Датчик контроля нити

 

Изобретение относится к устройствам для контроля состояния движущихся нитей на текстильном оборудовании. Сущность изобретения : в датчике контроля движущихся нитей электронный блок оценки информации выполнен в виде двух пороговых устройств, двух ждущих одновибраторов, интегратора и формирователя импульсов, что позволяет производить контроль путем измерения временного интервала, при этом время выдачи сигнала о наличии нити равно или меньше, а при ее обрыве только несколько больше периода баллонирования нити. Кроме того, в состав блока оценки введены усилитель с частотно-зависимой обратной связью и ограничитель амплитуды сигнала. Это приводит к повышению помехозащищенности датчика. Повышение быстродействия и помехоустойчивости позволило использовать последовательный принцип оценки сигналов при контроле движущихся нитей путем поочередного подключения к основной схеме обработки информации чувствительных элементов с преобразователями сопротивлений с помощью электронного коммутатора и счетчика. Это к тому же значительно упростило и удешевило датчик. 3 ил.

Изобретение относится к текстильному оборудованию, а именно к устройствам для контроля состояния движущихся нитей.

Ближайшим аналогом является датчик, содержащий последовательно соединенные емкостной чувствительный элемент, преобразователь сопротивления и электронный блок оценки информации [см. патент Швейцарии N 660582, МКИ В 65 Н 63/02, 1987] Отличие предложенного устройства от известного состоит в схемном выполнении преобразователя сопротивления и электронного блока оценки информации.

Цель предлагаемого изобретения повышение чувствительности датчика, уменьшение времени контроля и повышение помехозащищенности от индустриальных помех.

Датчик контроля нити, содержащий последовательно соединенные емкостные чувствительные элементы, преобразователь сопротивления и электронный блок оценки информации, отличающийся тем, что преобразователь сопротивления содержит полевые транзисторы, электронный коммутатор, операционный повторитель, резисторы и конденсаторы, причем стоки полевых транзисторов связаны через общий резистор с источником питания, истоки полевых транзисторов связаны через резисторы нагрузок и второй общий резистор с корпусом, а через первые конденсаторы соединены со входами электронного коммутатора, которые связаны через резисторы утечки с источником напряжения смещения, выход электронного коммутатора соединен со входом операционного повторителя, выход которого через второй конденсатор соединен со стоками полевых транзисторов, через резисторы смещения связан с затворами, являющимися входами преобразователя сопротивления, а через третий конденсатор с общей точкой соединения резисторов нагрузки и второго обмера резистора, причем выход операционного повторителя является выходом преобразователя сопротивления, блок оценки информации содержит операционный усилитель, фильтр низких частот, ограничитель сигналов, первый и второй пороговые устройства, ждущие одновибраторы, счетчик номера нити, интегратор, формирователь импульсов, инвертор, причем первый вход операционного усилителя является входом блока оценки информации, а выход через фильтр низких частот соединен со вторым входом операционного усилителя, вход ограничителя сигналов подключен к выходу операционного усилителя, а выход соединен с одним из входов первого порогового устройства, второй вход которого связан с источником опорного напряжения, выход первого порогового устройства соединен с одним из входов первого ждущего одновибратора, выход которого соединен с входом счетчика номера нити и входом интегратора, а также является стробирующим выходом датчика, выходы счетчика номера нити соединены с управляющими входами электронного коммутатора и соединены также с выходами информации о номере контролируемой нити датчика, при этом выход интегратора соединен с одним из входов второго порогового устройства, второй вход которого связан с источником опорного напряжения, выход второго порогового устройства соединен с входом второго ждущего одновибратора, один из выходов которого соединен с входом формирователя импульсов, выход которого соединен со вторым входом первого ждущего одновибратора, второй выход второго ждущего одновибратора соединен с входом инвертора, выход которого является выходом датчика, несущего информацию об обрыве контролируемых нитей.

Устройство датчика поясняется чертежами, на которых изображены: на фиг.1 структурная схема преобразователя сопротивления; на фиг.2 структурная схема блока оценки информации; на фиг.3 временные диаграммы, поясняющие работу элементов схемы датчика.

Датчик предназначен для контроля нескольких нитей 1 и содержит (см. фиг. 1.2) емкостные чувствительные элементы 2, устанавливаемые на фиксированных расстояниях от контролируемых нитей и соединенные с затворами полевых транзисторов 3, истоки которых через конденсаторы 1 соединены с входами электронного коммутатора 5, выход которого соединен со входами операционного повторителя 6, выход которого соединен через первый конденсатор 7 со стоками, через второй конденсатор 8 с истоками и непосредственно с затворами полевых транзисторов 3, образуя следящую обратную связь, выход операционного повторителя 6 является также выходом преобразователя сопротивлений 9, который соединен с одним из входов операционного усилителя 10, выход которого соединен через фильтр низких частот 11 со вторым входом операционного усилителя 10, образуя отрицательную обратную связь, выход операционного усилителя 10 соединен также со входом ограничителя сигналов 12, выход которого соединен с одним из входов первого порогового устройства 13, на второй вход которого подается опорное напряжение Unop1, а выход которого соединен с одним из входов первого ждущего одновибратора 14, выход которого соединен с входом счетчика номера нити 15 и входом сброса интегратора 16, и является также стробирующим выходом датчика, выходы счетчика номера нити 15 соединены с управляющими входами электронного коммутатора 5 и являются также выходами информации о номере контролируемой нити датчика, при этом выход интегратора 16 соединен с одним из входов порогового устройства 17, на второй вход которого подается опорное напряжение Uпор2, а выход которого соединен с входом второго ждущего одновибратора 18, один из выходов которого соединен с входом формирователя импульсов 19, выход которого соединен со вторым входом первого ждущего одновибратора 14, второй выход второго ждущего одновибратора 18 соединен с входом инвертора 20, выход которого является выходом информации об обрыве нити. Схема датчика содержит также резисторы 21,22,23,24,25, являющиеся элементами преобразователя сопротивления 9.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. При движении каждой из контролируемых нитей 1 вблизи чувствительного элемента 2 на выходах полевых транзисторов 3 появляется переменное напряжение, обусловленное изменением емкости чувствительного элемента пропорционально неоднородности нитей, амплитуде и частоте их баллонирования. Работа схемы поясняется временными диаграммами, изображенными на фиг.3. Сигнал с выхода полевых транзисторов 3 через конденсаторы 4 поступает на соответствующие входы электронного коммутатора 5, на выход которого проходит только один из этих сигналов, что определяется цифровым кодом, поступающим с выходов счетчика номера нити 15 на управляющие входы электронного коммутатора 5. При смене управляющего кода происходит последовательное переключение входных сигналов от чувствительных элементов 2 и на электронный блок для анализа подаются сигналы от других нитей (диагр.1 фиг.3) С выхода электронного коммутатора 5 сигнал поступает на вход операционного повторителя 6, выход которого через конденсатор 7 связан со стоками, через конденсатор 8 с истоками и непосредственно с затворами полевых транзисторов 3, что обеспечивает сильную следящую обратную связь, значительно увеличивающую входные сопротивления и уменьшающую входные емкости преобразователя сопротивления 9. С выхода операционного повторителя сигнал поступает на операционный усилитель 10, охваченный частотно-зависимой обратной связью, для чего между выходом и инверсным входом операционного усилителя 10 включен фильтр низких частот 11, который обеспечивает подавление паразитного сигнала за счет наводок питающей сети 50 Гц. Для дополнительного повышения помехозащищенности в схему введен двухсторонний ограничитель 12, включенный на выходе операционного усилителя 10, при этом операционный усилитель 10 должен обеспечивать усиление полезного сигнала от движущейся нити до значения, несколько превышающего порог ограничения ограничителя 12. Это позволяет обеспечить уверенную работу датчика при превышении сигнала помехи за счет питающей сети над уровнем полезного сигнала от движущейся нити в N раз: N Fбал / Fсет, где Fбал частота баллонирования нити Fсет частота питающей сети 50 Гц.

С выхода ограничителя 12 (диагр.2 фиг.3) сигнал поступает на вход первого порогового устройства 13. Величина этого сигнала при движении нити 1 превышает величину порогового напряжения Unop1, подаваемого на второй вход порогового устройства 13, и на его выходе при этом появляется сигнал "лог.1" (диагр. 3 фиг.3). Этот сигнал подается на первый вход ждущего одновибратора 14, на выходе которого формируются положительные импульсы определенной длительности (диагр. 4 фиг. 3), которые являются стробирующими при считывании информации с датчика внешними устройствами, а также подаются на счетчик номера нити 15 и вход сброса интегратора 16. После каждого сброса при наличии движущейся нити напряжение на выходе интегратора 16 не превышает порогового напряжения Uпор2 второгo порогового устройства 17 (диагр.5 фиг.3), при этом отсутствуют сигналы на выходе второго порогового устройства 17 (диагр.6 фиг. 3) и на выходе второго ждущего одновибратора 18 (диагр.7 фиг.3). На информационном выходе датчика, т.е. на выходе инвертора 20 (диагр.9 фиг.3) имеется сигнал "лог.1", свидетельствующий об отсутствии обрыва нити.

Использование группового преобразователя сопротивления 9 позволило использовать последовательный принцип обработки информации при контроле движущихся нитей путем поочередного подключения отдельных чувствительных элементов к одной схеме обработки информации, что значительно упростило датчик.

Выдача информации о состоянии нити происходит по анализу одного периода баллонирования нити 1, который меньше периода индустриальных сетевых помех. Таким образом, максимальное время обработки контролируемых датчиком нитей равно: t ≅ nТ, где t время контроля; n количество контролируемых нитей; Т период баллонирования нитей.

Анализ состояния нитей за период баллонирования нитей позволяет уменьшить время контроля и повысить его помехоустойчивость. Повышению помехоустойчивости датчика способствует также выбор постоянной времени интегратора 16 τ_инт = (1,5-2,0)T,
где τ_инт постоянная интегрирования интегратора 16;
Т период баллонирования нитей 1.

При этом в случае обрыва нити 1 и при больших сетевых помехах, вызывающих появление сигналов на выходах первого порогового устройства 13 и первого ждущего одновибратора 14, на выходе интегратора 16 все равно появится сигнал об обрыве нити, т.к. постоянная интегрирования τ_инт гораздо меньше периода сетевой помеxи, и сигнал на выходе интегратора 16 превысит пороговое напряжение Uпор2 второго порогового устройства 17, и на выходе второго ждущего одновибратора 18 и инвертора 20 появятся сигналы об обрыве нити. Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает высокую помехозащищенность за счет амплитудной и частотной селекции полезного сигнала от нити (узлы 10-13 датчика), а также временной селекции сигнала (узлы 16,17 датчика).

Электронный коммутатор 5 последовательно подключает для анализа сигналы с каждого чувствительного элемента 2 и полевого транзистора 3 в соответствии с управляющими кодами счетчика номера нитей 15 (диагр.10-12 фиг.3). При анализе сигнала с того канала контроля, где нить оказалась оборванной, напряжение на выходе ограничителя 12 (диагр.2 и диагр.13 время контроля 4 фиг. 3) меньше опорного напряжения Unop1 первого порогового устройстра 13 и на его выходе остается напряжение "лог.1"(диагр.3 фиг.3). При этом до перехода на контроль состояния нити следующего канала отсутствуют импульсы на выходе первого ждущего одновибратора 14 (диагр.4 фиг.3), а напряжение на выходе интегратора 16 через некоторое время превысит опорное напряжение Uпор2 второго порогового устройства 17 (диагр.5 фиг.3), при этом на его выходе появится сигнал "лог.1" (диагр.6 фиг.3), а второй ждущий одновибратор 18 и инвертор 20 сформируют сигналы об обрыве нити (диагр.7,9 фиг.3), при этом счетчик номера нити 15 выдает на внешнее устройство информацию о номере контролируемой нити (диагр. 10-12 фиг.3). По заднему фронту импульса с выхода второго ждущего одновибратора 18 формируется с помощью формирователя импульсов 19 сигнал запуска первого ждущего одновибратора 14 (диагр.8 фиг.3), на выходе которого появляется положительный импульс (диагр.4 фиг.3), изменяющий выходной код счетчика 15, при этом происходит подключение с помощью электронного коммутатора 5 следующего сигнала с очередного чувствительного элемента 2, а также происходит сброс интегратора 16, т.е. схема готова для анализа состояния следующей нити.

Подобная реализация схемы электронного блока оценки информации позволяет использовать основную часть схемы для анализа состояния нескольких нитей, исключает коммутационные помехи и значительно увеличивает помехозащищенность датчика и его быстродействие.

Формула изобретения

Датчик контроля нити, содержащий последовательно соединенные емкостные чувствительные элементы, преобразователь сопротивления и электронный блок оценки информации, отличающийся тем, что преобразователь сопротивления содержит полевые транзисторы, электронный коммутатор, операционный повторитель, резисторы и конденсаторы, причем стоки транзисторов связаны через общий резистор с источником питания, истоки полевых транзисторов связаны через резисторы нагрузок и второй общий резистор с корпусом, а через первые конденсаторы соединены с входами электронного коммутатора, которые связаны через резисторы утечки с источником напряжения смещения, выход электронного коммутатора соединен с входом операционного повторителя, первый выход которого через второй конденсатор соединен со стоками полевых транзисторов, через резисторы смещения связан с затворами, являющимися входами преобразователя сопротивления, а через третий конденсатор с общей клеммой соединения резисторов нагрузки и второго общего резистора, причем выход операционного повторителя является выходом преобразователя сопротивления, блок оценки информации содержит операционный усилитель, фильтр низких частот, ограничитель сигналов, первый и второй пороговые устройства, ждущие одновибраторы, счетчик номера нити, интегратор, формирователь импульсов, инвертор, причем первый вход операционного усилителя является входом блока оценки информации, а выход через фильтр низких частот соединен с вторым входом операционного усилителя, вход ограничителя сигналов подключен к выходу операционного усилителя, а выход соединен с одним из входов первого порогового устройства, второй вход которого связан с источником опорного напряжения, выход первого порогового устройства соединен с одним из входов первого ждущего одновибратора, выход которого соединен с входом счетчика номера нити и входом интегратора, а также является стробирующим выходом датчика, выходы счетчика номера нити соединены с управляющими входами электронного коммутатора и соединены также с выходами информации о номере контролируемой нити датчика, при этом выход интегратора соединен с одним из входов второго порогового устройства, второй вход которого связан с источником опорного напряжения, выход второго порогового устройства соединен с входом второго ждущего одновибратора, один из выходов которого соединен с входом формирователя импульсов, выход которого соединен с вторым входом первого ждущего одновибратора, второй выход второго ждущего одновибратора соединен с входом инвертора, выход которого является выходом датчика, несущего информацию об обрыве контролируемых нитей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3