JP3613770B2 - 流体の流れの中の存在物の提示を機械的，電子的に修正するための方法と装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は流体の流れで搬送されるネツプ，不純物，繊維と言つた個々の存在物の測定と処理を改善するための方法と装置に関する。まず本発明は個々の繊維の測定を改善するための方法と装置に焦点を合わせ，特に分繊維と存在物センサ中及び間の流体の流れのマツチングを一般化し改善し，更に繊維のループを修正する方法と装置を提供する。つまり繊雄の″ループを解く″流体力学的，電子的な手段を提供する。
【０００２】
本特許出願は，１９９０年３月１４日出願の特許出願第０７／４９３９６１号明細書「繊維又は他のサンプル中の個々の存在物の高速，多変数測定のための電気的，光学的方法と装置″の一部継続の出願であり，上記許許出願は本発明にも参照とする。
【０００３】
【従来の技術】
繊維工業においてＡＦＩＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）として知られる繊維試験装置は，テネシー州ノツクスヴイルのツエルヴエーゲル・ウステル社で製造されている。今日この装置は処理機械を最適化するための品質管理の道具として広く世界中で用いられるようになつている。更に繊維原料の購入とその割付を最適にするための道具としての価値とその使用が増大しつつある。何れの適用に対しても，基本的な性能フアクタは得られるデータ数，再現性，試験速度，使用の容易さ，コストに関連している。測定が絶対であるかどうかは本質的なことではない。しかしＡＦＩＳを基本的で絶対的なものとすることが当初からの目的地であつた。この目的の基本的に重要な理由は，繊維から糸への処理のエンジニヤリング過程の基本的理解を改善することにあつた。
【０００４】
ＡＦＩＳでのその後の経験から，ネツプや不純物の分布を与える参照方法となつて来るだろうと言うことが確認された。ここで重要なことはある種の改善がなされればＡＦＩＳは繊維長，繊維直径，繊度，成熟度などの分布に対する絶対的な基準となり得ると言うことである。景初の改善として必要なことは，ループ状で提示される繊維に関係して電気−光学的センサに改善を加えることであつた。このようなループ繊維は当時行われていたように，その波形特性に基づいてデータから除外することもできたが，もしループが避けられ，又は流体力学手段でループが解ければ，あるいはループ状繊維の波形が電子的に修正できれば，ＡＦＩＳの方法はもつと基本的で，もつと絶対的で，もつと早いものとなる。我々はこのような″ループ解除″の結果に到達する流体力学的，電子的方法の両者を発見した。
【０００５】
分繊器（米国特許第４５１２０６０号，第４６３１７８１号，第４６８６７４４号明細書に記載された）からセンサに空気的に供給される繊維の内のいくつかはループになつたり，フツクになつたりすることが知られている。これはピンを植えたシリンダカードフラツト，その他の存在物を個々に分離する工程の要素の性質によるものである。更に搬送し加速する流れのレイノルズ数は時として乱流変化を起こすほどに大きくなる。そのような高速の流れは試験速度や繊維を伸長する（縮みを除去する）点では有利であるが，一般に繊維にループを起こしてしまう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の１つの目的は流体の流れをＡＦＩＳタイプの装置のノズルに適合させ，希望する配向で提示される繊維のような存在物の数を最大にすることにある。例えば流体の流れはセンサに真直な（ループの無い）状態で提示される繊維の数を最適にするよう選択せねばならない。もし繊維がループ状（自身で折り返つた状態）でセンサに提示されると各種のパラメータ，例えば繊維長の測定に困難を増大する。
【０００７】
しかしＡＦＩＳタイプのセンサに最適な流れ条件であつても，かなりの数の繊維がループ状でセンサに提示される。そこでＡＦＩＳノズルの提示特性の探求が次の論文の教える所に従つて開姶された。「綿繊維の処理特性を改善するための空力的力をうけた綿の挙動の基礎的調査」”Ｔｒｙｇｇｖｅ Ｅｅｇ−Ｏｌｏｆｓｓｏｎ，Ｇｏｔｈｅｎｂｕｒｇ，Ｓｗｅｄｅｎ″（１９６９年１月），これは繊維工業大学，シヤーロツテヴイル，ＶＡ２２９０２のロジヤーミリケン繊維図書館で見出されたものである。（ＴＸ２６２，Ｅ２６，１９６９）ノズルの提示特性を改善する努力は僅かの成功しか，あるいは成功しなかつたと言え，結局は上記文献の教えは理由は不明であるが，ＡＦＩＳノズルには適用できないことが判つた。事実ＡＦＩＳノズルはデザインを改善すると上記文献の教えに明らかに予盾して来ることが判つた。ＡＦＩＳノズルは上記文献で調査されたノズルとは構造も違い，異なつた環境の中で異なつた目的に使われるべきだと言うことが見出された。
【０００８】
本発明に適合した空気流と空気条件との組合せの下で，本発明による改善されたノズルでさえも，いくらかの繊維にかループが存続する。従つて電子的な手段が開発され，電子的に繊維から″ループを解除する″方法が開発された。以下にこれを詳述する。
【０００９】
従つて本発明の１つの目的は，流れのコントロール手段を提供し，これによつて分繊器とセンサ中の空気の流れをもつと一般的に，そして最適に改善された条件に適合させ，ループの発生を最小にし，データレートを最大にすることにある。更に本発明の目的は繊維のループを解く加速ノズル手段を提供し，最後の目的はループ状の繊維から生じるセンサ信号を解析して″電子的にループを解く″電子的手段を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によつて，空気流中に運ばれる存在物の特性を感知するための装置が提供される。示された実施例では，サイクロンのような空気流調節装置が存在物と空気流を受取り，予め定めた流量，湿度やイオン含有量などと言つた，希望する特性を持つ第２の空気流中に存在物を出力する。存在物は第２の空気流中を提示装置まで運ばれ，提示装置ではその感知空間中で存在物が希望する物理的状態で提示される。存在物は元来は好ましい物理的状態と好ましくない物理的状態の混在した状態で提示装置に供給される。存在物提示装置は存在物に働いて，存在物が感知空間に提示された時に好ましい物理的状態になるよう存在物の割合を増大する。感知空間においてセンサは存在物を感知しセンサ信号を生じ，これはコンピユータで分析され，例えば感知された存在物の特性を表す出力を生じる。
【００１１】
上記の装置の実施例においては，ノズルが存在物提示装置として用いられている。このようなノズルは上記空気流調節装置と一緒に使われても，使われなくてもよい。このノズルはこれに提示される繊維のループを解くようにデザインされている。もつと特定すると，このノズルは１００％ループの状態で受取つた繊維の約半分又はそれ以上に働いてループを解くよう寸法を定め，構成されている。このノズルは長さが３インチ以上でテーパ角が３゜以下の加速用テーパ付き通過路を持つのが好ましい。テーパ付き通路は約６インチの長さを持ち，ノズル出口速度が１００ｍ／ｓｅｃ・を生じるものが最も好ましい。本発明の他の面によれば，分析手段にはセンサ信号を受けてこれを分析し，センサ信号に基づいてループ状存在物の少なくとも１つの特徴を求めるための手段を含んでいる。特定のこの実施例では，提示されたセンサは感知空間に向けられた光源で，第１，第２の光学的検出器を持ち，これらは感知空間中存在物で消された光を感知する。光学的検出器は横に間隔を置いて感知空間中の空気流の方向で，第２の検出器が第１の検出器の下流側に配置されるのが好ましい。第１，第２の光学的検出器はそれぞれ第１，第２のセンサ信号を生じ，各センサ信号は感知空間中で存在物の感知された特性に対応した波形を含んでいる。
【００１２】
分析器（コンピユータ）は１つの存在物に対応する第１，第２のセンサ信号中の第１，第２の波形の最初と最後の端を識別する。次いでコンピユータは第１の波形の切片と言つた少なくともその一部を第２の波形と比較し，この比較に基づいて存在物が感知された時の長さ方向に沿つた速度変化を補償するような，１つの補償信号を生じる。
【００１３】
実施例の他の面によれば，コンピユータは波形の１つに対応するデータを分類し，分類された波形，即ちその大きさの順に並べた１組の値を生じる。次いでコンピユータは分類された波形を微分して導関数波形中の主なピークの位置を見出す。微分波形のピークの位置をもとに，次にコンピユータは分類された波形の，即ち感知された存在物のループの有無，何重にも重なつたループ等に対応した時間長さを求める。このようにしてコンピユータは感知空間で検出された単繊維に対応する分類波形の切片を識別する。また感知空間に提示されたループした繊維のような２繊雄（２本分の太さの繊維）に対応する分類波形の切片も識別される。更にコンピユータは感知空間に現れた３繊維，４繊維などに対応する波形の切片も求める。この状態は繊維が２重にループしたとき（３繊維），３重にループした時（４繊維）などに起こる。
【００１４】
【実施例】
以下に好ましい特性あるいは対応する部品のいくつかの図を参照して実施例を説明する。
【００１５】
図１は電気−光学的センサ２０に直結された存在物分繊器１０を示す。この場合分繊器１０を出た流れ１２（ＱＩ）はセンサ２０に入る流れ２２（ＱＳ）と等価である。一般に流量は異なつているが好ましい。更に一般には，分繊器１０中の流体の条件はセンサ２０中のそれとは異なつているのが好ましい。流体条件とは，流体を記述する関連パラメータ，例えば湿度，温度，速度，圧力，速度変動，圧力変動，気体構成，自由電荷濃度，静電荷，放射性粒子濃度その他を意味する。（米国特許第４６３１７８１号明細書参照。調質気体は環境制御点Ｅ１〜Ｅ５で分繊器にまた点Ｅ６でセンサ２０に入れられる。）
【００１６】
図２ＡとＢは改造されたサイクロン装置３０のそれぞれ上面図と側面図を示し，この装置は存在物分繊器１０と電気−光学的センサ２０，２０′（センサ２０′は本質的には図１に詳細に示されたセンサ２０と同じものである。）との間で流体の流量と条件を一般的にマツチさせることができる。装置３０は流体流量／条件マツチングサイクロンと名付ける。この実施例はいくつかの流量と条件をマッチさせる用意を持つているが，その何れの１つも他と一緒にも，他は無しでも使うことができる。また１つの入力流れ１２（ＱＩ）が示されているがいくつかの入力を用いることもできる。流体流量／条件マツチングサイクロン３０の動作は第１に，流れ１２によつて装置３０に移送されてきた繊維，ネツプ，不純物のような存在物３１の軌道３２を考えると良く理解できる。遠心力は存在物を半径方向外側に，サイクロン壁３４に向かつて動かし，流体の流れと重力は下方への動きを生じる。結局存在物は図２Ｂに示すように，２つのセンサ中の流れ２６と２８によつて，流体流量／条件マツチングサイクロンの存在物出口３６と３８から送り出される。
【００１７】
存在物はサイクロン壁３４と存在物出口３６，３８に向かつて動くが，入つてきた流体の流れ１２（ＱＩ）は流体出口４０，存在物出口３６，３８又は穴あき壁部分３５へと各流れの量と方向によつて動く。先ず穴あき壁３５が（現在図に示されているような）穴のない壁で置き換えられ，また通常の流体流量制御手段，空気バルブのようなもの（図２ＡとＢの３６と３８で示されている）で，存在物出口の流れ２６と２８が０に絞られたと考える。すると流れ４２（Ｑ０）＝流れ１２（ＱＩ）で簡単なサイクロンとなる。存在物３１はサイクロンの底に動き，サイクロン中の普通の回転する流れで駆動されて回転するか，静止に至る。
【００１８】
次に存在物出口の流れ２６と２８が増加するが，流れ１２又は４２よりはずつと小さい時を考える。代表的な設計値は流れ１２（ＱＩ）＝１０ＣＦＭ，流れ４２（Ｑ０）＝８ＣＦＭ，流れ２６（ＱＳ１）＋流れ２８（ＱＳ２）＝２ＣＦＭである。このように存在物３１の流体力学的分離は存在物出力流れ４２にはほとんど独立である。サイクロンの作用が働かなくなる空気力学的大きさの代表的な設計上の値は１５μｍ粒子で，これは壁３４に向かつて動き，空気力学的大きさが１５μｍより小さいものは流れ出口４０に向かつて動く。興味のある個々の繊維，ネツプ，不純物は１５μｍより大きい空気力学的大きさを持つている。
【００１９】
流れ２６（ＱＳ１）＋流れ２８（ＱＳ２）＜＜流れ１２（ＱＩ）であるので，これらの流れは独立に分繊器１０あるいは１つ又はそれ以上のセンサ２０の流れに対する要求に好むままに合わせることができる。
【００２０】
ここで穴あきの壁３５が付いている場合を考える。普通穴あきの金属壁は滑か）で穴の大きさは５０μｍ，開口割合は約２０％である。ある特別の場合は織られた金属かプラスチツクの網が好ましい。その他穴のあいた厚い金属で穴の軸が正常より約３０゜傾いたものは，外壁近くまた底に近くで流れの″回転″を保つのを助長するのに用いることもできる。全ての場合に環境的に制御された気体５０（Ｅ７）が空間５２に入り穴あきの壁３５から分配される。この内部への流れ５０は少なくとも入力流れ１２の一部に置き代わり，第１の結果は存在物３１が流れの中で下方に動き，この流れは徐々にＥ７点で導入される流れ５０（ＱＥ）の性質と条件を持つようになる。第２の結果は，流れ５０は流れ２６と２８に加えられることである。このことはセンサ２０に対するもつと早い流速とか異なつた条件と言つた動作要求が分繊器１０に対する要求とはほとんど独立にマツチさせることができると言うことを意味する。
【００２１】
流体流量／条件マツチングサイクロン３０の他の特徴は鎮静あるいは貯蔵室としての働きである。即ち存在物３１は図１に示すように分繊器１０からセンサ２０に直接搬送される場合よりはずつと長い時間の間，装置３０内の好ましい環境の中に駐留できることになる。このような鎮静化で存在物３１は厳しい分繊工程中で集めた静電気を放電することができる。他の場合には繊維が好ましい環境の中で緩和されることは後の試験や処理を助成する。サイクロン３０中での繊維３１の鎮静化は出口３６と３８の流量制御手段を用いて流れ２６と２８を止めることで達成される。
【００２２】
この部分の記述を結論すると，流体流量／条件マツチングサイクロン３０から得られる主要な点は次のようになると思われる。
１）流量のマツチング：流れ１２は分繊器１０にマツチされ，流れ２６と２８はセンサ２０と２０′の最適性能にマツチされる。
２）流れ条件のマツチング：流れ１２の条件は分繊器１０にマツチされ，一方流れ２６と２８の条件はセンサ２０と２０′にマツチされる。
３）流れ２６と２８を０に減らすことによつて，装置３０中で繊維３１を鎮静化し緩和すること。
そしてどれでも，あるいは３つの全部でも使うことができる。
【００２３】
再び図１を参照して，センサ２０は存在物３１が電気的−光学的に感知されるために適切な位置で提示されるようノズル２１を含んでいる。この点に関しては特許出願第０７／４９３９６１号１９９０年３月１４日出願にもつと詳細に記載されている。センサ２０の中では平行光源２３はノズル２１の開口３３に向けて光ビーム２９を放射し感知空間１１６中の繊維３１を照射する。２つの減光センサ２５ａと２５ｂが光にさらされていて存在物３１で減少した光に対応する信号ＶＥ１とＶＥ２を生じる。集光検出システム２７は存在物３１で前方散乱角約４０゜を通して散乱された光を感知するよう配置されていて散乱信号ＶＳを生じる。
【００２４】
図３，４を参照し，ノズル２１の機能の１つは存在物，繊維３１のループを解くことである。図３はノズル２１の正面図，図４は後面図を示す。図３に示すように前面は図１に示す光ビーム２９に対向している。ノズル２１は入口セクシヨン６０を含み，これは中央セクシヨン６２，次いで出口セクシヨン６４と結合されている。入口セクシヨン６０は円筒型入口穴６６を含み，これはテーパーのついた円錐路６８への導入部をなし，円錐ｆ６８はそのまま続いて入口セクシヨン６０中を抜け中央セクシヨン６２の光学開口部７０に至る。開口部７０は入口開口７１，出口開口７２及びその間のテーパのついた通過路を含んでいる。僅かに傾斜した通路７４が光学的開口７０から中央セクシヨン６２と出口セクシヨン６４を通り円筒出口穴７６へ至る。入口，出口円筒穴は内径１／２インチパイプへの結合のためで，パイプ内径から傾斜路の内径への移行はスムーズになつている。
【００２５】
次に図５を参照し，ここには図３の５−５線の断面で示したノズル２１の詳細な断面図が示されている。ここで３セクシヨンからなるノズル２１は長さＡ＝８，７７５インチの１つの連続したノズル２１を作つていることが判る。図５にはセクシヨン６０，６２，６４の記載は図を明瞭にするため省略してあり，ノズルは物理的にはセクシヨンに分離する必要はないことを理解されたい。
【００２６】
図５に最もよく示されているが，入口穴６６は長さＢが０．２５インチで傾斜のついた通路６８はそこから延び，端と端をつけた４つの傾斜のついたセクシヨン７８，８０，８２，８４の順で配列したものから構成されている。セクシヨン７８は入口穴６６の端から内側へ距離Ｃの１．５００インチ延びている。セクシヨン８０はセクシヨン７８からノズル中へ距離Ｄだけ約２．２１５インチ延びている。セクシヨン８２はセクシヨン８０からノズル中へ距離Ｅだけ約０．７５０インチ延びている。更にセクシヨン８４はセクシヨン８２から距離Ｆだけ約１．５３５インチ延び，ノズル量小断面８６で終わる。最小断面の直径は０．１１０インチである。このように傾斜つきのセクシヨンＣ，Ｄ，Ｅ，Ｆで全長６インチとなる。
【００２７】
セクシヨン７８のテーパの半角は５゜で，セクシヨン８０は３゜，セクシヨン８２は１．１８゜，セクシヨン８４は１．１２゜である。ノズル２１の外径はこの実施例でＪは０．７５０インチである。入口穴６６の直径Ｋは０．６２５インチで，セクシヨン６８の最大内径Ｌは０．５００インチである。セクシヨン８４の量小内径は０．１１０２インチである。光学的開口７０の距離は図６に示すように０．１２５インチである。
【００２８】
テーパ付きの通路７４は２つのセクシヨンよりなる。セクシヨン８８は長さＤが０．３００インチでテーパはなく（即ち真直ぐなセクシヨン）で直径は０．２１６インチ，セクシヨン９０は長さＨが１．８５０インチでテーパは３゜である。セクシヨン９０は０．２１６インチから０．３０５インチまでテーパがつき，ここでセクシヨン７４は出口穴７６で終わる。出口穴７６は長さＩが０．２５０インチで径Ｋは０．６２５インチである。
【００２９】
依然図５を参照し，入力ノズル２１のテーパつきセクシヨン６８は従来のＡＦＩＳ装置に使われているノズルより長いことが判る。以前のＡＦＩＳノズルの１つ（ＡＦＩＳ０ノズル）はテーパつき入力，即ち加速セクシヨンが長さ２．８９１インチでテーパは３゜であり，直径０．１８８インチの出口開口で終わつていた。後のＡＦＩＳノズル（ＡＦＩＳ１ノズル）は本発明の前のもので，テーパつきの前面加速セクシヨンを持ち，その長さは２．８００インチで，入口部のテーパは１．０５０インチの間５゜，第２のテーパは０．７５０インチの間３゜で，第３のテーパは０．５００インチの間１．６゜，そして最後のテーパは０．５００インチの間０．８゜で，直径０．１９１インチの出口開口で終わつていた。実験ノズル（１５゜ノズルと呼ぶ）は前記の論文に従つて作られたもので，長さ０．７９９インチ，テーパ１５゜で，直径０．１１０インチの円形開口で終わつている。（ここで注記しておくことは，上記論文は実際にはＡＦＩＳノズルに関係なく，従つてこの実験ノズルは論文の教えるところによつて，これをＡＦＩＳタイプのノズルに適用できるか否かを発明者が試みたものであると言うことである。）論文は従来のＡＦＩＳノズルを改造することによつてループ解除特性が向上するだろうことを暗示した，即ちそのテーパはもつと大きく，このため単位長さ当りの加速が増大し，ノズルのループ解除特性が改善されると信じられていた。論文の目的はループのない繊維を測定のためではなく，ロータ紡績のために提供しようと言うものであつた。テーパを増すためにはテーパ長を減らさねばならない。しかし全くこれとは逆が真であることが判つた。ＡＦＩＳ形の環境でノズルのループ解除特性を増すためには，ノズルの長さを増し全体のテーパを減少しなければならないことが判つた。図５に示したノズルは我々の適用には最良のノズルであるものを示し，そのループ解除特性は表１に示した。この表にはノズル２１（表ではＱＴ３Ａ−１）と従来のＡＦＩＳノズル（表ではＡＦＩＳ０とＡＦＩＳ１），論文の教えにしたがつて設計したノズル（表では１５゜ノズル）の各ノズルと比較が示されている。ＡＦＩＳ０とＡＦＩＳ１ノズルは２ピースノズルで，ＱＴ３Ａ−１と１５゜ノズルは１ピースノズルである。１ピースノズルは機械的に堅ろうで整合が容易であると言う利点がある。
【００３０】
表１は各ノズルに１００％ループした状態の繊維，１００％真直ぐな状態の繊維を供給したときのループ解除特性を示したものである。もちろん両状態とも通常のＡＦＩＳ装置の運転状態を示すものではなく，通常繊維は色々な状態，ループ状，一部ループ状，真直ぐな状態などでノズルに与えられる。しかし上記の表に示された実験データは本発明によるノズル２１で達成されたループ解除特性が著しく改善されたことを示している。
【００３１】
表１において，第１欄″ノズル識別″は試験した４種のノズルを識別するもので，各列の情報は第１欄で識別されたノズルで得られたものである。第２欄は各ノズルに落とされた５０本の繊維の落下状態を示し，この状態は真直ぐかループしているかである。第３欄はセンサを通過する空気流量立方フイート／分であり，第４欄は気体がノズルの加速セクシヨンを出るときの気体速度ｍ／ｓｅｃである。第４欄の速度は測定によるものではなく計算されたものである。
【表１】
【００３２】
第５，６欄は繊維がノズルの加速部分を出るときの５０本の繊維の平均速度である。第５欄は繊維先端が試験領域に入つて来るときの速度で，第６欄は繊維の後端が試験領域を出て行くときの速度である。第７欄は各ノズルに真直ぐな状態で落とされた５０本の繊維の平均速度である。平均繊維速度は５０本の繊維の平均速度を測定し，その５０測定を平均して求めた。各繊維の平均繊維速度は繊維がセンサを通過するときの時間を求め，繊維の長さ（３８．１ｍｍ）を測定した時間で割つたものである。第８欄は５０本の繊維の長さの測定値の平均で，第９欄は５０繊維の測定長さの平均値を正規化したものである。第９欄は第８欄の数値に修正因子を乗じて求め，修正因子は３８．１を真直ぐな状態で落とした繊維の測定長さの平均値で除したものである。例えばノズル″ＱＴ３Ａ−１″の修正因子は３８．１／４１．１。同様にノズル″ＳＦＩＳ１″の修正因子は３８．１／３８．９である。最後に第１０欄はループ状で落とした繊維の平均長さと真直ぐな状態で落とした繊維の平均長さとの比である。例えばＱＴ３Ａ−１の場合は，ループ状で落とした繊維の平均長さは３５．６で，真直ぐな状態で落とした繊維の平均長さは４１．１であつた。従つて第１０欄の比は３５．６／４１．１で８６％である。
【００３３】
表１を参照して，第１にノズルは全て第１欄に示すようにノズル出口の気体速度が１００ｍ／ｓｅｃで運転されていることに気がつく。この気体速度は必ずしも全部のノズルに対して理想的な運転条件にはないが，最適に近く，比較の目的には偏りを生じない条件を与える。第８欄″分布の平均長さ″を見ると，真直ぐな状態で落とした繊維の長さ測定は色々なノズルで測定されたとき色々に変化している。この変動は繊維がノズルを出るときの速度，繊維に掛かる力がノズル間で変わることに原因し，一には較正で修正できるものである。しかしこの較正を行つても，真直ぐな状態で落とした繊維で測定した平均長さと，ループ状で落とした繊維で測定した平均長さとの比を示す最後の欄の中の数値には影響しない。もし真直ぐな状態で落とした繊維がノズルを真直ぐに通過し，ループ状で落とした繊維の１００％がすべてループ状でノズルを通過するとすると，この欄の比は５０％となり，１００％ループした繊維は真直ぐな繊維の５０％の長さをもつと言うことを意味する。従つてＱＴ３Ａ−１のループ除去効果（８６−５０＝３６％）は他のノズルのそれ（６６−５５＝１６％；５９−５０＝９％；７０−５０＝２０％）のほとんど２倍と見なされ，全てのノズルの条件が理想化されたら，本発明のノズルによつて，もつと大きなループ解除の利点さえが達成される。
【００３４】
表１に示したデータは図１６〜１９にグラフで示され，ノズル２１（ＱＴ３Ａ−１）のループ解除における優れた性質は明らかである。図１６Ａはノズルの入力に手で真直ぐな状態で落とした５０本の繊維の長さの平均値と分布を示す。各測定された繊維はデイジタルオシロスコープの電気的波形を観祭して確認されている。これらの測定された長さに分布があるという事実は，測定システム中の雑音又は不確かさによるものである。このことから，１００％ループ状で落とされた繊維の長さ測定がこの分布中（平均±２×標準偏差）に落ちるなら，この繊維は真直ぐなものと定義する。今の目的に測定された長さが，真直ぐな状態でノズル中に落としたＮ本の繊維の測定された長さの平均値から標準偏差の２倍以内の範囲に入るときは，その繊維はループが解除されたものと見なす。ここでＮは好ましくは５０であるが，繊維のタイプや長さ又は作動条件などで変化する。図１６ＡとＢはノズル２１（ＱＴ３Ａ−１）を用いたときの，それぞれ真直ぐな状態で落とした繊維の測定した長さと，１００％ループ状で落とした繊維の測定した長さとを示す。真直ぐな状態で落とした繊維の測定した長さの平均は４１．２ｍｍで，その標準偏差は３．２であつた。かくてループを解除された繊維は測定長さ３４．８から４７．６ｍｍの間にあり，図１６Ｂに示された多くの繊維が点線の範囲２００で示されているようにループを解除されたものと見なされる。
【００３５】
図１７ＡとＢはＡＦＩＳ１ノズルを用いたときの，それぞれ真直ぐな状態で落とした繊維の測定した長さと，１００％ループ状で落とした繊維の測定した長さとを示す。点線の範囲２０２で示されているように，１００％ループ状で落とした繊維の内の僅かがループ解除されていて，即ち３４．９と４２．９の間の長さを持ち，真直ぐな状態で落とした繊維の測定した長さの平均は３８．９で標準偏差は２．０であつた。同様に図１８ＡとＢを参照すると，ＡＦＩＳ０ノズルでは点線の範囲２０４で示されているように僅かのループ解除繊維しか生じていないし，また図１９ＡとＢを参照すると，点線の範囲２０６で示されているように，１５゜ノズルではＡＦＩＳ０やＡＦＩＳ１ノズルよりももつと多くのループ解除繊維を生じているが，１５゜ノズルでのループ解除された繊維の数はまだノズル２１でループ解除された繊維の数よりは本質的に少ない。更に図１６ＡとＢと，図１９ＡとＢとを較べて見ると，ノズル２１ではループ状，直線状で落とされた繊維両者に対して似たような測定長分布を示しているが，１５゜ノズルではそうはなつていな。この事実はノズル２１がループ解除には優れた所に達していることを示すものである。
【００３６】
ノズル２１は繊維長１．５インチの１．５デニールポリエステル繊維を最適化流量１．３ＣＦＭで搬送したときループ解除に最良のノズルであることが示されているが，ノズル２１の長さ，テーパ量，テーパの幾何学的構造と最適流量は特定の適用と条件で変わり得るものと理解すべきであろう。しかし我々の実験データに基づいて，長さ３インチ以上，テーパ３゜以内，のノズルは従来のＡＦＩＳノズルに較べて改善されたループ解除特性を持つ。
【００３７】
図６，７，８はそれぞれ，図５に示した線６−６と７−７と図３の線の８−８の断面に相当する断面図である。図７は光学的開口７０の後面図，図６は開口７０の前面図である。図８はノズル２１の出口セクシヨン６４の端面を示す。
【００３８】
ノズル２１は著しく改善されたループ解除特性を提供するが，データ収集において電子的に繊維３１のループ解除を行うことによつて，更なる改善を達成することができる。本発明において，好ましくはデイジタル信号処理回路（ＤＳＰ）を有するコンピユータ１１４で，以下に述ベる方法によつて，ループ繊維で生じる波形を電子的にループ解除し，次いで繊維長のような繊維特性を求める。
【００３９】
再び図１を参照して，存在物３１（繊維３１）が減光検出器２５Ａと２５Ｂの前を移動するとき，それぞれ信号が生じ，これは図１でＶＥ１とＶＥ２で指定した。ＶＥ１とＶＥ２の波形はそれぞれ図９の波形１００と１０２で示されている図９で波形１００と１０２の縦軸は電圧を表し，横軸は時間を表す。センサ２５Ａと２５Ｂは光の減少を感知するので，ＶＥ１とＶＥ２は実際はセンサ２５Ａと２５Ｂが受けた光の量の減少を測定している。
【００４０】
図９を参照して波形１０２は時間的に波形１００よりも遅れているが，その他は波形１００と等価である。図１に示したセンサ２５Ａと２５Ｂの位置を考えてこの時間遅れは予想できる。繊維又は存在物の現れたことはコンピユータ１１４で波形１００上の点１０４で，波形１０２では点１０６で検出される。これらの点は波形１００と１０２を閾値と比較することによつて（これは従来のＡＦＩＳで行われている）求められるか，あるいは２つの波形の傾斜を監視していて，予め定めた量を越える波形の傾斜に基づいて点１０４と１０６を選択するような他の技術で求められる。同様に波形１００と１０２の終端は点１０８と１１０で検出される。ここでも波形の終端は波形が閾電圧より下がつた時又は波形の傾斜を監視すると言つた適当な手段で検出できる。
【００４１】
波形が１度検出されると，ループした加速された繊維３１の正しい長さを決定する方法は２つのステツプで行われる。先ずコンピユータは繊維３１の加速に対して補償を行い，一様な速度を持つ（加速の無い），補償された波形を生じる。第２にコンピユータは補償された波形をループ解除し，ループの無い繊維３１としての実際の長さを求める。この処理はＤＳＰチツプを用いてデイジタル信号処理によつてコンピユータのコントロールプロセツサからは別の所で実行されるのが好ましい。
【００４２】
繊維の加速を補償するには，先ず波形１００をＮ個の等時間切片に分けて行われ，ここにＮは各切片が同じ数のサンプル，即ちデータを持つようにした切片の総数に等しくする。（図９参照）提示した実施例では波形ＶＥ１とＶＥ２はＡ／Ｃコンバータ１１２でサンプリングされ，サンプルとしてコンピユータ１１４に入力される。サンプリングは一様な時間間隔で行われるので，サンプル数は波形の持続時間に直接比例する。かくて時間はサンプル数と等価と見なされる。実施例においては，ＩＢＭコンパーチブルＰＣコンピユータをここに述べるループ解除法を実行するようプログラムしたが，他の計算用ハードウエアも使うことができ，またこの方法は手で実行することもできる。
【００４３】
次に各切片の波形１００（ＶＥ１）から波形１０２（ＶＥ２）への遅れ時間を求める。もしこの遅れ時間をセンサ２５ａと２５ｂの間で有効端−端検出器間隔（好ましくは約１ｍｍ）に分割すれば，各切片の速度ＶＥＬ（ｎ）が得られる。ここでｎは切片数である。繊維３１がゆつくり走つている時の切片は実際の繊維３１の部分で言えば，繊維３１が早く走つている時の切片よりも小さいことになる。加速の修正は最も早い切片の速度と比較した遅い切片の速度を基にして，遅い切片中のデータ点即ちサンプルの数を減らし，各切片の時間をスケーリングする（合わせて変化させる）ことよりなる。換言すれば，特定の遅い切片中のサンプル数は遅い切片速度を最高速の切片速度で除した比の割合で減少する。かかる減少の後，各切片の時間は最速（最後）の切片と等しい速度でその切片に対する実際の繊維部分の長さに比例するようになる。修正された繊維時間ＴＦＣは全体の長さにわたつて量高の速度で移動する繊維の実際の長さに比例する。
【００４４】
加速補償された繊維の波形が得られたら，ループ解除が本発明の実施例の１つによつて次のように行われる。即ちループしていない部分の平均直径を識別し，加速を補償された波形の全面積をこのループしていない部分の平均直径で割つて求める。得られる結果はループしていない補償された繊維時間ＴＦＣＵで，これは最速（最後）の切片の速度で移動するループのない繊維の長さに比例する。長さはループの補償された繊維時間ＴＦＣＵに繊維波形の最速（最後）の切片の速度を乗じて求められる。
【００４５】
上に説明した方法の１つの形は図９〜１４も参照して良く理解できる。図９はセンサ２５ａと２５ｂからの２つの減光波形を示したものである。ＶＥ２はＶＥ１から，センサ２５ａと２５ｂ間の有効間隔（約１ｍｍ）に比例し，繊維３１の速度に逆比例した時間だけ遅れている。波形１００（ＶＥ１）は幅ＴＷのＮ個の切片に分割されている。
【００４６】
図１０はＶＥ１の各切片と，これに対応する波形ＶＥ２の交差相関をプロツトしたものである。交差相関のビークが最初の切片のＶＥ１とＶＥ２間の時間遅れＴＢからＮ番目（最後）の切片の時間遅れＴＥまで移つて行く様子に注目されたい。ここにＴＢは繊維３１の初め（先端）の所での波形１００と１０２間の時間遅れ，ＴＥは繊維３１の最後（後端）の所での時間遅れである。繊維３１が感知空間１１６（第１図）に入つて来る時は，これを出る時よりも遅い速度で移動するよう設計されているので，ＴＢはＴＥよりも大きい。各切片のピークの遅れ時間ＴＤＰＫ（ｎ）を，繊維時間に関連した切片の位置ＴＲ（ｎ）に対してプロツトすると，このプロツトは繊維が感知空間に入つたときから感知空間を出るときまで如何に加速されるかを示す（図１２）。
【００４７】
各切片の速度はセンサ２５ａと２５ｂ間の有効間隔をその切片の遅れ時間で除して求められる。切片速度を繊維時間に関連させた繊維の位置に対してプロツトすると繊維全体の速度の移り変わりの様子が判り，これを図１１に示した。速度修正は各切片中のデータ点の数ｎを比ＴＤＰＫ（Ｎ）／ＴＤＰＫ（ｎ）だけ減ずることによつて得られ，ここにＴＤＰＫ（Ｎ）は最速（最後）の切片の遅れ時間，ＴＤＰＫ（ｎ）はｎ番目の切片の遅れ時間で最後の切片Ｎに先行する全ての切片に適用される。〔ＴＤＰＫ（Ｎ）／ＴＤＰＫ（ｎ）はＶＥＬ（ｎ）／ＶＥＬ（Ｎ）に等しく，ここでＶＥＬ（ｎ）はｎ番目の切片の速度，ＶＥＬ（Ｎ）はＮ番目，即ち最後の最速の切片の速度である。〕各切片のデータ点の数は時間の測度であり，時間と等価なものと考えてよいと言うことを想起されたい。離れたデータ点は切片を通して等間隔とする。その結果の配列は切片Ｎと等しい一定速度で移動する繊維波形ＶＥ１を記述するもので，これを図１３に示した。
【００４８】
更に言及しておかねばならないことは，本方法の２つの限界の場合についてである。切片数が２に等しいときは，この方法は２つの元の波形の立上がり端の間の遅れ時間（ＴＢ）と２つの波形の立下がりの間の遅れ時間（ＴＥ）を求める方法とほば同じである。この湯合は，速度プロフイールについての追加情報は得られず，ＴＢとＴＥの固定値が得られるだけである。切片数が増加するにつれて，交差相関にピークを生じる波形上の目立つた特徴の数は減少する。このように内部切片に対する交差相関のピークは小さくなり，識別しにくくなる。この結果，速度プロフイール曲線は最初の切片（ＴＢ）と最後の切片（ＴＥ）の間の雑音が著しく多いものとなつてしまう。ここで述べる方法は切片の最適数を決めるために，速度プロフイール中の雑音のＣＶ（測定された事象の％で表した標準偏差）を注目することを含んでいる。雑音のためＣＶが選んだ眼界２５％が望ましい，を越えると，アルゴリズムは以前に求めた速度プロフイールを用いなければならない。
【００４９】
図１４Ａは図１４Ｂに示すように２重にループし３倍の直径部分を持つ繊維１２１で生じた加速補償波形１２０（ＶＥ１）を示す。繊維のループ解除はいくつかの方法で行われる。提案する方法は先ず，ＶＥ１サンプルの加速補償繊維波形１２０を増加する値によつて図１４Ａに示すように分類し，分類した波形１２２を作る。分類指数にしたがつて分類結果の２点の導関数を取ることによつて，繊維１２１のループを解除した直径を分離することができる。図１４Ａにおいて，波形１２４は分類波形１２２を微分したものであり，３つのピーク１２６，１２８及び１３０を持ち，これらは各々３つの切片Ａ，Ｂ，Ｃの姶まりを示すものである。波形１２４の最大値を求め，閾値を最大値の分数の点（好ましくは０．６）に設定し，この閾値を越える切片の位置を求めることでピーク位置は見出される。波形１２２の切片Ａの垂直高さはループ解除された繊維の直径を表す。図１４Ａに示されるように，この直径をＶＡＶＧ（ＳＥＧ．Ａ）と定義する。このループ解除部分の直径は微分波形１２４の第１ピーク１２６と第２ピーク１２８の間の波形１２２のサンプル値の平均をとつて求められる。繊維１２１のループ解除状態の加速補償繊維時間（ＴＦＣＵ）は波形下の面積をルーゴ解除部分の直径ＶＡＶＧ（ＳＥＧ．Ａ）で除して求めることができる。次いで繊維長は上で求めた繊維１２１の最速（最後）の切片の速度に修正繊維時間ＴＦＣＵを乗じて求められる。更に微分波形１２４の第１のピークの後にあるピークの数はその繊維中のループの数を示す。完全なループの状態はループした部分の値の平均がループ解除された部分の直径の２倍，３倍・・・あるかによつて，２重ループ，３重ループ・・・などと評価することによつて検定される。
【００５０】
ループ解除した繊維のＴＦＣＵを求める他の方法は微分波形の最初の２つのピーク間の時間（サンプル数）と，第２，第３のピーク間（切片Ｂ）の時間の２倍，及び第３，第４のピーク間（切片Ｃ）の時間の３倍などを加算することによつて求める。繊維長さはこの値をＴＦＣＵとして用いて上に説明したようにして求められる。
【００５１】
図１５ＡとＢは上に述べたプログラムの部分と切片数（Ｎ）をどのようにして求めるかを含んだプログラムの流れ図を示す。
【００５２】
ステツプ１３８から姶めるため，２つの波形ＶＥ１とＶＥ２の均一な時間間隔を持つたサンプルを先ず繊維を代表するものとして識別し，２つの異なつた配列ＶＥ１，ＶＥ２にストアする。一般に１つの波形は外見比（長さ／直径）が約３以上からこの場合では約１０以上である時，もし波形時間（ＴＦ）を平均振幅で割つた値が１．６マイクロｓｅｃ／ボルト以上の時，繊維のものと識別される。繊維を識別する過程はより詳細に特許出願第０７／９６２８９８号明細書「自動供給された単一の繊維試料の多重特性を試験するための方法と装置」に記載されている。次にステツプ１４０で変数ｎは２に設定される。次にステツプ１４２でＶＥ１配例はｎ個の等しい切片に分けられる。ステツプ１４４でＶＥ１切片の各々と全ＶＥ２配列の交差相関が実行される。ＶＥ１の各切片の交差相関におけるピークの位置が求まり，″ＮＥＷ″配例にストアされる。この配例は切片間遅れ関数ＴＤＰＫ（ｎ）である。ステツプ１４８で変数ｎは２と比較される。もしｎが２より大きいと，ヅログラムはステツプ１５０に進む。ｎが２に等しいか又は小さいとステツプ１５４に移る。最初の通過の時はｎ＝２なのでプログラムはステツプ１５４に進む。ステツプ１５４では″ＮＥＷ″配列は臨時に″ＯＬＤ″配例の所に移る。ステツプ１５６でｎは２倍されプログラムは再びステツプ１４２へ戻る。ステツプ１４８でｎが２以上であつたときは″ＮＥＷ″配列の遅れ関数ＴＤＰＫ（ｎ）の導関数がステツプ１５０で求められる。導関数の値の標準偏差と変動係数（ＣＶ＝１００×標準偏差／平均値）も求められる。このＣＶはステツプ１４６で得られた遅れ関数の質を決めるのに用いられる。ステツプ１５２でＣＶは予め定めた限界Ｘと比較される。この実施例においてはＸは２５％である。もしＣＶがＸより小さいか等しいと，プログラムはステツプ１５４に進み，″ＮＥＷ″配列は″ＯＬＤ″配例としてストアされプログラムはステツプ１５６を繰返し，ステツプ１４２に戻る。もしＣＶがＸより大きいと，プログラムはステツプ１５８に進む。ここで前に求めたＸより小さい導関数ＣＶを与えた遅れ関数の結果（″ＯＬＤ″配列）が復活する。ステツプ１６０でＶＥ１の各切片中のサンプル数が前に述べたように，ＶＥ１中の最速（最後）の切片の速度に対するその切片の速度に比例して減少される。
【００５３】
更に２，３のコメントを加えることによつて，上に述べたコンピユータプログラムの流れ図の部分をより良く理解できるであろう。プログラムの目的は繊維の加速の影響を補償し，繊維が最高速の切片と同じ一定の速度で移動するのと等価な繊維波形を作るためである。これは僅かに２つの切片に波形を分けることから姶まる。各切片には色々な特徴があり，その内ＶＥ２中に対応する特徴とよい相関を持つものが多くあるので，これら２切片は優れた交差相関を生じるだろう。しかし加速又は速度プロフイールを定義するのに僅か２つのデータ点しかないので，加速に対するＶＥ１波形を補償する能力には限界がある。従つてできるだけ切片数を増やすことが望ましい。切片数が増大すると，各切片に存在する特徴の数は減り，従つてＶＥ１切片とＶＥ２との間の遅れを定義するための交差相関中のピークも減少する。使用できる最大の切片数を検出するための方法は遅れ時間関数中の”雑音“に注目するものである。これは遅れ時間関数の導関数を取つてこの導関数のＣＶを求めて行われる。ＣＶが希望する限界Ｘを越えると，プログラムは使用できる切片数を越えたものとする。そこで以前の決定に戻りその結果を用いる。Ｘに用いる値は適用によつて変化する。綿はその長さに沿つて多くの目立つ待徴を持つているが，一方クリンプのないポリエステルやナイロンでは目立つ特徴はきわめて少ない。従つてクリンプのないポリエステルやナイロンに較べて綿ではより短い切片が用いられる。更に顧客の要求はＸの値に影響を及ばす。Ｘの値を小さくすると，繊維長の決定はより正確となるが，必要な計算を完了するのに要する時間は長くなつてしまう。
【００５４】
図１５Ｂに示した流れ図の残りの部分は，上記の方法の説明から直接引続いたものである。ステツプ１６２に示すように，ＶＥ１の各切片はピークの相関遅れ時間ＴＤＰＫ（ｎ）を見出すためにＶＥ２と交差相関を取り，そしてステツプ１６４に示すように，各切片中のサンプル数は比ＴＤＰＫ（Ｎ）÷ＴＤＰＫ（ｎ）で減らされる。これにより図１４Ａに示す加速補償波形が得られる。ステツプ１６６で補慣された波形は各サンプルの電圧量にしたがつて分類され，分類補償された波形を生じる。この波形は図１４Ａの中段に示したものである。ステツプ１６８に示すように，分類補償波形の導関数を求めて導関波形が求められ，導関数波形１２４の主要ピークの位置が求められて分類補償波形に戻つて関係ずけられる。ステツプ１７２に示されるように，導関数彼形中に現れたピーク１２６，１２８，１３０に従つて波形１２２の各切片は配置される。色々な切片が単繊維に対応するか，２重の繊維切片に対応するか，あるいは３重の繊維切片に対応するかなどを検証するため，切片Ａの大きさで切片Ｂ，Ｃ等の大きさを割り，商は±０．５の範囲で切片Ｂに対しては２，切片Ｃに対しては３などとなつていなければならない。もしある切片がこの基準に合わないときは，プログラムはステツプ１７４に進みデータを捨て，プログラムは初めに戻つて新しいデータの処理を始める。
【００５５】
１重，２重，３重などの繊維と言つた基準に合うと，プログラムはステツプ１７６に進み，ここで前述のように２つの方法の内の１つで繊維長が求められる。次いでステツプ１７８に示すようにプログラムは初めに戻つて新しいデータの処理を始める。
【００５６】
以上の記述から，本発明は個々の繊維の測定の″ループ解除″に対する有効な方法と装置を提供することが判る。参照した実施例は例として示したものであるが，本発明はその範囲を逸脱することなく，多くの再配置，改造，変更などを行うことが可能であることが理解されよう。物理的にループを解く場合は繊維はそのための作用を受けなけれはならないが，電子的にこれを行う場合はループになつた繊維のデータを操作することによつて，データを加速に対して適切に補償し，ループ条件を補償して繊維特性を正確に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による１実施例として繊維を個々に分離し感知するための装置の全体図である。
【図２】本発明により分繊器と繊維センサとの間に挿入された空気流マツチング用サイクロンの，Ａは平面図，Ｂは側面図である。
【図３】本発明において使われ，感知のためそして少なくとも一部はループを解除するためのノズルの正面図である。
【図４】図３に示したノズルの背面図である。
【図５】図３のノズルの５−５線断面図である。
【図６】図５の線６−６から見た光学的窓の正面図である。
【図７】図５の線７−７から見た光学的窓の背面図である。
【図８】図３の線８−８から見たセンサの図である。
【図９】２つの光学的検出器で生じた２つの電圧信号ＶＥ１とＶＥ２を水平軸上の時間に対して表したグラフである。
【図１０】水平軸の時間に対してプロツトしたＶＥ１切片と，これに対応して各ＶＥ１切片と全ＶＥ２信号との交差相関を水平軸に遅れ時間を付けて示した図である。
【図１１】ＶＥ２に対してＶＥ１の各切片の交差相関のピークの時間遅れを示すグラフで，切片の時間的位置は水平軸の寸法で示し，ピークの時間遅れは垂直軸の寸法で示した図である。
【図１２】ＶＥ１の各切片で表した速度のグラフで，速度は垂直軸上に，切片の位置は水平軸上に取つてある。
【図１３】元のＶＥ１信号とその加速修正信号とを比較したグラフである。
【図１４】Ａは仮想の検出器信号ＶＥ１（上）と，信号の大きさに関して分類したＶＥ１サンプルを表す分類した波形（中）及び分類されたＶＥ１の１次微分を表す導関数波形（下）とを比較したグラフ，ＢはＡの波形から作つたループ繊稚を表す図である。
【図１５】Ａは本発明に用いられたプログラムの１実施例を示す流図，Ｂは本発明に用いられたプログラムの別の実施例を示す流れ図である。
【図１６】Ａは５０本の繊維を手で真直ぐな状態で本発明のノズル中においたとき測定された長さの頻度分布図，ＢはＡに示したものと同様に，１００％ループのある状態で手で繊維を本発明のノズル中に落としたときの５０本の繊維の測定された長さの頻度分布図である。
【図１７】Ａは図１６Ａと，Ｂは図１６Ｂと同様にＡＦＩＳ１のノズル中に手で真直ぐな状態と１００％ループした状態で落とした時の頻度分布図である。
【図１８】Ａは図１６Ａと，Ｂは図１６Ｂと同様にＡＦＩＳ０のノズルに対する図である。
【図１９】Ａは図１６Ａと，Ｂは図１６Ｂと同様に１５゜ノズルに対する図である。
【符号の説明】
１０ 存在物分繊器
１２ 入力流れ
２１ ノズル
２２ 流れ
２３ 平行光源
２５ａ，２５ｂ 減光センサ
２７ 集光検出システム
２９ 光ビーム
３１ 存在物
１１２ Ａ／Ｄコンバータ
１１４ コンピユータ
１１６ 感知空間
【産業上の利用分野】
本発明は流体の流れで搬送されるネツプ，不純物，繊維と言つた個々の存在物の測定と処理を改善するための方法と装置に関する。まず本発明は個々の繊維の測定を改善するための方法と装置に焦点を合わせ，特に分繊維と存在物センサ中及び間の流体の流れのマツチングを一般化し改善し，更に繊維のループを修正する方法と装置を提供する。つまり繊雄の″ループを解く″流体力学的，電子的な手段を提供する。
【０００２】
本特許出願は，１９９０年３月１４日出願の特許出願第０７／４９３９６１号明細書「繊維又は他のサンプル中の個々の存在物の高速，多変数測定のための電気的，光学的方法と装置″の一部継続の出願であり，上記許許出願は本発明にも参照とする。
【０００３】
【従来の技術】
繊維工業においてＡＦＩＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）として知られる繊維試験装置は，テネシー州ノツクスヴイルのツエルヴエーゲル・ウステル社で製造されている。今日この装置は処理機械を最適化するための品質管理の道具として広く世界中で用いられるようになつている。更に繊維原料の購入とその割付を最適にするための道具としての価値とその使用が増大しつつある。何れの適用に対しても，基本的な性能フアクタは得られるデータ数，再現性，試験速度，使用の容易さ，コストに関連している。測定が絶対であるかどうかは本質的なことではない。しかしＡＦＩＳを基本的で絶対的なものとすることが当初からの目的地であつた。この目的の基本的に重要な理由は，繊維から糸への処理のエンジニヤリング過程の基本的理解を改善することにあつた。
【０００４】
ＡＦＩＳでのその後の経験から，ネツプや不純物の分布を与える参照方法となつて来るだろうと言うことが確認された。ここで重要なことはある種の改善がなされればＡＦＩＳは繊維長，繊維直径，繊度，成熟度などの分布に対する絶対的な基準となり得ると言うことである。景初の改善として必要なことは，ループ状で提示される繊維に関係して電気−光学的センサに改善を加えることであつた。このようなループ繊維は当時行われていたように，その波形特性に基づいてデータから除外することもできたが，もしループが避けられ，又は流体力学手段でループが解ければ，あるいはループ状繊維の波形が電子的に修正できれば，ＡＦＩＳの方法はもつと基本的で，もつと絶対的で，もつと早いものとなる。我々はこのような″ループ解除″の結果に到達する流体力学的，電子的方法の両者を発見した。
【０００５】
分繊器（米国特許第４５１２０６０号，第４６３１７８１号，第４６８６７４４号明細書に記載された）からセンサに空気的に供給される繊維の内のいくつかはループになつたり，フツクになつたりすることが知られている。これはピンを植えたシリンダカードフラツト，その他の存在物を個々に分離する工程の要素の性質によるものである。更に搬送し加速する流れのレイノルズ数は時として乱流変化を起こすほどに大きくなる。そのような高速の流れは試験速度や繊維を伸長する（縮みを除去する）点では有利であるが，一般に繊維にループを起こしてしまう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の１つの目的は流体の流れをＡＦＩＳタイプの装置のノズルに適合させ，希望する配向で提示される繊維のような存在物の数を最大にすることにある。例えば流体の流れはセンサに真直な（ループの無い）状態で提示される繊維の数を最適にするよう選択せねばならない。もし繊維がループ状（自身で折り返つた状態）でセンサに提示されると各種のパラメータ，例えば繊維長の測定に困難を増大する。
【０００７】
しかしＡＦＩＳタイプのセンサに最適な流れ条件であつても，かなりの数の繊維がループ状でセンサに提示される。そこでＡＦＩＳノズルの提示特性の探求が次の論文の教える所に従つて開姶された。「綿繊維の処理特性を改善するための空力的力をうけた綿の挙動の基礎的調査」”Ｔｒｙｇｇｖｅ Ｅｅｇ−Ｏｌｏｆｓｓｏｎ，Ｇｏｔｈｅｎｂｕｒｇ，Ｓｗｅｄｅｎ″（１９６９年１月），これは繊維工業大学，シヤーロツテヴイル，ＶＡ２２９０２のロジヤーミリケン繊維図書館で見出されたものである。（ＴＸ２６２，Ｅ２６，１９６９）ノズルの提示特性を改善する努力は僅かの成功しか，あるいは成功しなかつたと言え，結局は上記文献の教えは理由は不明であるが，ＡＦＩＳノズルには適用できないことが判つた。事実ＡＦＩＳノズルはデザインを改善すると上記文献の教えに明らかに予盾して来ることが判つた。ＡＦＩＳノズルは上記文献で調査されたノズルとは構造も違い，異なつた環境の中で異なつた目的に使われるべきだと言うことが見出された。
【０００８】
本発明に適合した空気流と空気条件との組合せの下で，本発明による改善されたノズルでさえも，いくらかの繊維にかループが存続する。従つて電子的な手段が開発され，電子的に繊維から″ループを解除する″方法が開発された。以下にこれを詳述する。
【０００９】
従つて本発明の１つの目的は，流れのコントロール手段を提供し，これによつて分繊器とセンサ中の空気の流れをもつと一般的に，そして最適に改善された条件に適合させ，ループの発生を最小にし，データレートを最大にすることにある。更に本発明の目的は繊維のループを解く加速ノズル手段を提供し，最後の目的はループ状の繊維から生じるセンサ信号を解析して″電子的にループを解く″電子的手段を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によつて，空気流中に運ばれる存在物の特性を感知するための装置が提供される。示された実施例では，サイクロンのような空気流調節装置が存在物と空気流を受取り，予め定めた流量，湿度やイオン含有量などと言つた，希望する特性を持つ第２の空気流中に存在物を出力する。存在物は第２の空気流中を提示装置まで運ばれ，提示装置ではその感知空間中で存在物が希望する物理的状態で提示される。存在物は元来は好ましい物理的状態と好ましくない物理的状態の混在した状態で提示装置に供給される。存在物提示装置は存在物に働いて，存在物が感知空間に提示された時に好ましい物理的状態になるよう存在物の割合を増大する。感知空間においてセンサは存在物を感知しセンサ信号を生じ，これはコンピユータで分析され，例えば感知された存在物の特性を表す出力を生じる。
【００１１】
上記の装置の実施例においては，ノズルが存在物提示装置として用いられている。このようなノズルは上記空気流調節装置と一緒に使われても，使われなくてもよい。このノズルはこれに提示される繊維のループを解くようにデザインされている。もつと特定すると，このノズルは１００％ループの状態で受取つた繊維の約半分又はそれ以上に働いてループを解くよう寸法を定め，構成されている。このノズルは長さが３インチ以上でテーパ角が３゜以下の加速用テーパ付き通過路を持つのが好ましい。テーパ付き通路は約６インチの長さを持ち，ノズル出口速度が１００ｍ／ｓｅｃ・を生じるものが最も好ましい。本発明の他の面によれば，分析手段にはセンサ信号を受けてこれを分析し，センサ信号に基づいてループ状存在物の少なくとも１つの特徴を求めるための手段を含んでいる。特定のこの実施例では，提示されたセンサは感知空間に向けられた光源で，第１，第２の光学的検出器を持ち，これらは感知空間中存在物で消された光を感知する。光学的検出器は横に間隔を置いて感知空間中の空気流の方向で，第２の検出器が第１の検出器の下流側に配置されるのが好ましい。第１，第２の光学的検出器はそれぞれ第１，第２のセンサ信号を生じ，各センサ信号は感知空間中で存在物の感知された特性に対応した波形を含んでいる。
【００１２】
分析器（コンピユータ）は１つの存在物に対応する第１，第２のセンサ信号中の第１，第２の波形の最初と最後の端を識別する。次いでコンピユータは第１の波形の切片と言つた少なくともその一部を第２の波形と比較し，この比較に基づいて存在物が感知された時の長さ方向に沿つた速度変化を補償するような，１つの補償信号を生じる。
【００１３】
実施例の他の面によれば，コンピユータは波形の１つに対応するデータを分類し，分類された波形，即ちその大きさの順に並べた１組の値を生じる。次いでコンピユータは分類された波形を微分して導関数波形中の主なピークの位置を見出す。微分波形のピークの位置をもとに，次にコンピユータは分類された波形の，即ち感知された存在物のループの有無，何重にも重なつたループ等に対応した時間長さを求める。このようにしてコンピユータは感知空間で検出された単繊維に対応する分類波形の切片を識別する。また感知空間に提示されたループした繊維のような２繊雄（２本分の太さの繊維）に対応する分類波形の切片も識別される。更にコンピユータは感知空間に現れた３繊維，４繊維などに対応する波形の切片も求める。この状態は繊維が２重にループしたとき（３繊維），３重にループした時（４繊維）などに起こる。
【００１４】
【実施例】
以下に好ましい特性あるいは対応する部品のいくつかの図を参照して実施例を説明する。
【００１５】
図１は電気−光学的センサ２０に直結された存在物分繊器１０を示す。この場合分繊器１０を出た流れ１２（ＱＩ）はセンサ２０に入る流れ２２（ＱＳ）と等価である。一般に流量は異なつているが好ましい。更に一般には，分繊器１０中の流体の条件はセンサ２０中のそれとは異なつているのが好ましい。流体条件とは，流体を記述する関連パラメータ，例えば湿度，温度，速度，圧力，速度変動，圧力変動，気体構成，自由電荷濃度，静電荷，放射性粒子濃度その他を意味する。（米国特許第４６３１７８１号明細書参照。調質気体は環境制御点Ｅ１〜Ｅ５で分繊器にまた点Ｅ６でセンサ２０に入れられる。）
【００１６】
図２ＡとＢは改造されたサイクロン装置３０のそれぞれ上面図と側面図を示し，この装置は存在物分繊器１０と電気−光学的センサ２０，２０′（センサ２０′は本質的には図１に詳細に示されたセンサ２０と同じものである。）との間で流体の流量と条件を一般的にマツチさせることができる。装置３０は流体流量／条件マツチングサイクロンと名付ける。この実施例はいくつかの流量と条件をマッチさせる用意を持つているが，その何れの１つも他と一緒にも，他は無しでも使うことができる。また１つの入力流れ１２（ＱＩ）が示されているがいくつかの入力を用いることもできる。流体流量／条件マツチングサイクロン３０の動作は第１に，流れ１２によつて装置３０に移送されてきた繊維，ネツプ，不純物のような存在物３１の軌道３２を考えると良く理解できる。遠心力は存在物を半径方向外側に，サイクロン壁３４に向かつて動かし，流体の流れと重力は下方への動きを生じる。結局存在物は図２Ｂに示すように，２つのセンサ中の流れ２６と２８によつて，流体流量／条件マツチングサイクロンの存在物出口３６と３８から送り出される。
【００１７】
存在物はサイクロン壁３４と存在物出口３６，３８に向かつて動くが，入つてきた流体の流れ１２（ＱＩ）は流体出口４０，存在物出口３６，３８又は穴あき壁部分３５へと各流れの量と方向によつて動く。先ず穴あき壁３５が（現在図に示されているような）穴のない壁で置き換えられ，また通常の流体流量制御手段，空気バルブのようなもの（図２ＡとＢの３６と３８で示されている）で，存在物出口の流れ２６と２８が０に絞られたと考える。すると流れ４２（Ｑ０）＝流れ１２（ＱＩ）で簡単なサイクロンとなる。存在物３１はサイクロンの底に動き，サイクロン中の普通の回転する流れで駆動されて回転するか，静止に至る。
【００１８】
次に存在物出口の流れ２６と２８が増加するが，流れ１２又は４２よりはずつと小さい時を考える。代表的な設計値は流れ１２（ＱＩ）＝１０ＣＦＭ，流れ４２（Ｑ０）＝８ＣＦＭ，流れ２６（ＱＳ１）＋流れ２８（ＱＳ２）＝２ＣＦＭである。このように存在物３１の流体力学的分離は存在物出力流れ４２にはほとんど独立である。サイクロンの作用が働かなくなる空気力学的大きさの代表的な設計上の値は１５μｍ粒子で，これは壁３４に向かつて動き，空気力学的大きさが１５μｍより小さいものは流れ出口４０に向かつて動く。興味のある個々の繊維，ネツプ，不純物は１５μｍより大きい空気力学的大きさを持つている。
【００１９】
流れ２６（ＱＳ１）＋流れ２８（ＱＳ２）＜＜流れ１２（ＱＩ）であるので，これらの流れは独立に分繊器１０あるいは１つ又はそれ以上のセンサ２０の流れに対する要求に好むままに合わせることができる。
【００２０】
ここで穴あきの壁３５が付いている場合を考える。普通穴あきの金属壁は滑か）で穴の大きさは５０μｍ，開口割合は約２０％である。ある特別の場合は織られた金属かプラスチツクの網が好ましい。その他穴のあいた厚い金属で穴の軸が正常より約３０゜傾いたものは，外壁近くまた底に近くで流れの″回転″を保つのを助長するのに用いることもできる。全ての場合に環境的に制御された気体５０（Ｅ７）が空間５２に入り穴あきの壁３５から分配される。この内部への流れ５０は少なくとも入力流れ１２の一部に置き代わり，第１の結果は存在物３１が流れの中で下方に動き，この流れは徐々にＥ７点で導入される流れ５０（ＱＥ）の性質と条件を持つようになる。第２の結果は，流れ５０は流れ２６と２８に加えられることである。このことはセンサ２０に対するもつと早い流速とか異なつた条件と言つた動作要求が分繊器１０に対する要求とはほとんど独立にマツチさせることができると言うことを意味する。
【００２１】
流体流量／条件マツチングサイクロン３０の他の特徴は鎮静あるいは貯蔵室としての働きである。即ち存在物３１は図１に示すように分繊器１０からセンサ２０に直接搬送される場合よりはずつと長い時間の間，装置３０内の好ましい環境の中に駐留できることになる。このような鎮静化で存在物３１は厳しい分繊工程中で集めた静電気を放電することができる。他の場合には繊維が好ましい環境の中で緩和されることは後の試験や処理を助成する。サイクロン３０中での繊維３１の鎮静化は出口３６と３８の流量制御手段を用いて流れ２６と２８を止めることで達成される。
【００２２】
この部分の記述を結論すると，流体流量／条件マツチングサイクロン３０から得られる主要な点は次のようになると思われる。
１）流量のマツチング：流れ１２は分繊器１０にマツチされ，流れ２６と２８はセンサ２０と２０′の最適性能にマツチされる。
２）流れ条件のマツチング：流れ１２の条件は分繊器１０にマツチされ，一方流れ２６と２８の条件はセンサ２０と２０′にマツチされる。
３）流れ２６と２８を０に減らすことによつて，装置３０中で繊維３１を鎮静化し緩和すること。
そしてどれでも，あるいは３つの全部でも使うことができる。
【００２３】
再び図１を参照して，センサ２０は存在物３１が電気的−光学的に感知されるために適切な位置で提示されるようノズル２１を含んでいる。この点に関しては特許出願第０７／４９３９６１号１９９０年３月１４日出願にもつと詳細に記載されている。センサ２０の中では平行光源２３はノズル２１の開口３３に向けて光ビーム２９を放射し感知空間１１６中の繊維３１を照射する。２つの減光センサ２５ａと２５ｂが光にさらされていて存在物３１で減少した光に対応する信号ＶＥ１とＶＥ２を生じる。集光検出システム２７は存在物３１で前方散乱角約４０゜を通して散乱された光を感知するよう配置されていて散乱信号ＶＳを生じる。
【００２４】
図３，４を参照し，ノズル２１の機能の１つは存在物，繊維３１のループを解くことである。図３はノズル２１の正面図，図４は後面図を示す。図３に示すように前面は図１に示す光ビーム２９に対向している。ノズル２１は入口セクシヨン６０を含み，これは中央セクシヨン６２，次いで出口セクシヨン６４と結合されている。入口セクシヨン６０は円筒型入口穴６６を含み，これはテーパーのついた円錐路６８への導入部をなし，円錐ｆ６８はそのまま続いて入口セクシヨン６０中を抜け中央セクシヨン６２の光学開口部７０に至る。開口部７０は入口開口７１，出口開口７２及びその間のテーパのついた通過路を含んでいる。僅かに傾斜した通路７４が光学的開口７０から中央セクシヨン６２と出口セクシヨン６４を通り円筒出口穴７６へ至る。入口，出口円筒穴は内径１／２インチパイプへの結合のためで，パイプ内径から傾斜路の内径への移行はスムーズになつている。
【００２５】
次に図５を参照し，ここには図３の５−５線の断面で示したノズル２１の詳細な断面図が示されている。ここで３セクシヨンからなるノズル２１は長さＡ＝８，７７５インチの１つの連続したノズル２１を作つていることが判る。図５にはセクシヨン６０，６２，６４の記載は図を明瞭にするため省略してあり，ノズルは物理的にはセクシヨンに分離する必要はないことを理解されたい。
【００２６】
図５に最もよく示されているが，入口穴６６は長さＢが０．２５インチで傾斜のついた通路６８はそこから延び，端と端をつけた４つの傾斜のついたセクシヨン７８，８０，８２，８４の順で配列したものから構成されている。セクシヨン７８は入口穴６６の端から内側へ距離Ｃの１．５００インチ延びている。セクシヨン８０はセクシヨン７８からノズル中へ距離Ｄだけ約２．２１５インチ延びている。セクシヨン８２はセクシヨン８０からノズル中へ距離Ｅだけ約０．７５０インチ延びている。更にセクシヨン８４はセクシヨン８２から距離Ｆだけ約１．５３５インチ延び，ノズル量小断面８６で終わる。最小断面の直径は０．１１０インチである。このように傾斜つきのセクシヨンＣ，Ｄ，Ｅ，Ｆで全長６インチとなる。
【００２７】
セクシヨン７８のテーパの半角は５゜で，セクシヨン８０は３゜，セクシヨン８２は１．１８゜，セクシヨン８４は１．１２゜である。ノズル２１の外径はこの実施例でＪは０．７５０インチである。入口穴６６の直径Ｋは０．６２５インチで，セクシヨン６８の最大内径Ｌは０．５００インチである。セクシヨン８４の量小内径は０．１１０２インチである。光学的開口７０の距離は図６に示すように０．１２５インチである。
【００２８】
テーパ付きの通路７４は２つのセクシヨンよりなる。セクシヨン８８は長さＤが０．３００インチでテーパはなく（即ち真直ぐなセクシヨン）で直径は０．２１６インチ，セクシヨン９０は長さＨが１．８５０インチでテーパは３゜である。セクシヨン９０は０．２１６インチから０．３０５インチまでテーパがつき，ここでセクシヨン７４は出口穴７６で終わる。出口穴７６は長さＩが０．２５０インチで径Ｋは０．６２５インチである。
【００２９】
依然図５を参照し，入力ノズル２１のテーパつきセクシヨン６８は従来のＡＦＩＳ装置に使われているノズルより長いことが判る。以前のＡＦＩＳノズルの１つ（ＡＦＩＳ０ノズル）はテーパつき入力，即ち加速セクシヨンが長さ２．８９１インチでテーパは３゜であり，直径０．１８８インチの出口開口で終わつていた。後のＡＦＩＳノズル（ＡＦＩＳ１ノズル）は本発明の前のもので，テーパつきの前面加速セクシヨンを持ち，その長さは２．８００インチで，入口部のテーパは１．０５０インチの間５゜，第２のテーパは０．７５０インチの間３゜で，第３のテーパは０．５００インチの間１．６゜，そして最後のテーパは０．５００インチの間０．８゜で，直径０．１９１インチの出口開口で終わつていた。実験ノズル（１５゜ノズルと呼ぶ）は前記の論文に従つて作られたもので，長さ０．７９９インチ，テーパ１５゜で，直径０．１１０インチの円形開口で終わつている。（ここで注記しておくことは，上記論文は実際にはＡＦＩＳノズルに関係なく，従つてこの実験ノズルは論文の教えるところによつて，これをＡＦＩＳタイプのノズルに適用できるか否かを発明者が試みたものであると言うことである。）論文は従来のＡＦＩＳノズルを改造することによつてループ解除特性が向上するだろうことを暗示した，即ちそのテーパはもつと大きく，このため単位長さ当りの加速が増大し，ノズルのループ解除特性が改善されると信じられていた。論文の目的はループのない繊維を測定のためではなく，ロータ紡績のために提供しようと言うものであつた。テーパを増すためにはテーパ長を減らさねばならない。しかし全くこれとは逆が真であることが判つた。ＡＦＩＳ形の環境でノズルのループ解除特性を増すためには，ノズルの長さを増し全体のテーパを減少しなければならないことが判つた。図５に示したノズルは我々の適用には最良のノズルであるものを示し，そのループ解除特性は表１に示した。この表にはノズル２１（表ではＱＴ３Ａ−１）と従来のＡＦＩＳノズル（表ではＡＦＩＳ０とＡＦＩＳ１），論文の教えにしたがつて設計したノズル（表では１５゜ノズル）の各ノズルと比較が示されている。ＡＦＩＳ０とＡＦＩＳ１ノズルは２ピースノズルで，ＱＴ３Ａ−１と１５゜ノズルは１ピースノズルである。１ピースノズルは機械的に堅ろうで整合が容易であると言う利点がある。
【００３０】
表１は各ノズルに１００％ループした状態の繊維，１００％真直ぐな状態の繊維を供給したときのループ解除特性を示したものである。もちろん両状態とも通常のＡＦＩＳ装置の運転状態を示すものではなく，通常繊維は色々な状態，ループ状，一部ループ状，真直ぐな状態などでノズルに与えられる。しかし上記の表に示された実験データは本発明によるノズル２１で達成されたループ解除特性が著しく改善されたことを示している。
【００３１】
表１において，第１欄″ノズル識別″は試験した４種のノズルを識別するもので，各列の情報は第１欄で識別されたノズルで得られたものである。第２欄は各ノズルに落とされた５０本の繊維の落下状態を示し，この状態は真直ぐかループしているかである。第３欄はセンサを通過する空気流量立方フイート／分であり，第４欄は気体がノズルの加速セクシヨンを出るときの気体速度ｍ／ｓｅｃである。第４欄の速度は測定によるものではなく計算されたものである。
【表１】
第５，６欄は繊維がノズルの加速部分を出るときの５０本の繊維の平均速度である。第５欄は繊維先端が試験領域に入つて来るときの速度で，第６欄は繊維の後端が試験領域を出て行くときの速度である。第７欄は各ノズルに真直ぐな状態で落とされた５０本の繊維の平均速度である。平均繊維速度は５０本の繊維の平均速度を測定し，その５０測定を平均して求めた。各繊維の平均繊維速度は繊維がセンサを通過するときの時間を求め，繊維の長さ（３８．１ｍｍ）を測定した時間で割つたものである。第８欄は５０本の繊維の長さの測定値の平均で，第９欄は５０繊維の測定長さの平均値を正規化したものである。第９欄は第８欄の数値に修正因子を乗じて求め，修正因子は３８．１を真直ぐな状態で落とした繊維の測定長さの平均値で除したものである。例えばノズル″ＱＴ３Ａ−１″の修正因子は３８．１／４１．１。同様にノズル″ＳＦＩＳ１″の修正因子は３８．１／３８．９である。最後に第１０欄はループ状で落とした繊維の平均長さと真直ぐな状態で落とした繊維の平均長さとの比である。例えばＱＴ３Ａ−１の場合は，ループ状で落とした繊維の平均長さは３５．６で，真直ぐな状態で落とした繊維の平均長さは４１．１であつた。従つて第１０欄の比は３５．６／４１．１で８６％である。
【００３３】
表１を参照して，第１にノズルは全て第１欄に示すようにノズル出口の気体速度が１００ｍ／ｓｅｃで運転されていることに気がつく。この気体速度は必ずしも全部のノズルに対して理想的な運転条件にはないが，最適に近く，比較の目的には偏りを生じない条件を与える。第８欄″分布の平均長さ″を見ると，真直ぐな状態で落とした繊維の長さ測定は色々なノズルで測定されたとき色々に変化している。この変動は繊維がノズルを出るときの速度，繊維に掛かる力がノズル間で変わることに原因し，一には較正で修正できるものである。しかしこの較正を行つても，真直ぐな状態で落とした繊維で測定した平均長さと，ループ状で落とした繊維で測定した平均長さとの比を示す最後の欄の中の数値には影響しない。もし真直ぐな状態で落とした繊維がノズルを真直ぐに通過し，ループ状で落とした繊維の１００％がすべてループ状でノズルを通過するとすると，この欄の比は５０％となり，１００％ループした繊維は真直ぐな繊維の５０％の長さをもつと言うことを意味する。従つてＱＴ３Ａ−１のループ除去効果（８６−５０＝３６％）は他のノズルのそれ（６６−５５＝１６％；５９−５０＝９％；７０−５０＝２０％）のほとんど２倍と見なされ，全てのノズルの条件が理想化されたら，本発明のノズルによつて，もつと大きなループ解除の利点さえが達成される。
【００３４】
表１に示したデータは図１６〜１９にグラフで示され，ノズル２１（ＱＴ３Ａ−１）のループ解除における優れた性質は明らかである。図１６Ａはノズルの入力に手で真直ぐな状態で落とした５０本の繊維の長さの平均値と分布を示す。各測定された繊維はデイジタルオシロスコープの電気的波形を観祭して確認されている。これらの測定された長さに分布があるという事実は，測定システム中の雑音又は不確かさによるものである。このことから，１００％ループ状で落とされた繊維の長さ測定がこの分布中（平均±２×標準偏差）に落ちるなら，この繊維は真直ぐなものと定義する。今の目的に測定された長さが，真直ぐな状態でノズル中に落としたＮ本の繊維の測定された長さの平均値から標準偏差の２倍以内の範囲に入るときは，その繊維はループが解除されたものと見なす。ここでＮは好ましくは５０であるが，繊維のタイプや長さ又は作動条件などで変化する。図１６ＡとＢはノズル２１（ＱＴ３Ａ−１）を用いたときの，それぞれ真直ぐな状態で落とした繊維の測定した長さと，１００％ループ状で落とした繊維の測定した長さとを示す。真直ぐな状態で落とした繊維の測定した長さの平均は４１．２ｍｍで，その標準偏差は３．２であつた。かくてループを解除された繊維は測定長さ３４．８から４７．６ｍｍの間にあり，図１６Ｂに示された多くの繊維が点線の範囲２００で示されているようにループを解除されたものと見なされる。
【００３５】
図１７ＡとＢはＡＦＩＳ１ノズルを用いたときの，それぞれ真直ぐな状態で落とした繊維の測定した長さと，１００％ループ状で落とした繊維の測定した長さとを示す。点線の範囲２０２で示されているように，１００％ループ状で落とした繊維の内の僅かがループ解除されていて，即ち３４．９と４２．９の間の長さを持ち，真直ぐな状態で落とした繊維の測定した長さの平均は３８．９で標準偏差は２．０であつた。同様に図１８ＡとＢを参照すると，ＡＦＩＳ０ノズルでは点線の範囲２０４で示されているように僅かのループ解除繊維しか生じていないし，また図１９ＡとＢを参照すると，点線の範囲２０６で示されているように，１５゜ノズルではＡＦＩＳ０やＡＦＩＳ１ノズルよりももつと多くのループ解除繊維を生じているが，１５゜ノズルでのループ解除された繊維の数はまだノズル２１でループ解除された繊維の数よりは本質的に少ない。更に図１６ＡとＢと，図１９ＡとＢとを較べて見ると，ノズル２１ではループ状，直線状で落とされた繊維両者に対して似たような測定長分布を示しているが，１５゜ノズルではそうはなつていな。この事実はノズル２１がループ解除には優れた所に達していることを示すものである。
【００３６】
ノズル２１は繊維長１．５インチの１．５デニールポリエステル繊維を最適化流量１．３ＣＦＭで搬送したときループ解除に最良のノズルであることが示されているが，ノズル２１の長さ，テーパ量，テーパの幾何学的構造と最適流量は特定の適用と条件で変わり得るものと理解すべきであろう。しかし我々の実験データに基づいて，長さ３インチ以上，テーパ３゜以内，のノズルは従来のＡＦＩＳノズルに較べて改善されたループ解除特性を持つ。
【００３７】
図６，７，８はそれぞれ，図５に示した線６−６と７−７と図３の線の８−８の断面に相当する断面図である。図７は光学的開口７０の後面図，図６は開口７０の前面図である。図８はノズル２１の出口セクシヨン６４の端面を示す。
【００３８】
ノズル２１は著しく改善されたループ解除特性を提供するが，データ収集において電子的に繊維３１のループ解除を行うことによつて，更なる改善を達成することができる。本発明において，好ましくはデイジタル信号処理回路（ＤＳＰ）を有するコンピユータ１１４で，以下に述ベる方法によつて，ループ繊維で生じる波形を電子的にループ解除し，次いで繊維長のような繊維特性を求める。
【００３９】
再び図１を参照して，存在物３１（繊維３１）が減光検出器２５Ａと２５Ｂの前を移動するとき，それぞれ信号が生じ，これは図１でＶＥ１とＶＥ２で指定した。ＶＥ１とＶＥ２の波形はそれぞれ図９の波形１００と１０２で示されている図９で波形１００と１０２の縦軸は電圧を表し，横軸は時間を表す。センサ２５Ａと２５Ｂは光の減少を感知するので，ＶＥ１とＶＥ２は実際はセンサ２５Ａと２５Ｂが受けた光の量の減少を測定している。
【００４０】
図９を参照して波形１０２は時間的に波形１００よりも遅れているが，その他は波形１００と等価である。図１に示したセンサ２５Ａと２５Ｂの位置を考えてこの時間遅れは予想できる。繊維又は存在物の現れたことはコンピユータ１１４で波形１００上の点１０４で，波形１０２では点１０６で検出される。これらの点は波形１００と１０２を閾値と比較することによつて（これは従来のＡＦＩＳで行われている）求められるか，あるいは２つの波形の傾斜を監視していて，予め定めた量を越える波形の傾斜に基づいて点１０４と１０６を選択するような他の技術で求められる。同様に波形１００と１０２の終端は点１０８と１１０で検出される。ここでも波形の終端は波形が閾電圧より下がつた時又は波形の傾斜を監視すると言つた適当な手段で検出できる。
【００４１】
波形が１度検出されると，ループした加速された繊維３１の正しい長さを決定する方法は２つのステツプで行われる。先ずコンピユータは繊維３１の加速に対して補償を行い，一様な速度を持つ（加速の無い），補償された波形を生じる。第２にコンピユータは補償された波形をループ解除し，ループの無い繊維３１としての実際の長さを求める。この処理はＤＳＰチツプを用いてデイジタル信号処理によつてコンピユータのコントロールプロセツサからは別の所で実行されるのが好ましい。
【００４２】
繊維の加速を補償するには，先ず波形１００をＮ個の等時間切片に分けて行われ，ここにＮは各切片が同じ数のサンプル，即ちデータを持つようにした切片の総数に等しくする。（図９参照）提示した実施例では波形ＶＥ１とＶＥ２はＡ／Ｃコンバータ１１２でサンプリングされ，サンプルとしてコンピユータ１１４に入力される。サンプリングは一様な時間間隔で行われるので，サンプル数は波形の持続時間に直接比例する。かくて時間はサンプル数と等価と見なされる。実施例においては，ＩＢＭコンパーチブルＰＣコンピユータをここに述べるループ解除法を実行するようプログラムしたが，他の計算用ハードウエアも使うことができ，またこの方法は手で実行することもできる。
【００４３】
次に各切片の波形１００（ＶＥ１）から波形１０２（ＶＥ２）への遅れ時間を求める。もしこの遅れ時間をセンサ２５ａと２５ｂの間で有効端−端検出器間隔（好ましくは約１ｍｍ）に分割すれば，各切片の速度ＶＥＬ（ｎ）が得られる。ここでｎは切片数である。繊維３１がゆつくり走つている時の切片は実際の繊維３１の部分で言えば，繊維３１が早く走つている時の切片よりも小さいことになる。加速の修正は最も早い切片の速度と比較した遅い切片の速度を基にして，遅い切片中のデータ点即ちサンプルの数を減らし，各切片の時間をスケーリングする（合わせて変化させる）ことよりなる。換言すれば，特定の遅い切片中のサンプル数は遅い切片速度を最高速の切片速度で除した比の割合で減少する。かかる減少の後，各切片の時間は最速（最後）の切片と等しい速度でその切片に対する実際の繊維部分の長さに比例するようになる。修正された繊維時間ＴＦＣは全体の長さにわたつて量高の速度で移動する繊維の実際の長さに比例する。
【００４４】
加速補償された繊維の波形が得られたら，ループ解除が本発明の実施例の１つによつて次のように行われる。即ちループしていない部分の平均直径を識別し，加速を補償された波形の全面積をこのループしていない部分の平均直径で割つて求める。得られる結果はループしていない補償された繊維時間ＴＦＣＵで，これは最速（最後）の切片の速度で移動するループのない繊維の長さに比例する。長さはループの補償された繊維時間ＴＦＣＵに繊維波形の最速（最後）の切片の速度を乗じて求められる。
【００４５】
上に説明した方法の１つの形は図９〜１４も参照して良く理解できる。図９はセンサ２５ａと２５ｂからの２つの減光波形を示したものである。ＶＥ２はＶＥ１から，センサ２５ａと２５ｂ間の有効間隔（約１ｍｍ）に比例し，繊維３１の速度に逆比例した時間だけ遅れている。波形１００（ＶＥ１）は幅ＴＷのＮ個の切片に分割されている。
【００４６】
図１０はＶＥ１の各切片と，これに対応する波形ＶＥ２の交差相関をプロツトしたものである。交差相関のビークが最初の切片のＶＥ１とＶＥ２間の時間遅れＴＢからＮ番目（最後）の切片の時間遅れＴＥまで移つて行く様子に注目されたい。ここにＴＢは繊維３１の初め（先端）の所での波形１００と１０２間の時間遅れ，ＴＥは繊維３１の最後（後端）の所での時間遅れである。繊維３１が感知空間１１６（第１図）に入つて来る時は，これを出る時よりも遅い速度で移動するよう設計されているので，ＴＢはＴＥよりも大きい。各切片のピークの遅れ時間ＴＤＰＫ（ｎ）を，繊維時間に関連した切片の位置ＴＲ（ｎ）に対してプロツトすると，このプロツトは繊維が感知空間に入つたときから感知空間を出るときまで如何に加速されるかを示す（図１２）。
【００４７】
各切片の速度はセンサ２５ａと２５ｂ間の有効間隔をその切片の遅れ時間で除して求められる。切片速度を繊維時間に関連させた繊維の位置に対してプロツトすると繊維全体の速度の移り変わりの様子が判り，これを図１１に示した。速度修正は各切片中のデータ点の数ｎを比ＴＤＰＫ（Ｎ）／ＴＤＰＫ（ｎ）だけ減ずることによつて得られ，ここにＴＤＰＫ（Ｎ）は最速（最後）の切片の遅れ時間，ＴＤＰＫ（ｎ）はｎ番目の切片の遅れ時間で最後の切片Ｎに先行する全ての切片に適用される。〔ＴＤＰＫ（Ｎ）／ＴＤＰＫ（ｎ）はＶＥＬ（ｎ）／ＶＥＬ（Ｎ）に等しく，ここでＶＥＬ（ｎ）はｎ番目の切片の速度，ＶＥＬ（Ｎ）はＮ番目，即ち最後の最速の切片の速度である。〕各切片のデータ点の数は時間の測度であり，時間と等価なものと考えてよいと言うことを想起されたい。離れたデータ点は切片を通して等間隔とする。その結果の配列は切片Ｎと等しい一定速度で移動する繊維波形ＶＥ１を記述するもので，これを図１３に示した。
【００４８】
更に言及しておかねばならないことは，本方法の２つの限界の場合についてである。切片数が２に等しいときは，この方法は２つの元の波形の立上がり端の間の遅れ時間（ＴＢ）と２つの波形の立下がりの間の遅れ時間（ＴＥ）を求める方法とほば同じである。この湯合は，速度プロフイールについての追加情報は得られず，ＴＢとＴＥの固定値が得られるだけである。切片数が増加するにつれて，交差相関にピークを生じる波形上の目立つた特徴の数は減少する。このように内部切片に対する交差相関のピークは小さくなり，識別しにくくなる。この結果，速度プロフイール曲線は最初の切片（ＴＢ）と最後の切片（ＴＥ）の間の雑音が著しく多いものとなつてしまう。ここで述べる方法は切片の最適数を決めるために，速度プロフイール中の雑音のＣＶ（測定された事象の％で表した標準偏差）を注目することを含んでいる。雑音のためＣＶが選んだ眼界２５％が望ましい，を越えると，アルゴリズムは以前に求めた速度プロフイールを用いなければならない。
【００４９】
図１４Ａは図１４Ｂに示すように２重にループし３倍の直径部分を持つ繊維１２１で生じた加速補償波形１２０（ＶＥ１）を示す。繊維のループ解除はいくつかの方法で行われる。提案する方法は先ず，ＶＥ１サンプルの加速補償繊維波形１２０を増加する値によつて図１４Ａに示すように分類し，分類した波形１２２を作る。分類指数にしたがつて分類結果の２点の導関数を取ることによつて，繊維１２１のループを解除した直径を分離することができる。図１４Ａにおいて，波形１２４は分類波形１２２を微分したものであり，３つのピーク１２６，１２８及び１３０を持ち，これらは各々３つの切片Ａ，Ｂ，Ｃの姶まりを示すものである。波形１２４の最大値を求め，閾値を最大値の分数の点（好ましくは０．６）に設定し，この閾値を越える切片の位置を求めることでピーク位置は見出される。波形１２２の切片Ａの垂直高さはループ解除された繊維の直径を表す。図１４Ａに示されるように，この直径をＶＡＶＧ（ＳＥＧ．Ａ）と定義する。このループ解除部分の直径は微分波形１２４の第１ピーク１２６と第２ピーク１２８の間の波形１２２のサンプル値の平均をとつて求められる。繊維１２１のループ解除状態の加速補償繊維時間（ＴＦＣＵ）は波形下の面積をルーゴ解除部分の直径ＶＡＶＧ（ＳＥＧ．Ａ）で除して求めることができる。次いで繊維長は上で求めた繊維１２１の最速（最後）の切片の速度に修正繊維時間ＴＦＣＵを乗じて求められる。更に微分波形１２４の第１のピークの後にあるピークの数はその繊維中のループの数を示す。完全なループの状態はループした部分の値の平均がループ解除された部分の直径の２倍，３倍・・・あるかによつて，２重ループ，３重ループ・・・などと評価することによつて検定される。
【００５０】
ループ解除した繊維のＴＦＣＵを求める他の方法は微分波形の最初の２つのピーク間の時間（サンプル数）と，第２，第３のピーク間（切片Ｂ）の時間の２倍，及び第３，第４のピーク間（切片Ｃ）の時間の３倍などを加算することによつて求める。繊維長さはこの値をＴＦＣＵとして用いて上に説明したようにして求められる。
【００５１】
図１５ＡとＢは上に述べたプログラムの部分と切片数（Ｎ）をどのようにして求めるかを含んだプログラムの流れ図を示す。
【００５２】
ステツプ１３８から姶めるため，２つの波形ＶＥ１とＶＥ２の均一な時間間隔を持つたサンプルを先ず繊維を代表するものとして識別し，２つの異なつた配列ＶＥ１，ＶＥ２にストアする。一般に１つの波形は外見比（長さ／直径）が約３以上からこの場合では約１０以上である時，もし波形時間（ＴＦ）を平均振幅で割つた値が１．６マイクロｓｅｃ／ボルト以上の時，繊維のものと識別される。繊維を識別する過程はより詳細に特許出願第０７／９６２８９８号明細書「自動供給された単一の繊維試料の多重特性を試験するための方法と装置」に記載されている。次にステツプ１４０で変数ｎは２に設定される。次にステツプ１４２でＶＥ１配例はｎ個の等しい切片に分けられる。ステツプ１４４でＶＥ１切片の各々と全ＶＥ２配列の交差相関が実行される。ＶＥ１の各切片の交差相関におけるピークの位置が求まり，″ＮＥＷ″配例にストアされる。この配例は切片間遅れ関数ＴＤＰＫ（ｎ）である。ステツプ１４８で変数ｎは２と比較される。もしｎが２より大きいと，ヅログラムはステツプ１５０に進む。ｎが２に等しいか又は小さいとステツプ１５４に移る。最初の通過の時はｎ＝２なのでプログラムはステツプ１５４に進む。ステツプ１５４では″ＮＥＷ″配列は臨時に″ＯＬＤ″配例の所に移る。ステツプ１５６でｎは２倍されプログラムは再びステツプ１４２へ戻る。ステツプ１４８でｎが２以上であつたときは″ＮＥＷ″配列の遅れ関数ＴＤＰＫ（ｎ）の導関数がステツプ１５０で求められる。導関数の値の標準偏差と変動係数（ＣＶ＝１００×標準偏差／平均値）も求められる。このＣＶはステツプ１４６で得られた遅れ関数の質を決めるのに用いられる。ステツプ１５２でＣＶは予め定めた限界Ｘと比較される。この実施例においてはＸは２５％である。もしＣＶがＸより小さいか等しいと，プログラムはステツプ１５４に進み，″ＮＥＷ″配列は″ＯＬＤ″配例としてストアされプログラムはステツプ１５６を繰返し，ステツプ１４２に戻る。もしＣＶがＸより大きいと，プログラムはステツプ１５８に進む。ここで前に求めたＸより小さい導関数ＣＶを与えた遅れ関数の結果（″ＯＬＤ″配列）が復活する。ステツプ１６０でＶＥ１の各切片中のサンプル数が前に述べたように，ＶＥ１中の最速（最後）の切片の速度に対するその切片の速度に比例して減少される。
【００５３】
更に２，３のコメントを加えることによつて，上に述べたコンピユータプログラムの流れ図の部分をより良く理解できるであろう。プログラムの目的は繊維の加速の影響を補償し，繊維が最高速の切片と同じ一定の速度で移動するのと等価な繊維波形を作るためである。これは僅かに２つの切片に波形を分けることから姶まる。各切片には色々な特徴があり，その内ＶＥ２中に対応する特徴とよい相関を持つものが多くあるので，これら２切片は優れた交差相関を生じるだろう。しかし加速又は速度プロフイールを定義するのに僅か２つのデータ点しかないので，加速に対するＶＥ１波形を補償する能力には限界がある。従つてできるだけ切片数を増やすことが望ましい。切片数が増大すると，各切片に存在する特徴の数は減り，従つてＶＥ１切片とＶＥ２との間の遅れを定義するための交差相関中のピークも減少する。使用できる最大の切片数を検出するための方法は遅れ時間関数中の”雑音“に注目するものである。これは遅れ時間関数の導関数を取つてこの導関数のＣＶを求めて行われる。ＣＶが希望する限界Ｘを越えると，プログラムは使用できる切片数を越えたものとする。そこで以前の決定に戻りその結果を用いる。Ｘに用いる値は適用によつて変化する。綿はその長さに沿つて多くの目立つ待徴を持つているが，一方クリンプのないポリエステルやナイロンでは目立つ特徴はきわめて少ない。従つてクリンプのないポリエステルやナイロンに較べて綿ではより短い切片が用いられる。更に顧客の要求はＸの値に影響を及ばす。Ｘの値を小さくすると，繊維長の決定はより正確となるが，必要な計算を完了するのに要する時間は長くなつてしまう。
【００５４】
図１５Ｂに示した流れ図の残りの部分は，上記の方法の説明から直接引続いたものである。ステツプ１６２に示すように，ＶＥ１の各切片はピークの相関遅れ時間ＴＤＰＫ（ｎ）を見出すためにＶＥ２と交差相関を取り，そしてステツプ１６４に示すように，各切片中のサンプル数は比ＴＤＰＫ（Ｎ）÷ＴＤＰＫ（ｎ）で減らされる。これにより図１４Ａに示す加速補償波形が得られる。ステツプ１６６で補慣された波形は各サンプルの電圧量にしたがつて分類され，分類補償された波形を生じる。この波形は図１４Ａの中段に示したものである。ステツプ１６８に示すように，分類補償波形の導関数を求めて導関波形が求められ，導関数波形１２４の主要ピークの位置が求められて分類補償波形に戻つて関係ずけられる。ステツプ１７２に示されるように，導関数彼形中に現れたピーク１２６，１２８，１３０に従つて波形１２２の各切片は配置される。色々な切片が単繊維に対応するか，２重の繊維切片に対応するか，あるいは３重の繊維切片に対応するかなどを検証するため，切片Ａの大きさで切片Ｂ，Ｃ等の大きさを割り，商は±０．５の範囲で切片Ｂに対しては２，切片Ｃに対しては３などとなつていなければならない。もしある切片がこの基準に合わないときは，プログラムはステツプ１７４に進みデータを捨て，プログラムは初めに戻つて新しいデータの処理を始める。
【００５５】
１重，２重，３重などの繊維と言つた基準に合うと，プログラムはステツプ１７６に進み，ここで前述のように２つの方法の内の１つで繊維長が求められる。次いでステツプ１７８に示すようにプログラムは初めに戻つて新しいデータの処理を始める。
【００５６】
以上の記述から，本発明は個々の繊維の測定の″ループ解除″に対する有効な方法と装置を提供することが判る。参照した実施例は例として示したものであるが，本発明はその範囲を逸脱することなく，多くの再配置，改造，変更などを行うことが可能であることが理解されよう。物理的にループを解く場合は繊維はそのための作用を受けなけれはならないが，電子的にこれを行う場合はループになつた繊維のデータを操作することによつて，データを加速に対して適切に補償し，ループ条件を補償して繊維特性を正確に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による１実施例として繊維を個々に分離し感知するための装置の全体図である。
【図２】本発明により分繊器と繊維センサとの間に挿入された空気流マツチング用サイクロンの，Ａは平面図，Ｂは側面図である。
【図３】本発明において使われ，感知のためそして少なくとも一部はループを解除するためのノズルの正面図である。
【図４】図３に示したノズルの背面図である。
【図５】図３のノズルの５−５線断面図である。
【図６】図５の線６−６から見た光学的窓の正面図である。
【図７】図５の線７−７から見た光学的窓の背面図である。
【図８】図３の線８−８から見たセンサの図である。
【図９】２つの光学的検出器で生じた２つの電圧信号ＶＥ１とＶＥ２を水平軸上の時間に対して表したグラフである。
【図１０】水平軸の時間に対してプロツトしたＶＥ１切片と，これに対応して各ＶＥ１切片と全ＶＥ２信号との交差相関を水平軸に遅れ時間を付けて示した図である。
【図１１】ＶＥ２に対してＶＥ１の各切片の交差相関のピークの時間遅れを示すグラフで，切片の時間的位置は水平軸の寸法で示し，ピークの時間遅れは垂直軸の寸法で示した図である。
【図１２】ＶＥ１の各切片で表した速度のグラフで，速度は垂直軸上に，切片の位置は水平軸上に取つてある。
【図１３】元のＶＥ１信号とその加速修正信号とを比較したグラフである。
【図１４】Ａは仮想の検出器信号ＶＥ１（上）と，信号の大きさに関して分類したＶＥ１サンプルを表す分類した波形（中）及び分類されたＶＥ１の１次微分を表す導関数波形（下）とを比較したグラフ，ＢはＡの波形から作つたループ繊稚を表す図である。
【図１５】Ａは本発明に用いられたプログラムの１実施例を示す流図，Ｂは本発明に用いられたプログラムの別の実施例を示す流れ図である。
【図１６】Ａは５０本の繊維を手で真直ぐな状態で本発明のノズル中においたとき測定された長さの頻度分布図，ＢはＡに示したものと同様に，１００％ループのある状態で手で繊維を本発明のノズル中に落としたときの５０本の繊維の測定された長さの頻度分布図である。
【図１７】Ａは図１６Ａと，Ｂは図１６Ｂと同様にＡＦＩＳ１のノズル中に手で真直ぐな状態と１００％ループした状態で落とした時の頻度分布図である。
【図１８】Ａは図１６Ａと，Ｂは図１６Ｂと同様にＡＦＩＳ０のノズルに対する図である。
【図１９】Ａは図１６Ａと，Ｂは図１６Ｂと同様に１５゜ノズルに対する図である。
【符号の説明】
１０ 存在物分繊器
１２ 入力流れ
２１ ノズル
２２ 流れ
２３ 平行光源
２５ａ，２５ｂ 減光センサ
２７ 集光検出システム
２９ 光ビーム
３１ 存在物
１１２ Ａ／Ｄコンバータ
１１４ コンピユータ
１１６ 感知空間
Claims (15)
- 空気の流れの中の存在物を受取り、予め定めた希望する特性を持つ第２の空気流中の存在物を出力するための空気流調節手段
感知空間
第２の空気流中の存在物を受取り、上記感知空間内に存在物の最初の部分をループになっていない状態で提示し、又は存在物のループになった状態の第２の部分を提示するための存在物提示手段であって、上記存在物に作用して、上記感知空間内における存在物のループになっていない状態の部分を、上記空気流調節手段の出口の第２の空気流中の存在物に較べて増大するテーパ付き加速通路を含む上記存在物提示手段
上記感知空間において存在物を感知し、感知された存在物の特性に対応するセンサ信号を生じるためのセンサ手段及び
上記センサ信号を受取って分析し、感知された存在物の特性を代表する出力を生ずるための分析手段
よりなる、空気流中に搬送される存在物の特性を感知するための装置。 - 上記空気流調節手段は、
存在物と空気流を受け、少なくとも空気流の一部から存在物を分離するための分離手段
実質的に存在物のない、少なくとも一部の空気流を出力するための第１の出力存在物をその中に含んで搬送する第２の空気流を出力するための第２の出力よりなる、請求項１に記載の装置。 - 上記空気調節手段は、
調質気体の予め定めた流れを上記分離手段に入力し、第２の空気流の希望する割合を調質した気体で較正するための調質気体入口
よりなる、請求項１に記載の装置。 - 上記空気調節手段は、
サイクロン分離室
上記サイクロン分離室に入口を持ち、上記室中に空気渦流を生じるよう配置され、空気流から存在物を分離するための第１入口
実質的に存在物を含まぬ少なくとも一部の空気流を出力する第１の出口存在物を搬送する第２の空気流を出力する第２の出口
よりなる、請求項１に記載の装置。 - 感知空間
空気流中の存在物を受取り、上記空気流と存在物を加速し、存在物を上記感知空間に提示するためのノズルであって、約３インチより大きい長さ及び約３°より小さいテーパを持つノズル
上記感知空間中で存在物を感知し、感知された存在物の特性に対応するセンサ信号を生じるためのセンサ手段
上記センサ信号を受け、分析し、感知された存在物の特性を表す出力を生じるための分析手段
よりなる、長さと幅を持ち、空気流中に搬送されていて、少なくともその一部がその長さにそって折返されてループ状態となった、伸ばされた存在物の特性を感知するための装置。 - 感知空間
空気流中の存在物を受取り、上記空気流と存在物を加速し、存在物を上記感知空間に提示するためのノズルであって、約３°以内のテーパの加速通路を有し、約３インチ又はそれ以上の長さを持つノズル
上記感知空間中で存在物を感知し、感知された存在物の特性に対応するセンサ信号を生じるためのセンサ手段
上記センサ信号を受け、分析し、感知された存在物の特性を表す出力を生じるための分析手段
よりなる、長さと幅を持ち、空気流中に搬送されていて、少なくともその一部がその長さに沿って折返されてループ状態となった、伸ばされた存在物の特性を感知するための装置。 - 上記ノズルは、
上記加速通路中に約６インチ離れて位置せしめられた入口と出口
上記入口から出口に向かって内側に約３°以内のテーパを持った上記通路よりなる、請求項６に記載の装置。 - 上記通路は約１．３ＣＦＭの空気流でループ解除を最適に行い、その出口に約１００ｍ／ｓｅｃの速度の空気流を生じるよう構成された、請求項６に記載の装置。
- 感知空間
存在物と空気流を受取り、存在物の一部はループになった状態で、また存在物の他の一部はループになっていない状態で上記感知空間に提示される存在物提示手段
上記感知空間中で存在物を感知し、感知された存在物の特性に対応するセンサ信号を生じるためのセンサ手段
上記センサ信号を受け、分析し、上記センサ信号に基づいてループ状の存在物の少なくとも１つの特性を求めるための分析手段
よりなる、長さと幅を持ち、空気流中に搬送されていて、少なくともその一部がその長さに沿って折返されてループ状態となった、伸ばされた存在物の特性を感知するための装置において、
上記分析手段は、更にループ状の存在物に対応するセンサ信号と、ループ状態にない存在物に対応するセンサ信号とを区別する手段を含んでいる装置。 - 上記センサ手段は、
上記感知空間を通るよう配向された光源
上記空間中で存在物により減少された光を感知する第１、第２の光学的検出器であって、上記感知空間中の空気流に関して第２光学的検出器が第１光学的検出器の下流にあるよう並んで間隔をあけて配置され、それぞれ上記感知空間における存在物の特性に対応した波形を含む第１及び第２のセンサ信号を発生するようにした第１、第２の光学的検出器
よりなりまた
上記分析手段は更に、
感知された存在物に対応した上記第１、第２のセンサ信号の第１、第２の波形の初めと終わりを識別し、第１波形の少なくとも一部を第２の波形と比較し、存在物が感知されたときの存在物の長さに沿っての速度の変化を補償した補償波形を生じ、上記補償波形に基づいて存在物の長さを求める如くした分析手段
よりなる、請求項９に記載の装置。 - 上記センサ手段は、
上記感知空間を通るよう配向された光源、
上記空間中で存在物により減少された光を感知する第１、第２の光学的検出器であって、上記感知空間中の空気流に関して第２光学的検出器が第１光学的検出器の下流にあるように並んで間隔をあけて配置され、それぞれ上記感知空間における存在物の特性に対応した波形を含む第１及び第２のセンサ信号を発生するようにした第１、第２の光学的検出器
よりなり、
上記分析手段は更に、
１つの存在物に対応する第１、第２のセンサ信号のそれぞれ第１、第２の波形を識別し、第１波形をＮ個の等しい切片に分割し、上記Ｎ切片の各々を第２波形に交差相関させてＮ個の相関を生じ、このＮ個の相関から存在物が感知された長さに沿って変化する速度を補償した第１補償波形を生じ、また補償波形に基づいて感知された存在物の長さを求めるための手段
よりなる、請求項９に記載の装置 - 上記分析手段は更に、
感知された存在物のループになっていない部分と、ループになった部分に対応する波形の持続時間を求めるため、補償された波形を分析するための手段及びその大きさで順序付けられた値の組の形で分類された波形を生じ、分類された波形の瞬時の傾斜に対応する導関数波形を生じ、導関数波形中の主要なピークの位置を求め、主要なピークの位置に基づいて感知された存在物のループになった部分、ループになっていない部分、多重ループの部分に対応した分類波形の持続時間を求めるための、補償波形を分類するための手段
よりなる、請求項９に記載の装置。 - 上記分析手段は更に、
存在物に対応した波形を識別し、存在物のループになった切片、ループになっていない切片、多重ループになった切片を識別し、識別した切片を基にして存在物のループになった切片、ループになっていない切片、多重ループになった切片の長さを求めるため、センサ信号を分析するための手段
よりなる、請求項９に記載の装置。 - 感知空間
存在物と空気流を受けた存在物を上記感知空間に提示するための存在物提示手段
上記感知空間中の存在物を感知し、感知された存在物の特性に対応するセンサ信号を生じるためのセンサ手段
よりなり
上記センサ手段は上記感知空間を通るよう配向された光源及び上記感知空間中で存在物を感知するための第１、第２の光学的検出器よりなり、上記第１、第２光学的検出器は第１、第２の空間で感知するよう位置し、上記感知空間中の空気流に関して第２の空間が第１の空間の下流にあるよう並んで間隔を開けて配置され、それぞれ上記感知空間における存在物の特性に対応した波形を含む第１及び第２のセンサ信号を発生するようにし、また
上記分析手段は更に、感知された存在物に対応する上記第１，第２センサ信号の第１，第２波形の最初と最後を識別し、第１波形の少なくとも一部を第２波形と比較し、存在物が感知されたときの存在物の変化する速度を補償した波形を生じるための手段よりなる如くした分析手段
よりなる、長さと幅を持ち空気流中を搬送される伸びた状態の存在物の特性を感知するための装置において、
上記分析手段は更に、第１波形をｎ個の等しい切片に分割し、上記ｎ切片の各々と第２波形との交差相関を求め、ｎ個の相関を求め、このｎ個の相関に基づいて存在物が感知されたときの変化する速度に対して補償された第１の補償波形を生じるための手段よりなる、装置。 - 上記分析手段はデイジタル信号処理の手段を有するコンピュータよりなる、請求項１４に記載の装置。
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