計數(shù)代表由實體所熄滅的光的峰值PE。在導(dǎo)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(dāng)于由分散傳感器128所測量的實體的尺寸(例如長度)。導(dǎo)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(dǎo)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(biāo)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DAB161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DAB161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DAB161)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(fù)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(dǎo)線212、214、222等上便出現(xiàn)相應(yīng)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(biāo)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(biāo)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(dāng)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。
在以上所述的系統(tǒng)中，粒子被廣義地分成纖維、棉結(jié)或雜質(zhì)。下面將描述系統(tǒng)的兩種變形。一種是把雜質(zhì)進行細分類，另一種是把棉結(jié)進行細分類。這些系統(tǒng)的變形根據(jù)粒子特定應(yīng)用的需要可以單獨使用，也可結(jié)合使用。
在說明棉結(jié)細分類程序之前，先觀察一下圖15可對紡織棉結(jié)的性質(zhì)有充分的了解。如前所述，棉結(jié)一般可分為幾種類型由機械產(chǎn)生的棉結(jié)、有光澤的棉結(jié)和棉子殼碎片。如圖15所示，棉子殼碎片400一般由在一片棉籽402上所附著的棉纖維402所構(gòu)成。一個由機械產(chǎn)生的棉結(jié)406一般是由一纖維纏結(jié)的核心408同松散的尾端纖維410相結(jié)合而形成的。最后，一個光澤的棉結(jié)412一般由一不成熟纖維緊密纏結(jié)的核心414同一松散的尾端纖維416所組成。另外，棉子殼碎片還可分為成熟的或不成熟的碎片。由機械產(chǎn)生的棉結(jié)也可再細分為在紫外光下會發(fā)生熒光的滌綸棉結(jié)和不會發(fā)生熒光的其他類別。
在圖16a和16b中表示了另一種光電傳感器418和數(shù)據(jù)采集電子電路161。這種取代的實施例能提供棉結(jié)和雜質(zhì)的補充信息以進一步表征它們的特性。這另一種光電傳感器418包括兩個輻射源一個具有波長約為880毫微米的紅外光源420和一個波長約為370毫微米的紫外光源。這兩個光源在氣流室104中通過兩個反向噴嘴106和110之間的間隙424而傳播，以形成一個紅外光束426和紫外光束428。紅外光由一組消光檢測器430和432所接收，用以測量通過光束426的實體尺寸和速度，如前所述。在一取象透鏡436的后面設(shè)有一第二檢測系統(tǒng)434用以采集由實體以30°～50°的角度所分散的光。此系統(tǒng)434包括一分光鏡438和兩個檢測器440和442。分光鏡438把大約一半的光照射到一熒光檢測器442用以探測藍色可見光(波長為440～480毫微米)，剩下的一半光照射到一紅外檢測器440用以探測近紅外光(波長約880毫微米)。檢測器442能反映滌綸通過紫外光束428時發(fā)生的熒光(藍色光)。所有其他普通的紡織材料如棉花和人造絲等不會產(chǎn)生足夠程度的紫外熒光。近紅外檢測器440能反映實體所分散的880毫微米的光。這個分散的紅外光如前面關(guān)于圖11的傳感器所述能提供粒子的表面特性。
圖16b表示圖16a的傳感器418與數(shù)據(jù)采集板161-G之間的相互連接。來自兩個消光通道的信號VE1和VE2如同前面關(guān)于圖10和圖11中所述一樣在數(shù)據(jù)采集板(DAB)161-G中進行處理，以提供粒子的速度。粒子的速度在纖維棉結(jié)的分類中至關(guān)重要，因為它與實體的質(zhì)量有關(guān)。質(zhì)量較大的粒子例如棉子殼棉結(jié)在噴嘴106傾斜段的氣流12中的加速不象質(zhì)量較小的粒子那么大，因此在測量區(qū)內(nèi)具有較低的速度。
如前面對圖11所說明的一樣，對第一消光通道信號VE1進一步處理以求得信號的峰值(PE)、超過閾值波形的積分值(AE)以及超過閾值波形的持續(xù)時間(TFE)。同樣，來自紅外分散檢測器440的分散通道信號VS如前所述一樣經(jīng)過處理而產(chǎn)生PS、AS和TFS。來自熒光檢測器442的信號VUV同一閾值比較器444相連接，其閾值的設(shè)定是使它能反映超過系統(tǒng)電子噪聲的任何較大數(shù)值的藍色可見光，比較器444的輸出施加在總線213上。典型的棉結(jié)、有光澤的棉結(jié)和棉子殼棉結(jié)的波形圖如圖17所示，其中還標(biāo)出了波形參數(shù)。有了這些波形的概念后，對下面所述的棉結(jié)分類方法便能很好地理解。
棉結(jié)的分類可按照在圖18中以流程圖的方式來說明。如圖19所示，分類方法的目的是把棉結(jié)分成幾組，即由機械產(chǎn)生的棉結(jié)、有光澤的棉結(jié)和棉子殼棉結(jié);這些分類又在圖19中進行細分，如下所述。
在計算機18上進行的程序在方塊446中等候直到在通道之一上出現(xiàn)一波形為止。然后開始一連串3個屏幕試驗來確定它是否符合棉結(jié)類型之一。如果3個試驗都不符合便進入下面所述的雜質(zhì)分類程序。在第一個試驗中TFE之值必須足夠小，以排除對大團纖維進行計數(shù)的可能性，同時程序檢查TFE是否小于X值。方塊448的參數(shù)X與流量有關(guān)，并一般可這樣來選擇使它在使用現(xiàn)有的AFIS儀時排除持續(xù)時間大于30微秒的信號。第二，信號的峰值必須大于21.3伏，如方塊450所示。這樣就限定了被定為棉結(jié)的最小纖維團。第三，信號必須包括由PS/PE的比值確定的關(guān)于準(zhǔn)備在方塊452中進行處理的分散通道的足夠的信息。任何信號若其比值小于0.5，則可定為并非由纖維組成，也就是說它一般是屬于雜質(zhì)粒子的信號，因而在棉結(jié)分類中不予考慮，但可進一步作為雜質(zhì)粒子來分析。
在方塊454中，根據(jù)紫外光通道信號的峰值是否大于閾值電壓(VUT)來檢查紫外光通道(比較器444的輸出)以確定實體是否屬于一滌綸棉結(jié)。如果是的話，便在方塊456和458中計算滌綸棉結(jié)的尺寸。如果在紫外光通道上沒有發(fā)現(xiàn)信號，程序便轉(zhuǎn)入方塊460再對PS/PE的比值進行試驗以確定實體是否屬于有光澤的(不成熟)的或成熟的棉結(jié)。如果比值小于或等于0.75，則實體可能是一個不成熟的棉子殼棉結(jié)或有光澤的棉結(jié)，然后通過方塊462的速度試驗來確定究竟屬于何種實體。如果速度大于Y，程序便把它定為一有光澤的棉結(jié)，如方塊466所示。如果速度小于Y，則實體被定為一不成熟的棉子殼棉結(jié)，如方塊468所示。
方塊462和464中的變量Y與流速有關(guān)且是對特定系統(tǒng)的氣流參數(shù)經(jīng)過優(yōu)化的校正參數(shù)(以米/秒(m/s)計)。對于一運行在3.9英尺3/分的系統(tǒng)而言，典型的Y值為60米/秒。一旦粒子被定為一棉子殼棉結(jié)或有光澤棉結(jié)之后，程序便進入方塊456和458進行尺寸確定。不言而喻也可采用單獨的算法來確定不同棉結(jié)類別的尺寸。
在此程序中所用的速度最好取平均速度，它可按下法計算取TB和TE的平均值，并把圖7中檢測器116和118或圖16中檢測器430和432之間的有效距離除以平均時間而求得。也可采用其他的速度計算和測量，例如僅根據(jù)TB或TE或根據(jù)一經(jīng)過加速度校正的時間，如在1992年12月31日申請的題為“用機械和電子方法對流體流中的實體進行外形校正的方法和裝置”，卷號為48122.00的共同未決申請中所述。Y值必須根據(jù)系統(tǒng)的流速和速度計算的方式來進行校正。由于機械的棉結(jié)與成熟的棉子殼棉結(jié)之間存在速度差異，所以上述任何一種速度計算均可用來區(qū)分這兩種棉結(jié)。
如果方塊460中的PS/PE之比并不是小于或等于0.75，則實體可能是屬于一成熟的實體，于是程序進入方塊464進行試驗以確定是否存在一成熟的棉子殼棉結(jié)。如果速度小于Y便可確定存在一成熟的棉子殼棉結(jié)，然后在方塊470中實體被定為一成熟的棉子殼棉結(jié)，并進行下一步的計算。如果速度大于Y，說明并無棉子殼棉結(jié)存在，因此在方塊472中實體被定為一成熟的棉結(jié)，然后進行尺寸計算。
方塊456和458中所提出的尺寸計算程序通過一校正常數(shù)K1(微米/伏)把消光通道上的峰值PE轉(zhuǎn)變?yōu)橐晃锢沓叽?棉結(jié)直徑)。在本實施例中，棉結(jié)長度最好通過把TFE乘以校正參數(shù)K2來確定，這里K2如前所述是由消光檢測器430和432所檢測的速度。
于是，諸如直徑的標(biāo)準(zhǔn)偏差、每種類型中單位重量的粒子數(shù)、以及尺寸頻率直方圖等統(tǒng)計數(shù)據(jù)可藉計算機18(圖1)根據(jù)分類來計算。
利用上面所討論的系統(tǒng)和方法還能對棉結(jié)進行細分類。例如在棉纖維中有一種粘性棉結(jié)或“點”，它主要是由收割棉花時帶進的昆蟲糖所引起的。這種粘性棉結(jié)能粘結(jié)在加工機械上而造成干擾。為了檢測上述系統(tǒng)中的粘性棉結(jié)，紅外光束的頻率最好選擇為專門適用于棉花中的糖份并防止被水份所吸收。當(dāng)在傳感器418中出現(xiàn)一粘性棉結(jié)時，紅外光將被強烈地吸收，因而被消光檢測器430和432所檢測。因此，一旦棉結(jié)用上述方法鑒定之后，它還可通過確定糖份紅外光的吸收是否超過一預(yù)定閾值來進一步細分為粘性棉結(jié)或“點”。所選的閾值應(yīng)根據(jù)特定的系統(tǒng)來進行定標(biāo)，而且隨不同產(chǎn)地的不同棉花品種而變動。
以上敘述了棉結(jié)的細分類系統(tǒng)，現(xiàn)在再來說明雜質(zhì)的細分類系統(tǒng)。但在敘述以前最好參閱圖20和21所示的餡餅形統(tǒng)計圖和各種雜質(zhì)的圖形以便對雜質(zhì)特別是棉花雜質(zhì)有充分的了解。如圖20所示，雜質(zhì)可分成兩大類;纖維狀的和其他類。這里“其他”類并不一定是指非纖維狀的，例如纖維碎片由于其長度很短而被劃入其他類。可見雜質(zhì)是按其物理特性來分類的。一般地說，雜質(zhì)的縱橫比如果等于或大于3，則可認(rèn)為屬于纖維狀的。
從圖20和21可見樹皮、樹葉和草的縱橫比大于3，因此被定為纖維狀。片狀雜質(zhì)的縱橫比小于3，因而定為“其他”類;同樣，厚的雜質(zhì)、灰塵和纖維碎片的縱橫比均小于3，所以屬于“其他”類。圖21中所示的厚的雜質(zhì)是一個上面只附有少量纖維的厚的棉子殼碎片或者是一個樹皮的碎片。一般地說，厚的雜質(zhì)是具有一近似于球狀或立方體幾何形狀的雜質(zhì)。其確切的定義與下面所述的分類程序中所選的參數(shù)有關(guān)。
現(xiàn)在來看圖22a所示的雜質(zhì)分類流程圖。程序從標(biāo)有T的圓開始，從圖18可見棉結(jié)程序中設(shè)有3個不同點把控制程序轉(zhuǎn)移到雜質(zhì)程序去。因此如果需要的話，棉結(jié)細分類程序同雜質(zhì)細分類程序能一起運行。當(dāng)然雜質(zhì)程序能夠獨立運行，而且在人們知道同一特殊的或單獨的傳感器系統(tǒng)僅為了探測雜質(zhì)時，最好采用此獨立運行的方法。
雜質(zhì)細分類的第一步是方塊470，在其中計算出實體的速度。在本實施例中速度(S)最好通過把一常數(shù)(DCONST)除以TB和TE的平均值(TB+TE2)來計算。這里DCONST是圖7中消光傳感器116和118之間或圖16中所示的消光傳感器430和432之間的有效距離。當(dāng)然，如果照射在檢測器430和432上的光束426是收斂的或發(fā)散的，則DCONST還需進行適當(dāng)校正以補償由于光束的發(fā)散或收斂所造成的放大或縮小。
如方塊472所示，下一步是利用公式L＝S×TFE來計算實體的長度，這里TFE是實體經(jīng)過消光傳感器之一所需的時間，L為長度，S為速度。在判定步474中長度與一最小長度LMIN相比較，如果L不大于LMIN，程序便進入用476標(biāo)注的U點，并轉(zhuǎn)移到程序的另一段，在后面另作說明。如果L大于LMIN，程序進入方塊478并計算出縱橫比(AR)，它代表長度(L)對平均直徑(DAV)的比值，此處DAV可用公式DAV＝AE/TFE計算。程序進行到判定步480時，如果縱橫比AR不大于ARMIN，則實體被認(rèn)為一片狀，而程序進入用482標(biāo)注的“V”點。如果AR大于ARMIN，程序便繼續(xù)進行到判定步484。如前所述通過一般工業(yè)協(xié)議，縱橫比大于3的實體可定為纖維狀的，因此在優(yōu)選實施例中ARMIN選擇等于3。但是根據(jù)其應(yīng)用，判定步480中的ARMIN值可視需要而改變。例如在某些應(yīng)用中，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可把纖維狀的定義為縱橫比大于10。
在判定步484中，程序把DAV同一最小閾值(DMIN)相比較。如果DAV不大于DMIN，程序轉(zhuǎn)向方塊486，把確認(rèn)為由纖維產(chǎn)生的數(shù)據(jù)拋棄。如果DAV大于DMIN，程序便進入判定步488以確定速度是否大于最大樹皮速度(SBM)。如果S大于SBM，程序把實體定為纖維狀的雜質(zhì)，并計算雜質(zhì)的長度和直徑。雜質(zhì)的直徑可用DAV乘上一常數(shù)K3來確定，K3是用實驗方法確定的定標(biāo)系數(shù)。如果S不大于SBM，程序便把雜質(zhì)定為樹皮雜質(zhì)，并算出其長度和直徑，同樣如方塊492所示，直徑是等于K3×DAV。
再回到判定步474，這里重申若L不大于LMIN，程序?qū)⒃赨點轉(zhuǎn)入圖22b所示的子程序。在圖22b中，第一判定步494把峰值電壓(PE)同一閾值(PKDUST)相比校。如果PE大于PKDUST，程序移向判定步496，把速度與常數(shù)(SSCFM)相比較(SSCFM代表棉子殼碎片極大值)。如果S大于SSCFM，如方塊497所示，程序把實體定為片狀雜質(zhì)并算出其直徑等于K4× 。如果S不大于SSCFM，程序移向方塊448，把實體定為厚雜質(zhì)并算出其直徑等于K4× 。這里K4為定標(biāo)系數(shù)而常數(shù)PKDUST的選擇應(yīng)使當(dāng)粒子直徑大于500微米時PE值應(yīng)大于PKDUST。
再來看判定步494，如果PE不大于PKDUST，程序便移向判定步500以確定速度(S)是否大于一常數(shù)(SDUST)。如果是的話，程序在方塊502中把實體定為纖維碎片并算出纖維碎片的數(shù)目。如果為否的話，程序把實體定為灰塵，并在方塊504中算出其直徑等于K4× 。
對于圖22a和22c，這里重申如果AR不大于一常數(shù)(ARMIN)，程序便移到482點而重新執(zhí)行另一子程序V。此子程序從506步開始，它把速度與常數(shù)(SSCFM)進行比較。如果S大于SSCFM，程序把實體定為片狀雜質(zhì)并算出直徑為K5×PE。如果S不大于SSCFM，程序把實體定為厚雜質(zhì)，同樣算出其直徑為K5×PE。
對雜質(zhì)分類程序進行描述以后，下面還將提供一些有關(guān)本發(fā)明的特殊應(yīng)用的附加細節(jié)。這些細節(jié)應(yīng)看作是例子而并不是限制。
例如定標(biāo)系數(shù)K1、K3-K5是通過將已知的實體放入系統(tǒng)而用實驗方法來確定的。這些參數(shù)(K1、K3-K5)可能是常數(shù)，也可能是曲線。在優(yōu)選實施例中K4是以查閱表(PE)、有關(guān)選擇峰值消光信號(PE)和有關(guān)的直徑的方式儲存在計算機18中的曲線。當(dāng)PE被探測時，利用查閱表便可找出直徑，必要時可采用內(nèi)插法。
在判定步474中，實體的長度對LMIN進行試驗。推薦LMIN取1毫米，但也可選擇其他尺寸。在此特殊應(yīng)用中選擇此尺寸的原則是長度小于1毫米的實體是屬于“其他”雜質(zhì)而并非纖維狀雜質(zhì)。
在判定步480中，如前所述推薦ARMIN等于3。這意味著對于分類的雜質(zhì)的實體其縱橫比必須為3，否則將定為“其他”。在步484中，雜質(zhì)直徑同DMIN相比較。DMIN推薦取120微米，它相當(dāng)于上述AFIS電路中的12狀。這一測試的潛在理由在于保證不將纖維判別為雜質(zhì)。如果DAV不大于120微米，該數(shù)據(jù)據(jù)便被定為非雜質(zhì)的纖維數(shù)據(jù)而拋棄。在判定步488中對兩種纖維狀雜質(zhì)的速度進行區(qū)分測試。被定為纖維狀雜質(zhì)的草和樹葉雜質(zhì)在一加速氣流中將比樹皮雜質(zhì)(也屬于纖維狀)行進得更快，因為樹葉和草類雜質(zhì)比較疏松而質(zhì)量較小。而樹皮由于其質(zhì)量和密度較大，所以其行進速度比草和樹葉為低。
在判定步494中完全是根據(jù)大小來決定的。如果一實體小于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的分界500微米，程序便將它定為灰塵或纖維碎片。在判定步500中推薦取SDUST為64米/秒。此常數(shù)與特定系統(tǒng)中的氣流速度密切有關(guān)，因為象灰塵和纖維碎片這樣極其微小的粒子將近似地隨著氣流的速度而運動。
在判定步496和506中又是按照速度來分類。在此特殊應(yīng)用中，SSCFM選為30米/秒，其功能是區(qū)分片狀雜質(zhì)與厚雜質(zhì)。在此情況下，片狀雜質(zhì)比厚雜質(zhì)有較大的每單位重量的表面積，因此在加速的氣流中運動得較快。SSCFM的實際數(shù)值可通過噴射已知的片狀雜質(zhì)和已知的厚雜質(zhì)并觀察它們的速度來進行定標(biāo)而確定。如前所述，這些特定的數(shù)字應(yīng)看作為實例，而將隨著氣流速度、噴嘴結(jié)構(gòu)、傳感器系統(tǒng)和放大系統(tǒng)等而變化。
必須注意以上所給出的數(shù)值是用于參照圖10、11和16a所描述的系統(tǒng)中。如果采用不同的增益值或以不同的部件來取代時，這些數(shù)值自然必須改變以使之與改進的系統(tǒng)相一致。對于一個新的系統(tǒng)，確定這些數(shù)值的方法之一是使一系列已知實體通過傳感區(qū)并測量特性參數(shù)的數(shù)值。然后可將這些提供給用以對未知測試試樣執(zhí)行分類程序的計算機。還必須注意圖16a的傳感器與圖11的傳感器相同，只是增加了紫外光源422、分光鏡438、熒光檢測器442、以及有關(guān)的電子電路，其他部件功能基本上與前面所述的相同。
雖然在前面的詳細敘述中說明了本發(fā)明的幾種實施例，但必須了解本發(fā)明能夠進行多種重新組合、改進或部件取代而不偏離后面所附的本發(fā)明權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用以測量至少含有棉結(jié)的紡織材料試樣中實體特性的設(shè)備，其特征在于包括用以提供一紡織材料試樣的供應(yīng)裝置；一個具有處理器輸入和處理器輸出的處理裝置，所述處理器輸入能接收來自所述供應(yīng)裝置的紡織試樣，所述處理裝置能實現(xiàn)所述試樣的處理，把試樣中的實體互相分開，分離試樣中的實體而產(chǎn)生單獨實體，并以分離的狀態(tài)在所述的處理器輸出將實體送出；傳感裝置；用以把所述實體中的單個實體輸送到所述傳感裝置的運輸裝置；所述傳感裝置能從每一單獨紡織材料的試樣中探測包括棉結(jié)在內(nèi)的一部分實體的至少一種特性，并產(chǎn)生一相應(yīng)于所述探測實體特性的特性信號；一個分析裝置用以接收和分析所述特性信號，并區(qū)分和鑒別相應(yīng)于棉結(jié)的特性信號；一個附屬分析裝置用以接收所述特性信號，分析由所述分析裝置所鑒別為棉結(jié)的特性信號，并進一步將特性信號分類為相當(dāng)于幾種棉結(jié)類型中的哪一種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于所述的傳感裝置包括一個第一光源用以產(chǎn)生光并沿著第一光通道而照射到所述傳感器中待探測的實體上;一個第二光源用以產(chǎn)生光并沿著第二光通道而照射到所述傳感器中待探測的實體上;一個設(shè)在第一光通道中的消光傳感器，使待探測的實體在所述第一光源與所述消光傳感器之間通過，用以探測光并產(chǎn)生一相當(dāng)于在所述傳感器中被實體所遮擋的光的輸出，也就是產(chǎn)生一相當(dāng)于所述消光的消光信號;一個前向分散傳感器用以接收實體在通過所述的第一和第二光通道時所分散的前向分散光，以探測在傳感器中由實體前向分散的光并產(chǎn)生一相當(dāng)于從實體前向分散的光的前向分散信號;其中所述附屬分析裝置還包括用以把所述消光信號與所述前向分散信號相比較的裝置;根據(jù)所述比較中的至少一部分結(jié)果來確定所述信號是否相當(dāng)于一棉結(jié)，并將信號進一步區(qū)分和分類屬于棉結(jié)幾種類型中的哪一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于所述傳感器包括一個第一光源用以產(chǎn)生光并沿著第一光通道而照射到所述傳感器中待探測的實體上;一個第二光源用以產(chǎn)生光并沿著第二光通道而照射到所述傳感器中待探測的實體上;一個設(shè)在第一光通道中的消光傳感器，使待探測的實體在所述第一光源與所述消光傳感器之間通過，用以探測光并產(chǎn)生一相當(dāng)于在所述傳感器中被實體所遮擋的光的輸出，也就是相當(dāng)于所述消光的消光信號;一個前向分散傳感器用以接收實體在通過所述的第一和第二光通道時所分散的前向分散光，以探測在傳感器中由實體前向分散的光并產(chǎn)生一相當(dāng)于從實體前向分散的光的信號;所述前向分散傳感器還包括一個第一傳感器用以接收至少一部分由探測實體所前向分散的光，以及適宜于反映從所述第一光源所前向分散的光以產(chǎn)生一相當(dāng)于接收到的前向分散光的分散信號;一個第二傳感器用以接收至少一部分由探測實體所前向分散的光，以及適宜于反映所述實體在所述第二光源的通道中所發(fā)射的光;所述的發(fā)射光是由實體所發(fā)射的熒光，所述第二傳感器并不反映來自所述第一光源的前向分散光，它用以產(chǎn)生一相當(dāng)于接收到的光的熒光信號;其中所述的附屬分析裝置還包括一比較裝置用以把所述消光信號同所述的分散信號相比較，檢測有無熒光信號的存在，并根據(jù)至少一部分比較結(jié)果和存在的熒光信號來確定一特定的信號是否相當(dāng)于一棉結(jié)，并將信號段區(qū)分為相當(dāng)于幾種棉結(jié)類型中的哪一種。
4.一種用以測量在含有纖維、雜質(zhì)和棉結(jié)的紡織材料試樣中的實體特性的設(shè)備，其特征在于包括一個用以提供紡織材料試樣的供應(yīng)裝置;一個具有一處理器輸入和一處理器輸出的處理裝置，所述處理器輸入能從所述供應(yīng)裝置接收紡織材料的試樣，對試樣進行處理使含有纖維、雜質(zhì)和棉結(jié)的實體互相分開，分離所述實體而產(chǎn)生單獨實體，并以分離的狀態(tài)在所述處理器輸出把實體送出;用以探測所述實體特性的傳感裝置;包括一氣流的運輸裝置用以把來自處理裝置的實體在氣流中輸送通過所述傳感裝置;所述傳感裝置包括一個包括把實體輸送通過所述傳感器的氣流的傳感器輸送裝置;一個第一光源用以產(chǎn)生光并沿著第一光通道而照射到所述傳感器中待探測的實體上;一個設(shè)置在傳感器內(nèi)位于所述傳感器氣流一側(cè)的第一消光傳感器用以探測由所述傳感器中所述實體通過所述第一光通道時所引起的光干擾，并產(chǎn)生一相當(dāng)于由所述傳感器內(nèi)的所述實體所引起的消光的第一消光信號;一個設(shè)置在所述傳感器中位于所述傳感器氣流一側(cè)的第二消光傳感器，它與所述的第一消光傳感器相鄰并對所述氣流而言它位于第一消光信號傳感器的下游，所述第二消光傳感器用以檢測在所述傳感器中的實體通過所述第一光通道時所引起的光干擾，并產(chǎn)生一相當(dāng)于所述傳感裝置中所述實體所引起的消光的消光信號;一個第二光源用以產(chǎn)生紫外光并沿著第二光通道照射到所述傳感裝置中所述氣流中的實體上;光的采集和照射裝置用以采集通過所述第一和第二光源的第一和第二光通道的實體所前向分散的光，并將這種光沿著第一所需的通道而照射;設(shè)在所述光的采集和照射裝置所投射的光通道中的分光裝置，用以使所述的采集和照射裝置所照射的一部分光繼續(xù)在第一所需通道上照射而使其余部分的光沿著第二所需通道而照射;設(shè)置在所述第一所需通道中的前向分散傳感器用以反映來自所述第一光源的前向分散光并產(chǎn)生一相應(yīng)于所接收的前向分散光的前向分散信號;設(shè)置在所述第二所需通道中的熒光傳感器用以反映所述實體在所述第二光源通道中所發(fā)射的前向分散光，所述的發(fā)射光是由于實體發(fā)射熒光的結(jié)果，所述熒光傳感器并不反映來自所述第一光源的前向分散光，它用以產(chǎn)生一相當(dāng)于所接收到的光的熒光信號;分析裝置用以接收所述第一和第二消光信號、所述前向分散信號、以及所述熒光信號作為特性信號，并對所述特性信號進行分析以鑒別所述特性信號段相當(dāng)于所述的纖維、雜質(zhì)或棉結(jié)中的哪一種;所述的分析裝置還能實現(xiàn)以下功能;把所選擇的一個所述的第一消光信號、第二消光信號或前向分散信號同一預(yù)定的閾值相比較;如果所選擇的一個信號超過閾值，再把所述第一或第二消光信號同前向分散信號相比較;當(dāng)所選擇的一個信號超過閾值并且前向分散信號與一個消光信號之比超過一預(yù)定的比值時，產(chǎn)生一棉結(jié)檢測信號并根據(jù)所述特性信號的數(shù)值以及有無來自所述熒光傳感器的熒光信號來鑒別信號并根據(jù)所述特性信號的數(shù)值以及有無來自所述熒光傳感器的熒光信號來鑒別信號相當(dāng)于幾種棉結(jié)類型中的哪一種;當(dāng)所選擇的一個消光信號超過閾值而前向分散信號對所述消光信號之一的比值并未超過預(yù)定的比值時產(chǎn)生一雜質(zhì)檢測信號;如果所選擇的一個消光信號并未超過閾值，便把所述的一個消光信號的幅值與所述的一個消光信號的持續(xù)時間相比較，并根據(jù)這種比較的部分結(jié)果來確定實體是否為一纖維或雜質(zhì)。
5.一種用以測量和分類一個至少含有棉結(jié)的紡織材料試樣中的實體特性的方法，其特征在于包括提供一紡織材料試樣;處理試樣以產(chǎn)生分離的單獨實體;提供一傳感區(qū);輸送實體通過傳感器;從每一單獨實體探測一部分含有棉結(jié)的實體的至少一種特性，并產(chǎn)生相當(dāng)于所探測到的特性的特性信號;分析所述特性信號以鑒別相當(dāng)于棉結(jié)的特性信號;對所述相當(dāng)于棉結(jié)的特性信號進行細分析，并進一步將特性信號分類為至少相當(dāng)于棉結(jié)幾種類型中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于所述的探測步驟還包括投射一紫外光束通過傳感區(qū)照射到被運送通過傳感區(qū)的實體上;探測由實體經(jīng)過紫外光時所發(fā)射的熒光并產(chǎn)生一相當(dāng)于所發(fā)射熒光的特性信號;所述的細分析步驟還包括分析相當(dāng)于所發(fā)射熒光的特性信號并鑒別實體中是否含有滌綸。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于所述探測步驟還包括投射一光束穿過傳感區(qū)使被輸送通過傳感區(qū)的實體通過此光束;在傳感區(qū)的一側(cè)互相靠近的位置上設(shè)置第一和第二消光傳感器，使光束能照到傳感器上并使被輸送的實體能在光源和消光傳感器之間通過;在傳感區(qū)的一側(cè)設(shè)置一前向分散檢測器使在光束中從實體所前向分散的光照到前向分散檢測器上;在消光傳感器和前向分散檢測器上產(chǎn)生一相當(dāng)于探測實體特性的特性信號;所述的細分析步驟還包括對特性信號的分析和比較以區(qū)分實體為一棉子殼碎片或棉結(jié)并進一步區(qū)分實體是成熟的或不成熟的。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于其附屬分析步驟還包括根據(jù)特性信號來確定所探測實體的尺寸。
9.一種用以對單個紡織實體按類型進行分類并確定實體至少一種特性的方法，其特征在于包括以下步驟提供一探測區(qū);產(chǎn)生和照射第一光束使它通過探測區(qū);產(chǎn)生和照射第二光束使它通過探測區(qū);在探測區(qū)的一側(cè)，面對第一光束設(shè)置相鄰的第一和第二消光傳感器，使第一光束照射到消光傳感器上;在探測區(qū)的一側(cè)設(shè)置一前向分散檢測器使至少有一部分被物體通過第一光束時所前向分散的光照射到前向分散檢測器上;在探測區(qū)的一側(cè)設(shè)置一熒光檢測器使至少有一部分由物體通過所述第二光束時所發(fā)射的熒光照射到熒光檢測器上;產(chǎn)生一氣流并引導(dǎo)它通過探測區(qū)，使它通過第一和第二光束并在第一光束與第一和第二消光檢測器之間通過;把待測的實體引入氣流中;當(dāng)實體在第一光束和第一消光檢測器之間通過時，在第一消光傳感器上產(chǎn)生一相當(dāng)于由實體通過第一光束時所引起的光干擾的第一消光信號;當(dāng)實體在第一光束和第二消光傳感器之間通過時，在第二消光傳感器上產(chǎn)生一相當(dāng)于由實體通過第一光束時所引起的光干擾的第二消光信號;當(dāng)實體經(jīng)過第一光束時產(chǎn)生一相當(dāng)于前向分散光束的前向分散信號;當(dāng)實體通過第二光束時產(chǎn)生一相當(dāng)于由實體所發(fā)射的熒光的熒光信號;根據(jù)第一和第二消光信號中之一產(chǎn)生一相當(dāng)于實體尺寸的消光尺寸信號;確定第一和第二消光信號中至少一個信號的峰值，并產(chǎn)生一相當(dāng)于第一和第二消光信號中之一峰值的峰值消光信號;確定前向分散信號的峰值并產(chǎn)生一相當(dāng)于前向分散信號峰值的峰值分散信號;把消光尺寸信號同一預(yù)定的閾值相比較并確定消光尺寸信號是否小于第一閾值;如果消光尺寸信號小于第一閾值，便把峰值消光信號同一預(yù)定的第二閾值相比較，并確定峰值消光信號是否大于第二預(yù)定閾值，如果消光尺寸信號大于第一閾值，便把實體定為雜質(zhì);如果峰值消光信號大于第二閾值，求出峰值分散信號對峰值消光信號之比的峰值比，并把峰值比同一預(yù)定的第三閾值相比較來確定峰值比是否小于第三閾值，如果峰值消光信號小于第二閾值，則實體粒子便定為雜質(zhì);如果峰值比小于第三閾值，便把熒光信號同一預(yù)定的第四閾值相比較，確定熒光信號是否大于第四閾值，如果峰值比小于第三閾值，則實體被定為一雜質(zhì);如果熒光信號大于第四閾值，便把實體定為一滌綸棉結(jié)，然后根據(jù)峰值消光信號和消光尺寸信號來確定棉結(jié)的尺寸并將信息儲存起來，然后為下一個實體重新設(shè)定傳感器，如果熒光信號小于第四閾值，則實體被定為一非滌綸實體。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于還包括以下步驟如果熒光信號小于第四閾值，便把峰值比同一預(yù)定的第五閾值相比較以確定峰值比是否大于第五閾值;確定實體的速度;如果峰值比小于或等于第五閾值，便把實體速度同一預(yù)定的第六閾值相比較以確定速度是否大于第六閾值，如果速度大于第六閾值，實體便定為一成熟的棉子殼碎片，然后確定棉子殼碎片的尺寸并將信息儲存起來，如果速度不大于第六閾值，則實體被定為一成熟的棉結(jié)，然后確定成熟棉結(jié)的尺寸并儲存信息;如果峰值比不小于或等于第五閾值，便把實體速度同第六閾值相比較以確定速度是否大于第六閾值，如果速度大于第六閾值，實體被定為一不成熟棉子殼碎片，然后確定不成熟棉子殼的尺寸并將信息儲存，如果速度不大于第六閾值，則實體便定為一有光澤的棉結(jié)，然后確定有光澤棉結(jié)的尺寸并將信息儲存。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于確定實體尺寸的步驟還包括以下步驟把峰值消光信號乘以一直徑定標(biāo)常數(shù)來確定實體核芯的直徑;把消光尺寸信號乘以一長度定標(biāo)常數(shù)來確定實體的長度。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于所述的分析裝置是一個具有數(shù)字信號處理裝置的計算機。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用以測量和分類纖維試樣中的棉結(jié)類單獨實體的設(shè)備和方法。該設(shè)備包括一纖維試樣處理器用以將纖維試樣分離成單獨的實體，并把實體提供到一氣流中。氣流輸送實體通過一探測區(qū)藉光電傳感器產(chǎn)生相當(dāng)于通過探測區(qū)的實體的特性信號，然后經(jīng)過分析以確定通過探測區(qū)的實體是否為一棉結(jié)，并進一步按照棉結(jié)的種類進行分類。因此對一個棉結(jié)類的實體能夠區(qū)分出是一個滌綸(聚酯)棉結(jié)、纖維棉結(jié)或棉子殼碎片，并可進一步區(qū)分為一成熟實體或不成熟實體。
文檔編號G01N15/00GK1100477SQ94101130
公開日1995年3月22日 申請日期1994年1月11日 優(yōu)先權(quán)日1993年1月11日
發(fā)明者F·M·索夫納, J·C·包德溫, M·E·加力昂, Y·T·朱 申請人:澤韋格烏斯特(美國)有限公司