CN108385223A - 一种高转速细纱机钢丝圈转速检测装置及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
一种高转速细纱机钢丝圈转速检测装置及其检测方法。包括转速检测模块、信号处理模块、微控制器、电源模块、AD模块和LED异常指示灯模块，所述电源模块与信号处理模块、微控制器、AD模块和LED异常指示灯模块相连接，所述信号处理模块包括依次连接的滤波电路、放大电路和比较电路，所述转速检测模块的输出端与信号处理模块中的滤波电路的输入端相连，所述信号处理模块的输出端与微处理器连接，本发明利用电磁感应原理，采用定时器输入捕获和脉冲技术相结合的方法计算转速，并通过引入了AD模块采集滤波器的输出电压信息，配合微处理器以及可编程电阻器和可编程阈值器实现放大电路放大倍数和比较电路阈值电压的自适应调整，增强检测方法的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于纺织机械细纱机钢丝圈转速检测技术领域，具体涉及一种高转速细纱机钢丝圈转速检测装置及其检测方法。
背景技术
在细纱机制纱过程中，通常将粗纱从吊锭送到喇叭口后进入牵伸机构进行牵伸，牵伸后的纱线再通过导纱钩进入钢丝圈加捻，并将加捻后的纱线卷绕在绕线筒上。在加捻过程中，有可能出现滑锭或纱线断头的情况。
目前的检测技术只注重纱线断头的检测；一般采用巡回式移动检测方式，是在钢领板一侧安装一个跑道，传感器安装在跑道上，通过移动的传感器采集钢丝圈的转动信号来检测纱线断头。但在复杂的生产环境中，跑道清理不便，尤其是进行巡回检测不能及时发现纱线断头情况。并且由于不能检测钢丝圈转速，无法判定是否产生了滑锭等情况，也就无法精确得到细纱机的产量。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高转速细纱机钢丝圈转速检测装置及其检测方法，该装置体积小，环境适应性强，灵敏度高，且检测方法简单，易操作。
一种高转速细纱机钢丝圈转速检测装置，包括转速检测模块、信号处理模块、微控制器、电源模块、AD模块和LED异常指示灯模块，所述电源模块与信号处理模块、微控制器、AD模块和LED异常指示灯模块相连接，并为其供电，所述信号处理模块包括依次连接的滤波电路、放大电路和比较电路，所述转速检测模块的输出端与信号处理模块中的滤波电路的输入端相连，所述信号处理模块的输出端与微处理器连接，滤波电路、AD模块、微处理器和LED异常指示灯模块依次连接，所述放大电路含有自制可编程电阻器，所述自制可编程电阻器与微处理器的输出端相连，所述比较电路含有自制可编程阈值器，所述自制可编程阈值器与微处理器的输出端相连，构成了反馈电路。
作为改进的是，所述转速检测模块为磁电式传感装置。
作为改进的是，所述磁电式传感装置由永磁体、铁芯、线圈、骨架、外壳和两个输出引脚组成，所述铁芯***骨架中，线圈绕在骨架上，永磁体与铁芯紧密连成一体，两个输出引脚与线圈两端连接，外壳封装即可。
进一步改进的是，所述永磁体为铷硼磁铁，磁感应强度为2000-3500Gs，线圈由0.05mm漆包铜线绕制，线圈匝数为2500-4500匝，所述铁芯的材料为低碳钢，骨架和外壳的材料为含氟塑料，两个输出引脚的材料为铜金属。
作为改进的是，所述转速检测模块与钢丝圈之间距离为0.5‐1cm。
作为改进的是，所述信号处理模块的输出信号为脉冲信号。
上述高转速细纱机钢丝圈转速检测装置的检测方法，包括以下步骤：
步骤1，通过转速检测模块获得待检测钢丝圈转速的电压信号；并上传至信号处理模块；
步骤2，钢丝圈电压信号经信号处理模块的滤波电路处理后上传给AD模块，AD模块经采样得电压信息，并上传给微处理器；
步骤3，微处理器接收到AD模块上传的电压信息后，获取多个周期信号的峰值，再经平均计算得到电压信号的峰值信息，微处理器根据调整信号处理模块中放大电路的放大倍数以及比较电路的阈值电压；
步骤4，转速检测模块采集到的转速信号经滤波电路后交给放大电路和比较电路做进一步的处理，而后将处理后的转速信号上传到微处理器；
步骤5，微处理器接收到钢丝圈转速信号，获得钢丝圈转速信息；
步骤6，微处理器根据转速信息判断是否发生断头或滑锭，若发生断头或滑锭，控制LED异常指示灯模块进行红灯警示。
作为改进的是，步骤1中转速检测模块输出信号为正弦波的电压信号，电压E式中，N为转速检测模块线圈匝数，φ为线圈磁通量，B为磁感应强度，S为线圈截面积，H为磁场强度，μ为磁路磁导率。
作为改进的是，步骤6中判断是否发生断头或滑锭的步骤如下：首先，微处理器开启定时器，在给定时间内没有脉冲信号送入微处理器或送入微处理器的脉冲数量未达到制定脉冲数量n+1,则判断纱线断头，钢丝圈转速计为0；否则以第一个脉冲进入微处理器时为计时开始时间，读取微处理器定时器计数器数值，计为t1，当微处理器捕获到第n+1个脉冲时，再次读取定时器计数器数值，计为t2，期间定时器溢出次数为o,定时器分频系数为D，微处理器主频为M，定时器为16位定时器，则转速S可由下式获得根据所得转速可判断是否有断头或滑锭的现象产生。
有益效果：
1、本发明高转速细纱机钢丝圈转速检测装置，采用电磁感应原理实现灵敏度高，环境适应性强的无接触测量方案，采用定时器输入捕获和脉冲技术相结合的转速计算方法，实现钢丝圈转速的精确测量；
2、本发明高转速细纱机钢丝圈转速检测装置引入信号处理模块、LED异常指示灯模块能够实现纱线断头或滑锭指示,设计引入了AD模块采集滤波器的输出电压信息，配合微处理器以及可编程电阻器和可编程阈值器实现放大电路放大倍数和比较电路阈值电压的自适应调整，增强***可靠性。
附图说明
图1为转速检测模块的结构示意图，其中，1-钢丝圈，2-外壳，3-输出引脚，4-铁芯，5-骨架，6-线圈，7-永磁体；
图2为本发明高转速细纱机钢丝圈转速检测装置的模块示意图；
图3为钢领和钢丝圈的位置关系示意图，其中1-钢丝圈，8-钢领；
图4为本发明高转速细纱机钢丝圈转速检测装置工作时滤波电路电路图；
图5为本发明高转速细纱机钢丝圈转速检测装置工作时放大电路电路图；
图6为本发明高转速细纱机钢丝圈转速检测装置工作时比较电路电路图；
图7为本发明高转速细纱机钢丝圈转速检测装置的实际安装图，其中，9-信号处理模块，10-转速检测模块，11-线槽。
具体实施方式
下面将结合本发明附图，对本发明的实施技术方案进行进一步的描述。
实施例1
当本发明转速检测模块为磁电式传感装置时，所述磁电式传感装置的结构示意图如图1所示，永磁体与铁芯紧紧相连，线圈绕在骨架上，线圈输出端焊接在铜质引脚上；永磁体、铁芯和线圈包裹在外壳内，空隙部分由填充物填充。当钢丝圈接近转速检测模块时磁路磁阻减小，线圈中磁通量增大；当钢丝圈远离转速检测模块时，此路中磁阻增大，线圈中磁通量减小；由此可知，钢丝圈回转一周将在线圈中产生一次交变的感应电动势，在磁电式传感装置与钢丝圈距离一定的情况下，电压E为：
电压的大小同时与钢丝圈转速有关，钢丝圈转速越快，磁路中磁阻变化越快，即磁导率变化越快，感应电动势越大，感应电动势大小E与钢丝圈转速n的关系可由下式表示：E∝n电压通过磁电式传感装置的输出引脚传递给到信号处理电路进行处理。
实施例2
如图2所示，一种高转速细纱机钢丝圈转速检测装置，包括转速检测模块、信号处理模块、微控制器、电源模块、AD模块和LED异常指示灯模块，所述电源模块与信号处理模块、微控制器、AD模块和LED异常指示灯模块相连接，并为其供电，所述信号处理模块包括依次连接的滤波电路、放大电路和比较电路，所述转速检测模块的输出端与信号处理模块中的滤波电路的输入端相连，所述信号处理模块的输出端与微处理器连接，滤波电路、AD模块、微处理器和LED异常指示灯模块依次连接，所述放大电路含有自制可编程电阻器，所述自制可编程电阻器与微处理器的输出端相连，所述比较电路含有自制可编程阈值器，所述自制可编程阈值器与微处理器的输出端相连，因此，信号处理模块与微处理器构成反馈电路。
如图3所示，钢丝圈安装在钢领上并绕钢领转动，由于钢丝圈转速非常快，现今已有细纱机钢丝圈转速达到了30000r/min，并且，磁电式传感装置中铁芯直径d较小，这就决定着磁电式转速传感器所形成的脉冲宽度很窄。假设钢丝圈转速最快为n r/min，磁电式传感装置中铁芯直径为d，钢领半径为r，则磁电式传感装置的输出信号周期T和频率F分别为：
由于磁电式传感装置输出为近似于正弦波的信号，那么信号有正有负，信号处理时滤掉了负半周，同时由于比较电路的存在，磁电式传感装置输出电压较低时被处理为低电平，则经信号处理电路处理后脉冲信号宽度可近似表示为L：
为了不失真的采集数据，选择微处理器时需注意微处理器主频不小于M，
信号处理模块包括滤波电路、放大电路和比较电路，三个电路工作时的电路图分别如图4-6所示。滤波电路采用二阶压控电压源带通滤波电路，设钢丝圈转速范围为S1到S2，则滤波电路的高通截至频率BH应不大于S1/60，低通截止频率BL应不小于S2/60。则滤波器中心频率为带宽B＝BL-BH。图3所示电路中带宽B可由下式表示：
已知滤波器带宽，中心频率，根据钢丝圈转速范围查表确定滤波电路电容C，然后可由下式得出K参数：
式中C'是以uF为单位的电容C的容值。
通过K参数查表获得电阻阻值，然后通过下式
验证计算出的滤波电路的实际通带带宽Bw与设计理想带宽B的差值是否在误差范围内。
转速检测模块输出信号先经过滤波电路滤除噪声，将信号分别传递给AD模块以及后续的放大电路和比较电路，信号经过放大电路和比较电路后转换为适合微处理器处理的脉冲信号。脉冲信号上传至微处理器。
AD模块获得滤波后的转速检测模块的输出电压，由微处理器处理得到多个周期的峰值信息，再取平均值获得较为理想的电压峰值信息，再根据峰值信息调整与微处理器输出端连接的放大电路的可编程电阻器和比较电路的自制可编程阈值器，实现了放大电路放大倍数以及比较电路阈值电压的自适应调整，满足了在实际应用中，不同型号钢丝圈的测量要求，增加了抗干扰能力。
微处理器根据所接收到的钢丝圈转速信号，获得钢丝圈转速信息，包括如下过程:信号传递给微处理器后，微处理器开启定时器，如果在给定时间内没有脉冲信号送入微处理器或送入微处理器的脉冲数量未达到制定脉冲数量n+1,则判断纱线断头，钢丝圈转速计为0，否则以第一个脉冲进入微处理器时为计时开始时间，读取微处理器定时器计数器数值，计为t1，当微处理器捕获到第n+1个脉冲时，再次读取定时器计数器数值，计为t2，期间定时器溢出次数为o,定时器分频系数为D，微处理器主频为M，定时器为16位定时器，则转速S可由下式获得：
微处理器计算得到转速信息后判断是否有纱线断头或滑锭发生，如果纱线断头或滑锭，则微处理器控制LED异常指示灯模块亮灯指示此处异常。
如图6所示为现场安装示意图：为了不影响工人作业，同时避免繁琐的布线造成的麻烦，在细纱机的钢领板上增设塑料制的走线槽，并在每个钢丝圈对应位置放置信号处理模块，转速检测模块安装时只需插在信号处理模块预留的插座上即可。塑料槽各个面封闭，只留必要的对外接口，能够很好的保护信号处理电路不受外界粉尘油污的影响。
在实际应用中，本发明所设计的一种高转速细纱机钢丝圈转速自适应检测方法与装置，与传统的对钢丝圈检测技术相比具有成本低，体积小便于安装，不会影响作业人员的操作，采用每个钢丝圈对应一个转速检测模块的方式提高了钢丝圈转速检测的实时性。应用微处理器定时器捕获和脉冲技术相结合的转速计算方法，提高了准确性。
在实际应用中，本发明一种高转速细纱机钢丝圈转速检测装置及其检测方法与传统的对钢丝圈检测技术相比，增加了AD模块采集转速检测模块输出电压信息，微处理器根据获取的电压信息调整可编程电阻器以及自制可编程阈值器的环节，构成了一个反馈电路，增强了***抗干扰性能以及***的可靠性。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (8)
1.一种高转速细纱机钢丝圈转速检测装置，其特征在于，包括转速检测模块、信号处理模块、微控制器、电源模块、AD模块和LED异常指示灯模块，所述电源模块与信号处理模块、微控制器、AD模块和LED异常指示灯模块相连接，并为其供电，所述信号处理模块包括依次连接的滤波电路、放大电路和比较电路，所述转速检测模块的输出端与信号处理模块中的滤波电路的输入端相连，所述信号处理模块的输出端与微处理器连接，滤波电路、AD模块、微处理器和LED异常指示灯模块依次连接，所述放大电路含有自制可编程电阻器，所述自制可编程电阻器与微处理器的输出端相连，所述比较电路含有自制可编程阈值器，所述自制可编程阈值器与微处理器的输出端相连，所述信号处理模块与微处理器构成了反馈电路。
2.根据权利要求1所述的高转速细纱机钢丝圈转速检测装置，其特征在于，所述转速检测模块为磁电式传感装置。
3.根据权利要求1所述的高转速细纱机钢丝圈转速检测装置，其特征在于，所述磁电式传感装置由永磁体、铁芯、线圈、骨架、外壳和两个输出引脚组成，所述铁芯***骨架中，线圈绕在骨架上，永磁体与铁芯紧密连成一体，两个输出引脚与线圈两端连接，外壳封装即可。
4.根据权利要求1所述的高转速细纱机钢丝圈转速检测装置，其特征在于，所述永磁体为铷硼磁铁，磁感应强度为2000-3500Gs，线圈由0.05mm漆包铜线绕制，线圈匝数为2500-4500匝，所述铁芯的材料为低碳钢，骨架和外壳的材料为含氟塑料，两个输出引脚的材料为铜金属。
5.根据权利要求1所述的高转速细纱机钢丝圈转速检测装置，其特征在于，所述转速检测模块与钢丝圈之间距离为0.5‐1cm。
6.根据权利要求1所述的高转速细纱机钢丝圈转速检测装置，其特征在于，所述信号处理模块的输出信号为脉冲信号。
7.基于权利要求1所述的高转速细纱机钢丝圈转速检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，通过转速检测模块获得待检测钢丝圈转速的电压信号；并上传至信号处理模块；步骤2，钢丝圈电压信号经信号处理模块的滤波电路处理后上传给AD模块，AD模块经采样得电压信息，并上传给微处理器；步骤3，微处理器接收到AD模块上传的电压信息后，获取多个周期信号的峰值，再经平均计算得到电压信号的峰值信息，微处理器根据峰值信息调整信号处理模块中放大电路的放大倍数以及比较电路的阈值电压；步骤4，转速检测模块采集到的转速信号经滤波电路后交给放大电路和比较电路做进一步的处理，而后将处理后的转速信号上传到微处理器；步骤5，微处理器接收到钢丝圈转速信号，获得钢丝圈转速信息；步骤6，微处理器根据转速信息判断是否发生断头或滑锭，若发生断头或滑锭，控制LED异常指示灯模块进行红灯警示。
8.根据权利要求7所述的高转速细纱机钢丝圈转速检测装置的检测方法，其特征在于，步骤1中转速检测模块输出信号为正弦波的电压信号，电压E的计算公式为式中，N为转速检测模块线圈匝数，φ为线圈磁通量，B为磁感应强度，S为线圈截面积，H为磁场强度，μ为磁路磁导率。作为改进的是，步骤6中判断是否发生断头的步骤如下：首先，微处理器开启定时器，在给定时间内没有脉冲信号送入微处理器或送入微处理器的脉冲数量未达到制定脉冲数量n+1,则判断纱线断头，钢丝圈转速计为0；否则以第一个脉冲进入微处理器时为计时开始时间，读取微处理器定时器计数器数值，计为t1，当微处理器捕获到第n+1个脉冲时，再次读取定时器计数器数值，计为t2，期间定时器溢出次数为o,定时器分频系数为D，微处理器主频为M，定时器为16位定时器，则转速S可由下式获得根据所得转速可判断是否有断头或滑锭的现象产生。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: Room 201, building 2, phase II, No.1 Kechuang Road, Yaohua street, Qixia District, Nanjing City, Jiangsu Province Applicant after: NANJING University OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS Address before: 210023 Jiangsu city of Nanjing province Ya Dong new Yuen Road No. 9 Applicant before: NANJING University OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |