專利名稱：高效的棉結(jié)測(cè)量的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般來說涉及纖維樣品中單個(gè)的組織的測(cè)量和分類，更具體地說，它涉及對(duì)纖維樣品中棉結(jié)狀組織的數(shù)量和尺寸分布的測(cè)量。
纖維樣品的測(cè)試，例如不限于棉纖維樣品的測(cè)試，對(duì)于決定一批特定材料的市價(jià)以及對(duì)于決定其合適的用途和在軋棉機(jī)或紡紗廠中需要什么樣的處理是很重要的。今天，產(chǎn)自美國(guó)的棉花幾乎百分之百都使用測(cè)試儀器來分析。測(cè)試通常包括決定纖維的特征數(shù)據(jù)，如纖維的長(zhǎng)度，以及不想要的紡織組織的含量，如廢料和棉結(jié)的含量。
用于測(cè)量纖維樣品中單獨(dú)組織特征數(shù)據(jù)的裝置公開于Shofner等的美國(guó)專利US5270787、US5410401、US5430301、US5469253和US5539515，在此引入這些專利的全部?jī)?nèi)容作為參考。
公開于美國(guó)專利US5270787、US5410401、US5430301、US5469253和US5539515中的現(xiàn)有技術(shù)裝置包括一個(gè)單個(gè)化處理器，該處理器把含有纖維和棉結(jié)狀組織(包括實(shí)際棉結(jié))的纖維樣品處理成單個(gè)的組織，并將這些組織一次一個(gè)地送入流體流。(可將廢料分開，并送入另外的流體流。)用噴嘴給這些組織定向，使每個(gè)組織的長(zhǎng)度(主要尺寸)方向大致平行于流體流動(dòng)的方向。這些組織穿過檢測(cè)空間，對(duì)于正在通過該檢測(cè)空間的每個(gè)組織，檢測(cè)空間利用電光傳感器來產(chǎn)生相應(yīng)的特征信號(hào)。因此檢測(cè)空間由一束光限定。分析這些信號(hào)，計(jì)算和確定組織的各種特征數(shù)據(jù)，如它們的尺寸。
Shofner等的美國(guó)專利US5410401中具體討論了噴嘴的重要性。這種加速/減速氣流噴嘴的橫截面是圓形的，其入口截面或口徑是漸縮的，至喉部或中間截面達(dá)到最小直徑，如0.125英寸，接著是尖滅的出口截面或口徑。由于加速的緣故，使纖維的前端比后端移動(dòng)得更快，一個(gè)設(shè)計(jì)良好的噴嘴能夠校直檢測(cè)空間內(nèi)出現(xiàn)的單個(gè)纖維。位于喉部或中間部分并與噴嘴成直角的一個(gè)光孔提供了限定該檢測(cè)空間的光束。
正如美國(guó)專利US5430301、US5469253和US5539515具體公開的那樣，不同的組織類型，如纖維、廢料和棉結(jié)，在傳感器輸出端產(chǎn)生特征波形。的確，在某種程度上，象棉結(jié)這樣的組織可以通過它們產(chǎn)生的傳感器輸出波形來確定。因此，美國(guó)專利US5430301、US5469253和US5539515中的裝置分析波形，對(duì)一次一個(gè)地通過檢測(cè)空間的纖維樣品中的單個(gè)的組織進(jìn)行記數(shù)和分類。
公開于Shofner等的美國(guó)專利US5270787、US5410401、US5430301、US5469253和US5539515的現(xiàn)有技術(shù)的裝置，其局限性在于用于分析的特殊組織是一次一個(gè)地提供給限定取樣空間的光束的。此外，樣品不能一個(gè)緊接另一個(gè)(即頭尾相接)地進(jìn)入取樣空間。更確切地說，雜亂地進(jìn)入取樣空間的特殊組織間存在間隙，以致于一般在一小部分時(shí)間內(nèi)(例如25％)取樣空間一般由一種組織占滿，或者由一種組織的一部分占滿，在大部分時(shí)間內(nèi)不會(huì)重復(fù)記數(shù)。
以棉為例，相對(duì)而言，盡管會(huì)出現(xiàn)其它組織，但是樣品內(nèi)幾乎全是纖維。在10克棉樣品內(nèi)，一般含有將近2.5×106根纖維和2.5×103個(gè)棉結(jié)，及2.5×103個(gè)廢料質(zhì)粒。因此，雖然棉結(jié)密度為每克纖維樣品十至一百個(gè)棉結(jié)，但是纖維數(shù)一般近似為棉結(jié)數(shù)的一千倍。
這些因素以及其它一些因素嚴(yán)格限制了效率，從而也限制了適當(dāng)時(shí)間內(nèi)能夠處理的實(shí)際樣品尺寸。因此，Shofner等的美國(guó)專利US5270787、US5410401、US5430301、US5469253和US5539515中的現(xiàn)有技術(shù)裝置處理僅重0.5克的纖維樣品需要用兩百秒的時(shí)間。
所以，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種比現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)試裝置所能達(dá)到的效率高得多的測(cè)試裝置。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種能夠在較少的時(shí)間內(nèi)分析更大的樣品尺寸(用于統(tǒng)計(jì)上有所改進(jìn)的結(jié)果)的纖維樣品測(cè)試裝置。
作為一個(gè)與現(xiàn)有技術(shù)相對(duì)照的實(shí)例，本發(fā)明的測(cè)試裝置能夠在30秒內(nèi)處理重達(dá)10克的纖維樣品，從而使其效率大約為現(xiàn)有技術(shù)裝置效率的140倍。
概括地說，本發(fā)明的測(cè)量裝置包括一個(gè)加速/減速氣流噴嘴，那些組織由氣流攜帶通過該噴嘴。正如公知的那樣，加速/減速氣流噴嘴具有一個(gè)漸縮的、在喉部達(dá)到最小橫截面積的進(jìn)口部分，和一個(gè)從該最小橫截面積開始擴(kuò)大的出口部分。但是，不象上述美國(guó)專利那樣，尤其不象美國(guó)專利US5410401中的噴嘴那樣橫截面是圓形的，纖維組織是借助噴嘴一次一個(gè)地通過檢測(cè)空間，本發(fā)明的加速/減速氣流噴嘴橫向加長(zhǎng)了(例如，橫寬8英寸，喉間距1/8英寸)，使噴嘴一次能容納多根纖維，更具體地說是使檢測(cè)空間一次能容納多根纖維。作為一個(gè)非限定性的實(shí)例，檢測(cè)空間內(nèi)一次平均可以容納30根纖維，或少于30根纖維。
檢測(cè)空間限定在噴嘴內(nèi)，并垂直于通過噴嘴的氣流，噴嘴的一個(gè)作用是將出現(xiàn)在檢測(cè)空間內(nèi)的纖維拉直。檢測(cè)空間由光束和相關(guān)的光學(xué)傳感器確定。
該裝置包括一個(gè)單個(gè)化處理器，用于處理纖維中的組織，并將這些組織引入以一定的速度流入噴嘴的氣流，使多個(gè)單個(gè)化處理后的組織同時(shí)送到檢測(cè)空間。一種優(yōu)選的單個(gè)化處理器公開于同時(shí)申請(qǐng)的、申請(qǐng)?zhí)枮?8/944913的美國(guó)專利申請(qǐng)，該申請(qǐng)于1997年10月6日由Frederick M.Shofner和Christopher K.Shofner提出，名稱為“空氣動(dòng)力學(xué)單個(gè)化處理器”，在此引入其全部公開內(nèi)容作為參考。
與檢測(cè)空間有關(guān)的是傳感器輸出裝置，例如一個(gè)光電傳感器，該輸出裝置產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，及時(shí)指示檢測(cè)空間內(nèi)任意給定點(diǎn)處的材料總量。
測(cè)定器接至檢測(cè)和測(cè)量棉結(jié)狀組織的尺寸的傳感器輸出裝置。
傳感器輸出信號(hào)的一個(gè)特征在于它有一個(gè)較高并脈動(dòng)的本底信號(hào)電平，該信號(hào)由檢測(cè)空間內(nèi)一次容納的多根纖維中的部分纖維引起，由于檢測(cè)空間內(nèi)出現(xiàn)的單個(gè)棉結(jié)，該信號(hào)由較高一點(diǎn)振幅的脈沖間斷。比較而言，與纖維相比，棉結(jié)很少，一般一次出現(xiàn)一個(gè)棉結(jié)。
因此，該測(cè)定器必須能檢測(cè)組織信號(hào)，尤其是在由其它組織引起的大而脈動(dòng)的本底信號(hào)中，具體地說是在由纖維那樣的其它組織引起的大而脈動(dòng)的本底信號(hào)中檢測(cè)由棉結(jié)狀組織引起的信號(hào)。
在一個(gè)實(shí)施例中，該測(cè)定器以至少接近棉結(jié)狀組織通過檢測(cè)空間的運(yùn)送周期的取樣速度從傳感器輸出裝置取樣，并采用前一次取樣和后一次取樣平均本底校正抑制以便識(shí)別棉結(jié)狀組織的信號(hào)幅度指示。優(yōu)選使用多重取樣的測(cè)定器，因此以取樣速度取樣的每個(gè)信號(hào)樣品含有許多組成樣品。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，檢測(cè)空間限定在噴嘴出口部分，位于喉部下游。
另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種纖維樣品中棉結(jié)狀組織的數(shù)量和尺寸分布的測(cè)量方法。該方法包括這些步驟使纖維樣品中的組織單個(gè)化，將這些組織引入流入一個(gè)橫向延伸的加速/減速氣流噴嘴的氣流中，由于該噴嘴具有一個(gè)直于通過噴嘴的氣流方向、并限定在噴嘴內(nèi)的橫向延伸的檢測(cè)空間，因此可以同時(shí)向檢測(cè)空間送入多個(gè)單個(gè)化后的組織。噴嘴用來把送入檢測(cè)空間的纖維拉直。此外該方法還包括一個(gè)步驟及時(shí)檢測(cè)檢測(cè)空間內(nèi)任意給定點(diǎn)處的材料總量，以產(chǎn)生一個(gè)傳感器輸出信號(hào)，并且分析傳感器輸出信號(hào)，從而檢測(cè)和測(cè)量棉結(jié)狀組織的尺寸。
一種方式是分析方法包括以下步驟按照至少接近棉結(jié)狀組織通過檢測(cè)空間的輸送周期的取樣速度取樣，并采用前取樣和后取樣平均本底抑制來識(shí)別代表棉結(jié)狀組織的信號(hào)幅度。優(yōu)選采用多重取樣，從而使以該取樣速度取樣的每個(gè)信號(hào)含有許多組成樣品。
在另一個(gè)實(shí)施例中，以多個(gè)不同的進(jìn)料速度處理纖維樣品一些部分，結(jié)果形成相應(yīng)的多個(gè)信號(hào)本底比，從而可以在保持總進(jìn)料速度較高的同時(shí)統(tǒng)計(jì)地能測(cè)量較小的棉結(jié)。
雖然本發(fā)明的新特點(diǎn)詳細(xì)地陳述于后面所附的權(quán)利要求書中，但是從下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)描述中可以更好地理解和解釋本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、內(nèi)容，以及本發(fā)明的其它目的和特點(diǎn)，所述附圖中

圖1是用于快速測(cè)試?yán)w維樣品的成套裝置的示意圖，該裝置用來測(cè)量纖維樣品中棉結(jié)狀組織的數(shù)量和尺寸分布；圖2是表示本發(fā)明的具有一個(gè)檢測(cè)空間的加速/減速氣流噴嘴放大視圖；圖3表示圖2中的噴嘴與傳感器及有關(guān)的電子測(cè)定器相連接；圖4A、4B、4C和4D表示各種不同的棉結(jié)狀組織；圖5表示正在通過檢測(cè)空間的一個(gè)棉結(jié)及多根纖維，圖6是圖2中作為時(shí)間函數(shù)的傳感器輸出波形圖；圖7是同一時(shí)間段的圖，表示多重取樣技術(shù)的結(jié)果；圖8是圖6中已取樣的信號(hào)圖。
首先參看圖1，用于測(cè)試?yán)w維樣品的成套裝置10有一個(gè)外殼12，外殼12由便于在地板表面18上移動(dòng)的輪和小腳輪14和16支撐。
該裝置包括一個(gè)一般用附圖標(biāo)記20表示的進(jìn)料臺(tái)，此進(jìn)料臺(tái)上放有纖維樣品22，例如10克棉樣品。測(cè)試裝置10由on/off開關(guān)24啟動(dòng)，于是棉纖維樣品22被吸入裝置10，等待單個(gè)化處理和分析。在該裝置內(nèi)還包括具有測(cè)定器的電子組件25。
通常，含有纖維樣品22的組織借助氣流輸送通過裝置10，氣流由于受到通風(fēng)機(jī)單元26的作用而具備吸力。通風(fēng)機(jī)26由電機(jī)28驅(qū)動(dòng)，通風(fēng)機(jī)通過過濾器32經(jīng)通風(fēng)機(jī)入口30吸入空氣流，并經(jīng)消音器34排出空氣。測(cè)試之后，此時(shí)含有棉絨的棉纖維樣品22或者收集在大棉絨盒36內(nèi)，或者收集在小毛絨盒38內(nèi)，并被定期清除。小棉絨盒38有一個(gè)檢修門40，且內(nèi)部有一個(gè)可移動(dòng)的反射器/屏幕42。當(dāng)反射器/屏幕42在就位時(shí)，棉絨留在小棉絨盒38內(nèi)。當(dāng)反射器/屏幕42被移去后，棉絨通過開口44運(yùn)送到大棉絨盒36。小棉絨盒38一般用于一個(gè)接一個(gè)取樣模式，而大棉絨盒用于連續(xù)模式。
進(jìn)料臺(tái)20背面由固定板50支撐，并包括一個(gè)滾子46，進(jìn)料臺(tái)把纖維樣品傳送到傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的進(jìn)料帶48，并把纖維樣品輸送到空氣動(dòng)力學(xué)單個(gè)化處理器52。該進(jìn)料帶48由典型的皮帶輪53和54引導(dǎo)，由電機(jī)55和傳動(dòng)鏈56驅(qū)動(dòng)皮帶輪53和54。
空氣動(dòng)力學(xué)單個(gè)化處理器52優(yōu)選采用公布于上述同時(shí)申請(qǐng)的美國(guó)專利申請(qǐng)No.08/944913中的空氣動(dòng)力學(xué)單個(gè)化處理器，該申請(qǐng)的申請(qǐng)日為1997年10月6日，由Frederick M.Shofner和Christopher K.Shofner提出。但是也可以采用其它的單個(gè)化處理器。
概括地說，單個(gè)化處理器52包括一個(gè)圓柱形進(jìn)料滾子60，一個(gè)第一旋轉(zhuǎn)滾筒打手輪62，及一個(gè)第二旋轉(zhuǎn)滾筒打手輪64。圖1中的單個(gè)化處理器52顯然是示意簡(jiǎn)圖，因?yàn)榇罅吭皇÷粤?，如滾輪60、62和64的外殼被省略了。進(jìn)料滾子60由電機(jī)55和驅(qū)動(dòng)進(jìn)料皮帶48的皮帶56驅(qū)動(dòng)。打手輪62和64由通風(fēng)機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的主動(dòng)皮帶66來驅(qū)動(dòng)。
圖1中的單個(gè)化處理器52與用于測(cè)試的現(xiàn)有技術(shù)常規(guī)的單個(gè)化處理器之間的顯著差別在于進(jìn)料速度。因此，雖然用于測(cè)試的現(xiàn)有技術(shù)常規(guī)的單個(gè)化處理器的目的是一次向下游傳感器運(yùn)送一個(gè)單個(gè)化處理后的組織，但是本發(fā)明的單個(gè)化處理器52以一次向一個(gè)傳感器運(yùn)送多個(gè)組織(具體地說是纖維)的速度運(yùn)送單個(gè)化處理后的組織。因而，進(jìn)料皮帶48及筒形輪60、62和64的寬度比現(xiàn)有技術(shù)裝置中單個(gè)化處理器中的要寬，例如為8英寸寬，比現(xiàn)有技術(shù)的1英寸或1英寸以下要寬。
單個(gè)化處理器52的輸出被運(yùn)送到空氣流中，空氣流通過運(yùn)輸通道80抽入加速/減速氣流噴嘴82中，該噴嘴具有一個(gè)檢測(cè)空間，該檢測(cè)空間一般用附圖標(biāo)記84表示。與現(xiàn)有技術(shù)的裝置相比，運(yùn)輸管道80的截面是矩形的，厚約為0.5英寸(大小可從圖1的取向中看出)，橫寬約8英寸，其寬度與滾子60、62和64的寬度一致，其進(jìn)料速度與圖10中測(cè)試裝置的較高進(jìn)料速度一致。
纖維或其它組織在通過加速/減速氣流噴嘴82之后或者被收集在入小棉絨盒34內(nèi)，或者被收集在大棉絨盒36內(nèi)，這取決于反射器/屏幕42是否在現(xiàn)場(chǎng)，或者是否后來被移去。
現(xiàn)在參看圖2，加速/減速氣流噴嘴82包括一個(gè)到喉部逐漸縮小至最小截面積的入口部分90，和一個(gè)從最小截面處開始擴(kuò)張的出口部分94。顯然，圖2的加速/減速氣流噴嘴82的下面與運(yùn)送通道80連接，運(yùn)送通道80用于從該噴嘴接收單個(gè)化處理后的組織，顯然至少開始的時(shí)候加速/減速氣流噴嘴82向小棉絨盒34運(yùn)送組織。
在圖示的實(shí)施例中，加速/減速氣流噴嘴82的長(zhǎng)度1是6英寸。入口部分90在其入口點(diǎn)的厚度t1大約是0.5英寸，至喉部逐漸縮小到厚度大約為0125英寸。加速/減速氣流噴嘴82橫向延伸，其寬度w大于喉部厚度t2。在圖示的實(shí)施例中，寬度w大約為8英寸。正是該橫向延伸使檢測(cè)空間84一次能被送入多根纖維。
舉例來說，在通過加速/減速氣流噴嘴82入口部分90的入口點(diǎn)時(shí)，空氣速度大約為25m/sec，這里的厚度t1為0.5英寸，而在厚度t2約為0.125英寸的喉部，空氣速度加速到100m/sec。
為了便于討論，可以把棉結(jié)描述為一個(gè)彗星狀物體，它包括一個(gè)籽屑核，纏結(jié)的纖維或未成熟纖維，并帶有一個(gè)附體纖維尾部。典型棉結(jié)核的直徑是0.2mm，附體纖維尾部的長(zhǎng)度可能是25mm。下面將參照?qǐng)D4A-4D更詳細(xì)地描述典型的棉結(jié)。
棉結(jié)通過加速/減速氣流噴嘴82，其尾部至少首先進(jìn)入檢測(cè)空間84，因?yàn)楹欣w維的尾部的密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于核的密度，因而得到更大的加速度。入口部分90內(nèi)中有一個(gè)加速流場(chǎng)，組織受到1000倍于重力加速度g的加速度。
因此，由于喉部速度為100m/sec，已經(jīng)過單個(gè)化處理后的纖維的速度可以達(dá)到70m/sec，而棉結(jié)的速度僅為50m/sec。
參照?qǐng)D3，檢測(cè)空間84由光源100、鏡片102和產(chǎn)生信號(hào)輸出106的相關(guān)光學(xué)傳感器104更具體地限定，并與電子組件25內(nèi)的測(cè)定器108相連。專用放大器110調(diào)節(jié)信號(hào)，由模擬一數(shù)字轉(zhuǎn)換器112將信號(hào)變換成數(shù)字形式。
在圖示的實(shí)施例中，傳感器以消光模式工作。也就是說，正在通過檢測(cè)空間84的組織使探測(cè)器104接收的光強(qiáng)度減少。因此，由于探測(cè)器接收的光強(qiáng)度減少，使得信號(hào)輸出增大了。棉結(jié)較大，擋住了更多的光，因而所產(chǎn)生的信號(hào)幅度比纖維產(chǎn)生的信號(hào)幅度更大。
在本裝置的常規(guī)操作中，檢測(cè)空間84內(nèi)任意一次可以出現(xiàn)大約30根纖維中的一部分，因此產(chǎn)生了無序波動(dòng)的“本底”信號(hào)。與纖維相比棉結(jié)非常少，在正常情況下檢測(cè)空間84內(nèi)一次僅出現(xiàn)一個(gè)棉結(jié)。
顯然也可以采用其它類型的傳感器，只要檢測(cè)空間得到限定。因而也可以采用光散射型傳感器(包括前向散射、后向散射和90°散射探測(cè)器)，可使用可見光、紫外光或紅外光。另一種選擇是可以使用非光學(xué)傳感器，如RF能量或聲音傳感器。
在常規(guī)的現(xiàn)有技術(shù)傳感器中，檢測(cè)空間恰好位于噴嘴喉部92。在圖2的裝置中，檢測(cè)空間84的位置比較靠近喉部92下游。這樣布置檢測(cè)空間84的主要目的是集中空氣動(dòng)力，使粒子更近地集中在檢測(cè)空間84中央。因此，喉部92的上游位于入口部分90內(nèi)，也位于喉部92本身內(nèi)，某些纖維趨于“緊靠”壁。在出口部分94始端，緊挨著喉部92的下游，組織更趨于接近中央。
由于大部分時(shí)間里空氣流比組織移動(dòng)得更快，因此把檢測(cè)空間布置在喉部92下游的另一個(gè)可能的好處是纖維速度更均勻。尤其對(duì)較長(zhǎng)的纖維來說，它們也經(jīng)歷校直過程，因而可使更多的纖維達(dá)到正常速度。
盡管檢測(cè)空間84位于喉部92的下游，使檢測(cè)空間84布置在氣流速度依然大于組織速度之處也是重要的。
圖4A、4B、4C和4D表示紡織棉結(jié)的幾種形式。圖4A、4B表示帶籽屑棉結(jié)，每個(gè)棉結(jié)有一個(gè)棉籽碎片120，其上附著棉纖維122。圖4C表示機(jī)械產(chǎn)生的棉結(jié)126，除了一個(gè)密度較小的尾隨的纖維尾部138外，該棉結(jié)通常含有一個(gè)未成熟纖維的、緊密纏結(jié)成的核128。
圖5表示與多根纖維144、146和148中的一部分一起通過檢測(cè)空間84的單個(gè)有尾部142的棉結(jié)核140。檢測(cè)空間84的典型直徑是2.5mm，而棉結(jié)核140的直徑是0.2mm。盡管僅有三組棉纖維144、146和148中的一部分出現(xiàn)在檢測(cè)空間84內(nèi)，但是除了棉結(jié)核140外，在檢測(cè)空間84內(nèi)可能一次出現(xiàn)更多纖維中的一部分，這使得提高了本發(fā)明的效率。
圖6表示棉結(jié)通過檢測(cè)空間84時(shí)作為時(shí)間的函數(shù)的傳感器輸出信號(hào)的波形圖。設(shè)計(jì)消光型傳感器及有關(guān)的電子設(shè)備，使傳感器的輸出幅度由于材料進(jìn)入檢測(cè)空間而增加。
在圖6中，由附圖標(biāo)記150表示的傳感器輸出信號(hào)通常具有由附圖標(biāo)記152和154代表的波動(dòng)本底，及具有表示棉結(jié)通過的三角形脈沖156。本底152、154是由于檢測(cè)空間84內(nèi)出現(xiàn)多根纖維中的至少一部分而引起的，通常是一次30根纖維，但是該數(shù)量可以很大地變化。在一個(gè)典型的纖維樣品內(nèi)，纖維數(shù)是棉結(jié)數(shù)的1000倍。因此，信號(hào)(如來自棉結(jié)的信號(hào)256)傾向于單個(gè)地出現(xiàn)，而本底信號(hào)(如信號(hào)152、154)則傾向于連續(xù)出現(xiàn)。
因此，測(cè)定器108的作用是從其它組織產(chǎn)生的大而波動(dòng)的本底信號(hào)中，具體地說是從纖維產(chǎn)生的大而波動(dòng)的信號(hào)中檢測(cè)由棉結(jié)組織產(chǎn)生的信號(hào)。
在已經(jīng)公開的實(shí)施例中，檢測(cè)是通過周期性信號(hào)取樣(也就是說以預(yù)定的和固定的取樣速度)來完成的，其周期大約為棉結(jié)狀組織通過檢測(cè)空間84的輸送周期。接著采用公知技術(shù)的前取樣和后取樣的平均本底抑制來識(shí)別代表棉結(jié)狀組織的信號(hào)幅度。
因此，參看圖6，根據(jù)時(shí)間間隔取樣S(i-2)、S(i-1)、S(i)等，例如250微秒的時(shí)間間隔。在每次取樣之后的一個(gè)取樣周期內(nèi)可以取得足夠的數(shù)據(jù)來確定信號(hào)是否來自已被取樣的棉結(jié)。把本次取樣幅度與緊挨著該樣品的前一次取樣(前取樣)和后一次取樣(后取樣)的平均幅度相比較，加一個(gè)閾值。如果幅差大于閾值，那么就可以識(shí)別為棉結(jié)組織。
這可以以方程式的形式描述如下如果
那么S(i-1)信號(hào)是一個(gè)棉結(jié)。
優(yōu)選采用多重取樣技術(shù)，使每個(gè)樣品S(i-2)、S(i-1)、S(i)具有許多組成樣品，如圖7所示，來“平均掉”電噪聲。
因而，在圖7中，每個(gè)樣品包括四個(gè)組成樣品，樣品的幅度合在一起產(chǎn)生了最后所得到的樣品。
顯然，在表示棉結(jié)狀組織的信號(hào)可能發(fā)生在取樣周期內(nèi)任意時(shí)間點(diǎn)的意義上，這里參照?qǐng)D6描述的取樣技術(shù)的特點(diǎn)可能是隨機(jī)的。因此，考慮到取樣速度至少接近棉結(jié)狀組織通過檢測(cè)空間的輸送周期，每個(gè)棉結(jié)信號(hào)中的一部分能被檢測(cè)到，而不必是任意給定棉結(jié)信號(hào)的最高振幅部分。但是，如果樣品尺寸足夠大，例如含有25×103個(gè)棉結(jié)的10克樣品，由于統(tǒng)計(jì)上足夠數(shù)量的棉結(jié)信號(hào)是在它們的峰值幅度附近取樣的，所以統(tǒng)計(jì)上可以確定棉結(jié)狀組織的尺寸分布。這就使得可以產(chǎn)生代表10克樣品的棉結(jié)含量的尺寸分布柱狀圖。
正如上面所討論的那樣，本發(fā)明的特點(diǎn)是效率較高，從而能夠在約30秒的時(shí)間內(nèi)分析10克樣品。即使檢測(cè)空間內(nèi)一次具有很多根纖維，對(duì)本發(fā)明的裝置而言如此高的效率也是可能的，因?yàn)槊藿Y(jié)與纖維相比非常少。然而，在檢測(cè)空間內(nèi)一次出現(xiàn)很多根纖維實(shí)際上增大了本底信號(hào)，使能夠識(shí)別的最小棉結(jié)的尺寸增大了。在效率較高時(shí)，由較小棉結(jié)產(chǎn)生的信號(hào)可能會(huì)無可挽救地被纖維產(chǎn)生的波動(dòng)本底信號(hào)埋沒。
在保持統(tǒng)計(jì)確定較小棉結(jié)的量的能力的同時(shí)保持較高的總進(jìn)料速度的一種方法是在樣品達(dá)到最佳信號(hào)本底比期間，對(duì)不同的最小尺寸棉結(jié)，使裝置10以幾種進(jìn)料速度運(yùn)行。因此，在保持總進(jìn)料速度較高的同時(shí)也可以統(tǒng)計(jì)測(cè)量小棉結(jié)。
另外一個(gè)方法是可以采用速度較高的數(shù)字取樣方式，及采用數(shù)字信號(hào)處理方法(DSP)來識(shí)別各種波形。
在采用較高取樣速度的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，以明顯小于棉結(jié)狀組織通過檢測(cè)空間84的輸送周期的時(shí)間間隔對(duì)圖6中的傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行取樣。作為一個(gè)非限定性的例子，取樣周期是28微秒，比約為250秒的常規(guī)棉結(jié)輸送周期要小一個(gè)數(shù)量級(jí)。
廣義的前和后平均本底抑制法由多個(gè)前和后取樣組成，而不是由一次一個(gè)每一前取樣和后取樣組成。在該實(shí)施例中，平均本底可以是10個(gè)前取樣和10個(gè)后取樣，產(chǎn)生20次取樣的本底平均值，把它與正在計(jì)值的信號(hào)(一般是#11)相比較。
在該方法中，對(duì)于大于某些最少次數(shù)但并不超過某些最多次數(shù)的連續(xù)取樣，如果#11傳感器信號(hào)大于平均本底加閾值，則檢測(cè)到一個(gè)棉結(jié)。例如，對(duì)于至少兩次但不超過四次的連續(xù)取樣，把棉結(jié)規(guī)定為超出了平均本底加閾值的已取樣信號(hào)。該方法改進(jìn)了由于多根纖維中的一部分同時(shí)出現(xiàn)在檢測(cè)空間內(nèi)或由于電噪聲而產(chǎn)生的波動(dòng)本底抑制。由于可以更好地計(jì)算高于平均本底加閾值的多個(gè)信號(hào)幅度，來確定最大幅度，而不是一個(gè)信號(hào)或隨機(jī)信號(hào)幅度，該方法還對(duì)棉結(jié)狀組織的尺寸測(cè)量作出了改進(jìn)。
應(yīng)該注意到，由于DSP的定義是“按數(shù)量和符號(hào)順序表示信號(hào)及處理這些順序?！?，在此已公開的所有棉結(jié)測(cè)量方法都可以認(rèn)為是數(shù)字信號(hào)處理方法(DSP)。(數(shù)字信號(hào)處理，Alan V.Oppenheim and Ronald W.Schafer,Prentice-Hall,Inc,Fnglewood Cliffs,New Jersy,1975.)圖8表示圖6中按照每28微秒取樣的模擬信號(hào)。顯然圖8的21個(gè)樣品中每一個(gè)樣品對(duì)應(yīng)于一個(gè)或一個(gè)以上的緊密隔開的樣品，就如圖7明顯示出的那樣。
雖然已經(jīng)就本發(fā)明的具體實(shí)施例作了描述和說明，但是顯然本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以進(jìn)行各種修改和改變。因此，應(yīng)該理解的是，打算使所附的權(quán)利要求書覆蓋所有這樣的屬于本發(fā)明的真實(shí)構(gòu)思和范圍內(nèi)的修改和改變。
權(quán)利要求
1.用于測(cè)量纖維樣品中棉結(jié)組織的數(shù)量和尺寸分布的裝置，所述的裝置包括一個(gè)橫向伸長(zhǎng)的加速/減速氣流噴嘴，它具有一個(gè)限定在所述噴嘴內(nèi)的檢測(cè)空間，該檢測(cè)空間垂直于通過噴嘴的氣流，所述噴嘴用來將出現(xiàn)在檢測(cè)空間內(nèi)的纖維拉直；一個(gè)單個(gè)化處理器，用于使纖維樣品中的組織單個(gè)化，并將這些組織引入流入所述噴嘴的氣流，使多個(gè)單個(gè)化處理后的組織同時(shí)送到檢測(cè)空間；一個(gè)傳感器輸出裝置，該輸出裝置產(chǎn)生一個(gè)及時(shí)指示檢測(cè)空間內(nèi)任意指定點(diǎn)處的的材料的總量的信號(hào)；及一個(gè)接至傳感器輸出裝置的測(cè)定器，用于接至檢測(cè)和測(cè)量棉結(jié)狀組織尺寸。
2.所述的裝置，其特征在于所述的測(cè)定器以至少接近于棉結(jié)狀組織通過檢測(cè)空間的運(yùn)送時(shí)間的取樣速度從傳感器輸出裝置取樣，并識(shí)別代表棉結(jié)狀組織的信號(hào)幅度。
3.所述的裝置，其特征在于所述的測(cè)定器采用多重取樣的測(cè)定器，因此以上述取樣速度取樣的每個(gè)信號(hào)含有許多組成樣品。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述的橫向伸長(zhǎng)的加速/減速氣流噴嘴具有一個(gè)至喉部逐漸縮小到最小橫截面積的入口部分，及一個(gè)從該最小橫截面積處開始擴(kuò)大的出口部分，其中檢測(cè)空間限定在所述喉部的出口部分的下游內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于檢測(cè)空間由光束和相關(guān)的光學(xué)傳感器確定。
6.一種用于測(cè)量纖維樣品中棉結(jié)組織的數(shù)量和尺寸分布的方法，包括使纖維樣品中的組織單個(gè)化，將所述組織引入流向橫向伸長(zhǎng)的加速/減速氣流噴嘴的流體流中，該噴嘴具有一個(gè)限定在噴嘴內(nèi)的檢測(cè)空間，該檢測(cè)空間垂直于通過噴嘴的氣流，噴嘴用于將出現(xiàn)在檢測(cè)空間內(nèi)的纖維拉直，使多個(gè)單個(gè)化處理后的組織同時(shí)送到檢測(cè)空間；及時(shí)檢測(cè)上述檢測(cè)空間內(nèi)任意指定點(diǎn)處的材料總量，以便產(chǎn)生一個(gè)傳感器輸出信號(hào)；分析傳感器的輸出信號(hào)，以便檢測(cè)和測(cè)量棉結(jié)狀組織的尺寸。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，包括至少以接近棉結(jié)狀組織通過檢測(cè)空間的運(yùn)送周期的取樣速率對(duì)信號(hào)進(jìn)行取樣，并采用前取樣和后取樣平均本底抑制來識(shí)別代表棉結(jié)狀組織的信號(hào)幅度。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，包括多重取樣，從而使以上述取樣速率采集的每個(gè)樣品包含許多組成樣品。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，包括處理多個(gè)不同的進(jìn)料速度的纖維樣品一些部分，得到多個(gè)相應(yīng)的信號(hào)本底比，使得在保持總進(jìn)料速度較高的同時(shí)能夠統(tǒng)計(jì)測(cè)量較小棉結(jié)。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于測(cè)量纖維樣品中棉結(jié)組織的數(shù)量和尺寸分布的裝置和方法。單個(gè)化處理器向橫向伸長(zhǎng)的加速/減速氣流噴嘴內(nèi)送入一些組織,例如纖維和棉結(jié),噴嘴內(nèi)垂直于通過噴嘴的氣流的方向上有一個(gè)橫向伸長(zhǎng)的檢測(cè)空間。設(shè)置樣品的進(jìn)料速度,使多個(gè)單個(gè)化處理后的樣品能夠同時(shí)送入檢測(cè)空間。傳感器輸出裝置產(chǎn)生一個(gè)及時(shí)指示檢測(cè)空間內(nèi)任意給定點(diǎn)處的材料總量的信號(hào),這使得傳感器輸出信號(hào)有一個(gè)由纖維產(chǎn)生的本底以及一些代表棉結(jié)的、偶然的信號(hào)脈沖。測(cè)定器以至少接近棉結(jié)狀組織通過檢測(cè)空間的輸送周期的速度對(duì)信號(hào)取樣,并采用前取樣和后取樣的平均本底抑制來識(shí)別表示棉結(jié)狀組織的信號(hào)幅度。
文檔編號(hào)G01N33/36GK1224844SQ9812458
公開日1999年8月4日 申請(qǐng)日期1998年10月6日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月6日
發(fā)明者F·M·肖夫納, D·A·欣克勒 申請(qǐng)人:第一波呂特龍尼克有限公司