新型噴氣織機(jī)光電探緯器研制

1、新型噴氣織機(jī)光電探緯器設(shè)計(jì)摘要：探緯器是噴氣織機(jī)的重要部件z,它的質(zhì)量決定著織物的質(zhì)量和物料的損耗度。針對(duì)噴氣織機(jī)探緯器漏檢率較高 及可靠性較低等問(wèn)題，采用紅外對(duì)射式光電傳感器，設(shè)計(jì)了i種基于集成電路的新型光電探緯器。通過(guò)探緯檢測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得 知：基于集成電路的新型光電探緯器人大降低了探緯器的漏檢率，提髙了織機(jī)的工作穩(wěn)定性及壽命。關(guān)鍵詞：探緯器；濾波器；upc4570；光電式中圖分類號(hào)：ts103. 337文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:aa new design of photoelectric weft detector on air-jet loomabstract: weft detector is one

2、 of the most important key components on air-jet loom. it's performance is related to the quality of woven fabric and the consumption of materials. aimed at weft detector's high probability of miss and low reliability , a new weft detector based on integrated circuit was designed with opposi

3、te-type infrared-ray photoelectric sensor. through weft detector test results, the probability of weft detector's missing is played down by new weft detector which was based on integrated circuit, thus the reliability and life of weft detector is improvedkeywords : weft detector; filter; y pc457

4、0; photoelectrico前言噴氣織機(jī)的緯線是依靠氣源的噴射將其從經(jīng)線的左端傳送到經(jīng)線右端的適當(dāng)位置。在織紗過(guò)程屮，由 于氣壓的波動(dòng)或其它干擾因素，易造成緯線斷線、不到位或傳送過(guò)量而超限等現(xiàn)象，致使產(chǎn)品產(chǎn)牛次站。 因此，必須對(duì)緯線信息進(jìn)行精確檢測(cè).以便使故障得到及時(shí)控制和處理。噴氣織機(jī)探緯器作為一種光電傳感器，在織機(jī)運(yùn)行過(guò)程中長(zhǎng)時(shí)間地承受沖擊震動(dòng)，因而屬于一種易耗 件，消耗量較人。由于我國(guó)機(jī)電技術(shù)水平相對(duì)有限，加之探緯器結(jié)構(gòu)精巧、復(fù)雜、技術(shù)要求高，長(zhǎng)期以來(lái) 主要依賴進(jìn)口，故開發(fā)穩(wěn)定可靠高效，且具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的噴氣織機(jī)探緯器迫在眉睫。已開發(fā)的探緯器 多是采用模擬電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)分析，

5、這些探緯器仍未克服模擬電路易受溫度，光線等環(huán)境因素的影響 而造成的漏探、誤探等缺點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)出-種基于集成電路的探緯器，使探緯檢測(cè)設(shè)備更加穩(wěn)定可靠，提 高了織機(jī)的探緯檢測(cè)率。1探緯器原理和總體設(shè)計(jì)采用紅外反射式光電傳感器，設(shè)計(jì)了一種基于集成電路的新型光電探緯器。探緯器安裝在織機(jī)的鋼箝 箝座的t行槽中，異形箝的箝槽后面貼冇黑色的遮光膜，用于隔離射向光電元件的外界光線。探緯器的安 裝位置町以隨織物穿輸幅度進(jìn)行調(diào)整。探緯器由柱狀透鏡、投光器、受光器、遮光板和売體等紐成。柱狀 透鏡將投光器的光聚合成帶狀，稱為一定長(zhǎng)、寬的探照光帶。投光器是發(fā)光二極管，它在規(guī)定時(shí)間內(nèi)（巴 為200° -290&

6、#176; ,兄為200° -310° ,角度是指織機(jī)的主軸轉(zhuǎn)動(dòng)一-圈，指示織機(jī)工作角度為0° -360° ,為 使計(jì)量方便，織機(jī)工作時(shí)間川織機(jī)主軸工作角度計(jì)量。）發(fā)射出照射光，由太陽(yáng)能電池、光電晶體管和光 電池組成的受光器，把光量轉(zhuǎn)換成電量。投光器和受光器同裝在探緯器頭端，屮間川遮光板隔開。目前主要制造商生產(chǎn)的噴氣織機(jī)每臺(tái)采用兩個(gè)光電式探緯器。其中第一探緯器巴安裝在布邊與廢邊 紗z間，它是用來(lái)檢測(cè)是否缺緯，短緯等引緯故障。期外一個(gè)探緯器 比安裝在正常引緯時(shí)，緯紗頭端到 達(dá)范圍以外的地方，距離h約100-125mmo用來(lái)檢測(cè)緯紗是否過(guò)長(zhǎng)或斷緯。探緯器的安

7、裝位置如圖1所示：圖1探緯器位置示意圖光電探緯器的基木工作原理是：在鋼箝內(nèi)的緯線，由輔助噴嘴噴出氣流的帶動(dòng)而前進(jìn)，探緯器探頭的 紅外發(fā)射管發(fā)光時(shí)，在緯線有（無(wú)）抖動(dòng)變化的不同情況下，反射光的強(qiáng)度將有（無(wú)）明顯的差片，而探 頭內(nèi)的紅外接收管則會(huì)依據(jù)光強(qiáng)程度的不同而受到不同程度的激勵(lì)，所輸出信號(hào)的幅度將會(huì)有（無(wú)）明顯 的變化；即將光電探緯器的輸出信息體現(xiàn)在輸出信號(hào)幅值的變化上，信號(hào)處理模塊將檢測(cè)出此幅值變化并 將其作為后續(xù)電路判別緯線情況的依據(jù)。探緯器匚作原理框圖如圖2所示。圖2探緯器原理圖供電模塊:對(duì)輸入的電源濾波并變換到需要的電源等級(jí)，為整個(gè)探緯檢測(cè)設(shè)備供電。 方波發(fā)生電路:產(chǎn)生4.9khz的

8、方波來(lái)激勵(lì)發(fā)射管發(fā)射光線。光電接口:處理從接收管接收到的信號(hào)，并對(duì)該信號(hào)做初步放人等處理。信號(hào)調(diào)理:經(jīng)過(guò)光電接口初步放大的信號(hào)，再經(jīng)限幅放大，濾除干擾，帶通濾波器選頻，檢波，整形后輸出 脈沖信號(hào)給后續(xù)電路使用。脈沖輸出:輸出脈沖到中央處理單元，通過(guò)計(jì)算出現(xiàn)符合需求的脈沖工作區(qū)間長(zhǎng)度與探緯工作區(qū)間總長(zhǎng)度的 比值來(lái)判定是否探測(cè)到緯紗，進(jìn)而判斷是否有長(zhǎng)短緯停車故障的發(fā)牛。2各模塊功能簡(jiǎn)介2.1方波發(fā)生模塊由于緯紗的直徑僅0.1mm左右，緯紗的行進(jìn)過(guò)程乂是擺動(dòng)看進(jìn)行，易形成光的漫反射，極人地削弱 反射光的強(qiáng)度，而r還伴冇背景雜散光，因此要求探緯器具備很高的靈敏度及分辨力。故選用了大功率 的紅外發(fā)光管和

9、紅外接收管；并采用方波信號(hào)鞭動(dòng)發(fā)射管發(fā)射信號(hào)，以滿足保證發(fā)光管壽命的前提下，有 強(qiáng)光發(fā)射，可以提高檢測(cè)的靈敏度。圖2為方波發(fā)生電路示意圖。vcc0r7n7 48r8 jic5 3 i 廠 67555c24 c23t圖3方波發(fā)生模塊方波發(fā)生電路由7555組成的電路是間接反饋型的無(wú)穩(wěn)振蕩電路，振蕩電阻是連在vcc上的。特點(diǎn)是 1 443r 跟 vcc 相連，振蕩頻率/二一*c，4=4.9khz。t = 2045 or7 + 2rs2.2光電接口模塊光電接口電路是由nec公司的雙集成運(yùn)放p pc4570及外圍電路組成的，m pc4570的特性是開環(huán)增益 和共模抑制比很高，零漂和噪聲很低，精度較高。探

10、緯器檢測(cè)到的紗線信號(hào)經(jīng)過(guò)前端簡(jiǎn)單處理后送至(l/2iclo-457o), r30, r3】，r32及c32, c33組成rc網(wǎng)絡(luò)型選頻放大器,對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行選頻，放大。 選頻的目的在于對(duì)發(fā)射來(lái)的信號(hào)進(jìn)行選擇，濾除臨近發(fā)射器的干擾信號(hào)或其它的干擾信號(hào)。該選頻放人器 的選頻中心頻率為4.9khzo在其中心頻率處的電壓增益為g = (i + /?34/?33)«30。再經(jīng)過(guò)一個(gè)高通濾波 電路將該信號(hào)屮摻朵的低頻分量過(guò)濾。如圖4所示：2. 3信號(hào)調(diào)理模塊經(jīng)光電接口模塊初步調(diào)理的信號(hào)又經(jīng)信號(hào)調(diào)理模塊濾波及限幅放大，限幅放大的作用是為了去除其中 的調(diào)幅干擾。為更徹底地降低與紗線信號(hào)同頻的噪聲

11、信號(hào)干擾，在信號(hào)調(diào)理模塊中設(shè)計(jì)了一個(gè)白動(dòng)調(diào)節(jié)放 大增益的環(huán)節(jié)，經(jīng)光電接口模塊初級(jí)放大的信號(hào)依然很微弱，故在信號(hào)調(diào)理模塊還需兩個(gè)雙集成運(yùn)放 u pc4570進(jìn)行放大，此處的放大倍數(shù)町自動(dòng)調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)增益的功能，可避免因放大倍數(shù)過(guò)大造 成信號(hào)平頂?shù)仁д媲闆r。經(jīng)過(guò)兩個(gè)雙集成運(yùn)放u pc4570處理后的信號(hào)outq再經(jīng)一個(gè)u pc4570作用，得到 兩路相位相反的信號(hào)out5及out6,outs取信號(hào)out4的正半周，0ut6則保留out。的負(fù)半周。為防止 電源電壓波動(dòng)而造成信號(hào)干擾，在此設(shè)計(jì)一個(gè)電壓比較器，電壓比較電路主要由運(yùn)算放人器 a7(1/2ic 16-5393), a8(l/2ic1

12、6-5393)構(gòu)成o a7(l/2ic16-5393)的正相輸入端接入由 rio4,rio5rio7,vr3 構(gòu)成的分壓 器所輸出的比較電壓，電位器川于調(diào)節(jié)比較電壓的人小，a?的反相輸入端接前面調(diào)理電路的輸出vout5。 a8(l/2ic|6-5393)的正相輸入端接入由rii4,rii5rii7,vr4構(gòu)成的分壓器所輸出的比較電壓,a8的反相輸入端 則接前面調(diào)理電路的輸出out6。如圖5所示：圖5電壓比較器示意圖兩路電壓比較電路的輸出被送至一路發(fā)光二極管的負(fù)端，而二極管的疋端則接電源vdd(5v)經(jīng)光耦隔 離示的輸岀端，二極管起指示作用，在比較電路輸出低電平時(shí)它發(fā)光，比較輸出電路輸出高電平時(shí)

13、熄滅。同時(shí)，out4經(jīng)過(guò)二極管濾波處理后，接計(jì)數(shù)器©7-4520的clka端，©7-4520共有兩個(gè)四路計(jì)數(shù)a9(1/2ic 17-4520), aio(1/2ic|7-4520)o 計(jì)數(shù)器 a9(1/2ici7-4520)有兩個(gè)輸入端,即 clka 端和 ena 端, 脈沖信號(hào)從clka端輸入時(shí)，計(jì)數(shù)器用輸入脈沖信號(hào)的上升沿計(jì)數(shù)，ena端應(yīng)接高電平(“1”)；若脈沖 信號(hào)從ena端輸入，則計(jì)數(shù)器用輸入脈沖信號(hào)的下降沿計(jì)數(shù)，此時(shí)clka端應(yīng)接低電平(“0”)。 a9(1/2ic 17-4520)還有一個(gè)淸零端resa,當(dāng)resa端有高電平或正脈沖作用時(shí)，其內(nèi)的計(jì)數(shù)器便被清零

14、， 時(shí)序譯碼輸出端qoa端為(“1”)，其余端qiaqaqa均為(“0”)。在a9(l/2ici74520)計(jì)數(shù)器開始工作后, 在clka端(或ena端)輸入第一個(gè)時(shí)鐘脈沖后，qoa即出現(xiàn)高電平(“1”)，在qoa的下降沿出現(xiàn)時(shí)觸 發(fā)計(jì)數(shù)器，使得q()a端的輸出移至qia端，qia端輸出的脈沖為qoa端輸出脈沖周期的兩倍，錯(cuò)誤！未找到引用源。端均依次進(jìn)行延時(shí)移位。qg錯(cuò)誤！未找到引用源。的輸出被送至口動(dòng)增益調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)中以控制 兩路雙集成運(yùn)放u pc4570的工作狀態(tài)，由qoa.錯(cuò)誤！未找到引用源。的高低電平狀態(tài)決定u pc4570是起放大作用還是做電壓跟隨器使用，以實(shí)現(xiàn)口動(dòng)增益調(diào)節(jié)的功能。另一個(gè)

15、計(jì)數(shù)器aio(1/2ic17-452o)的工 作過(guò)程也是如此。兩個(gè)計(jì)數(shù)器分別用來(lái)檢測(cè)兩路紗線信號(hào)。10kvdd m711ic17q1a4 :q2a5 :q3a6 :res27、v8d10clka 1=3clkavdd enaresb qoa q3b q1a q2b q2a q1b q3a qob res enb vss clkb4520q1bd8|t1 qobjoar46 i2 j 010k16 vdd14 q3b ；13 q2bres1圖6計(jì)數(shù)器電路2. 4脈沖輸岀模塊脈沖輸岀模塊將檢測(cè)到的紗線信號(hào)送至主控器，主控器依據(jù)紗線信號(hào)控制織機(jī)是否停車。第一探緯器 h】對(duì)在緯紗設(shè)定到達(dá)時(shí)間(200&

16、#176; -290° )內(nèi)探測(cè)到緯紗視為正常，否則為不止常。另外一個(gè)探緯器出對(duì) 在緯紗設(shè)定到達(dá)吋間(200° -310° )內(nèi)探測(cè)不到緯紗視為正常，否則為不正常。具體判別過(guò)程如下：探緯器只在織機(jī)探緯確認(rèn)的工作區(qū)間內(nèi)檢測(cè)紗線。短緯探測(cè)器h,的工作區(qū)間 (200°-290°),出的工作區(qū)間(200°-310°)o所看到的角度區(qū)間/探緯確認(rèn)的角度區(qū)間>10%,即認(rèn)為檢測(cè)到 紗線。探緯器參數(shù)設(shè)定不同，可以檢測(cè)紗線顏色種類就不同，町由使丿1者自行設(shè)定。例如：在織機(jī)探頭 h】的工作角度230°-240°內(nèi)檢測(cè)

17、到紗線信號(hào)，判斷(240-230) /(290-200)>10%即認(rèn)為紗線正常，沒(méi)有發(fā)牛 短緯悄況。3實(shí)驗(yàn)結(jié)果利用h發(fā)的rfja10型噴氣織機(jī)的引緯部分及主輔噴嘴部分搭建探緯檢測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，由主控器控制緯線 送出，經(jīng)主輔噴嘴作用，將緯紗送至探緯檢測(cè)區(qū)間，在普通h光及夜晚光線較弱等不同條件下，對(duì)有無(wú)紗 線狀態(tài)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，得到如下實(shí)驗(yàn)結(jié)果：圖7給出了在冇無(wú)紗線和冇紗線時(shí)mcu所接收的不同判別信號(hào).無(wú)紗線有紗線111010.5109.52.872.88時(shí)問(wèn)/徹秒2.892.9x 104212.872.882.892.9時(shí)間/徼秒x 1o4圖7探緯器測(cè)試結(jié)果圖如圖7所示，左圖為無(wú)紗線吋mcu接收的信號(hào)

18、，將保持在10v。而右圖則是有紗線變化吋的最終 信號(hào)，信號(hào)將在高低電位間不斷跳變，該信號(hào)是經(jīng)信號(hào)調(diào)理模塊的電壓比較電路輸出的信號(hào)又經(jīng)脈沖輸出 模塊作用后得到的。出現(xiàn)高電平脈沖的角度區(qū)間與探緯工作角度區(qū)間的比值大于10%,即認(rèn)為檢測(cè)到了紗 線。反z,則認(rèn)為無(wú)紗線或是干擾信號(hào)。如果是探頭檢測(cè)到緯紗信號(hào)，則主控器控制織機(jī)繼續(xù)工作。 如果探頭h2檢測(cè)到緯紗信號(hào)，則主控器控制織機(jī)停車進(jìn)行檢杏。對(duì)于探緯器hi：當(dāng)接收管正常，發(fā)射管有 故障，則接收管不導(dǎo)通，織機(jī)停車。當(dāng)發(fā)射管止常，接收管有故障時(shí)，分兩種情況:接收管斷路，織機(jī)停車; 接收管短路，織機(jī)不停車。對(duì)于探緯器h?:當(dāng)接收管正常，發(fā)射管有故障，則接收管

19、不導(dǎo)通，織機(jī)不停車。 當(dāng)發(fā)射管正常，接收管有故障吋，分兩種情況:接收管斷路，織機(jī)不停車;接收管短路，織機(jī)停車。4結(jié)論針對(duì)噴氣織機(jī)探緯器漏檢率較髙及可靠性較低等問(wèn)題，采用紅外對(duì)射式光電傳感器，設(shè)計(jì)了-種基于 集成電路的新型光電探緯器。通過(guò)探緯檢測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，基于集成電路的光電探緯器工作穩(wěn)定性較高，降低 了探緯器漏檢率，改善了噴氣織機(jī)織物的質(zhì)最，提高了織機(jī)的探緯檢測(cè)率及使用壽命。參考文獻(xiàn)：1 丁躍金,吳清榮.紡織電氣基礎(chǔ)m.北京:中國(guó)紡織出版社,2008.2 沈丹峰。探緯器改進(jìn)的新思維j.紡織機(jī)械，2006 (5) :39-40.shen dan-feng.the new train of thou

20、ght about improving on weft detector jl.textile machinery.2006(5):39-40.徐陽(yáng)，吳學(xué)平，張強(qiáng).噴氣織機(jī)探緯器的應(yīng)用j.紡織導(dǎo)報(bào)，2007(2):58-60.xu yang,wu xue-ping.zhang qiang. the application of weft detector on air-jet loomj. weaving technology.2007(2):5960.4 嚴(yán)鶴群，戴繼光.噴氣織機(jī)原理與應(yīng)用m.2版.北京：中國(guó)紡織出版社，1996： 81-84.5 趙文強(qiáng)，陳國(guó)柱攻進(jìn)型lcl濾波器拓?fù)湓谟性礊V波器中的應(yīng)用j.機(jī)電工程，2008, 25 (12)： 39-42.zhao wen-qiang, chen guo-zhu. applic