高灵敏度纺纱钢丝圈测速方法与流程

1.本发明属于纺织技术领域，特别涉及一种高灵敏度纺纱钢丝圈测速方法。


背景技术：

2.随着纺织行业用工成本和纺织工艺要求的提高，越来越多的纺织企业开始使用单锭监测系统。该类系统主要通过检测纱线卷绕时带动钢丝圈旋转的速度，来判断当前的各锭位工作状态，从而实现生产统计以及成本控制等功能。目前速度检测方式主要包含光电式和背磁式。


技术实现要素：

3.本发明实施例之一，一种纺纱钢丝圈测速方法，采用的测速电路包括检测头、采样电路、放大电路、滤波电路、峰值检波电路、信号提取电路和mcu。所述检测头有磁铁、线圈和磁芯组成，所述磁铁的表磁为150mt左右。所述检测头到钢丝圈的距离在4-10mm。所述钢丝圈的转速为3000-20000rpm。
4.本发明的测速方法能够实现在强大背景噪声下以高灵敏度提取纺纱钢丝圈微弱转速信号的技术要求。
附图说明
5.通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：
6.图1根据本发明实施例之一的钢丝圈转速检测系统示意图。
7.图2根据本发明实施例之一的检测头磁铁信号耦合干扰示意图。
8.图3根据本发明实施例之一的钢丝圈测速电路原理框图。
具体实施方式
9.单锭监测系统中采用的技术主要包括：光电式、背磁式。
10.光电式主要通过光电二极管来接收钢丝圈的反射信号，经过放大滤波为有用信号，此技术对钢丝圈表面处理工艺要求极高，对检测头的表面清洁度也有要求，且使用该技术的产品成本昂贵。
11.现有的背磁式是将钢丝圈旋转时切割磁力线在线圈中产生的感应电流信号经过简单放大处理为有用信号，该方案对钢丝圈大小及检测头距离钢丝圈的位置要求较高。纺纱品种更换时需要更换相应距离的探头，给用户使用带来不便。
12.本发明的目的是解决现有背磁式单一检测头检测距离范围窄的弊端，通过硬件电路及软件算法的设计，允许同一检测头对距离范围达到4-10mm的不同尺寸钢丝圈速度(3000-20000rpm)进行可靠检测。该发明的关键在于如何在宽距离范围内从相邻检测头信
号互相干扰产生的强大背景噪声下提取有用信号。
13.根据一个或者多个实施例，一种纺纱钢丝圈转速检测的方法，基本原理是利用金属材料在磁场中快速切割磁力线，在线圈中产生感生电流，经过电流采样信号放大、滤波、整形、峰值检波等电路处理后送至mcu进行软件滤波、逻辑运算，从而提取有用的转速脉冲信号。如图1示。
14.检测头到钢丝圈的允许范围越宽，则同一检测头兼容的不同纺纱品种越多(纺纱品种决定选用的钢领钢丝圈尺寸)。想实现远距离的检测，需要我们的磁铁有更高的磁通量φ、更多的线圈匝数n，信号处理板具有更大的放大倍数g，线圈中产生的感应电动势e＝-n*dφ/dt。磁场强度的增大带来的优势是在检测体与钢丝圈的距离更远时依然能够检测到钢丝圈旋转切割磁力线的变化，但是增大的磁铁吸力会对钢丝圈正常旋转造成较大的阻碍，影响纱线品质。线圈匝数的增加在增大感应电流的同时也会加大通电线圈自身产生的磁场强度，造成相邻通道间更大的信号耦合，如图2所示。
15.根据一个或者多个实施例，探测头选择表磁150mt左右的磁铁，其满足在4-10mm范围内磁场强度偏低，距离》10mm后磁通量迅速衰减。尽量降低对钢丝圈运动的影响。
16.线圈匝数3500圈偏高选择用于在远距离时获取足够的感应信号。在该磁场强度以及线圈匝数下，信号放大倍数的选择确保在10mm处检测到的转速信号强度》100mv，以便于信号处理器可靠识别正常信号与干扰信号，同时在4mm近距离处信号过饱和程度不深，满足在最高旋转速度20000转(脉冲间隔3ms)时，过饱和的信号能在下一个转速信号到来之前恢复，且相邻通道产生的耦合干扰信号不会达到饱和。
17.检测头与钢丝圈的距离是随着纺纱品种的更换而变化。在恒定的放大倍数下，随着检测距离的靠近或钢丝圈旋转速度的增加相邻通道的同频干扰信号也随之增大，近距离时产生的耦合干扰信号(1.3v)远大于距离远时正常的转速信号(0.2v)。如果不能滤除，会检测到2倍甚至于3倍的错误转速信号。
18.现有的背磁方案一般是在更换纱线品种时更换不同长短的检测头，来保证检测头与钢丝圈的距离维持在比较小的变化范围，使正常信号与干扰信号的比例接近，易于滤除。本实施例方案，在检测头不更换的前提下，自适应检测距离宽范围的波动，自动跟踪并滤除不同距离不同钢丝圈旋转速度下的干扰信号，以获取正确的转速信号。
19.根据一个或者多个实施例，一种纺纱钢丝圈转速检测的电路，信号处理电路如图3示。包含信号采集电路、放大电路、滤波电路、信号提取电路、峰值检波电路以及算法处理电路。信号采集电路用于提取钢丝圈切割磁力线在线圈中产生的感应信号。滤波电路滤除高频干扰信号。峰值检波电路实时提取不同距离、不同钢丝圈转速下的信号及同频噪声的幅度，为运算处理器提供模拟信号幅值。信号提取电路主要由比较电路构成，通过阈值设置过滤当前距离下的干扰信号，输出与转速信号同频的数字方波信号，供运算处理器获取转速信息。算法处理电路采集多路信号和噪声幅值并与信号提取电路的输出波形建立相关性，自动跟踪干扰信号的幅值，并转换成高于噪声的阈值送至信号提取电路，为干扰设置门限，以此达到噪声抑制、背景自动跟踪和阈值自动跟踪的目的。
20.如图3所示，每路检测通道配备独立的信号采集、滤波、峰值检波、信号提取电路。而对不同距离及不同转速下通道间同频干扰信号的抑制主要来自于对信号提取电路进行正确的阈值设置。检测头距离钢丝圈远时，转速信号弱，同时干扰信号也较弱，当检测距离
近时，相邻通道产生的干扰信号超过远距离时的正常转速信号。同时钢丝圈高速旋转时的耦合干扰信号强于低转速。因此对正常转速信号的判别阈值设置需根据检测头与钢丝圈的距离以及转速的升高降低进行实时调节。
21.进一步的，将比较电路的初始阈值设置为所需检测的最小信号幅值100mv(该电路的前提条件是所需检测的信号在3000rpm/10mm距离时的幅值》初始阈值)，周期性采集各通道的峰值检波信号并排序。在钢丝圈未旋转时，没有转速信号，也没有耦合干扰。峰值检波信号低于阈值100mv，不会触发信号提取电路的转速方波输出。
22.如果各路信号的检波幅值均未达到设置的初始阈值，则将该信号判断为噪声，并将输出比较电路的阈值调节为信号值最高通道的(检波幅值
△
mv)，即最大干扰信号 余量。
△
mv的选取由此时干扰信号的检波幅值决定，在远距离低转速时，干扰信号小，正常的转速信号也小，在3000rpm/10mm时的干扰信号与转速信号的幅值差为200mv，此时一般选取100mv左右的余量，确保既能够正确的识别转速信号，又能够可靠的抑制干扰。
23.当钢丝圈开始旋转，通道的检波幅值开始超过初始的比较阈值，此时会逐渐开始检测到》1个通道的正常转速信号，干扰信号也随之增加，此时将无转速通道中信号值最高的(检波幅值
△
mv)设置为输出比较电路的阈值，过滤最高干扰信号幅值以下的各通道噪声。
△
mv的选取根据当前转速信号的检波幅值来确定。
24.钢丝圈与检测头距离远时，随着转速的上升信号幅值与干扰幅值的差值从200mv增加至800mv，此时干扰信号《100mv,
△
mv的选取依然可以保持在100mv。
25.钢丝圈与检测头距离近时，随着转速的上升信号幅值与干扰幅值的差值从200mv增加至1.3v，干扰信号的增长量总是落后于转速信号。此时最大的干扰信号达到1v,且由于信号增强、放大倍数高，导致干扰信号的波动加大，在信号幅值达到满幅度的情况下，
△
mv选取》300mv,来抑制干扰信号的波动可能会造成的错误比较电路输出。
26.如果多个通道均检测到正常转速信号，则将峰值检波信号最低的通道(检波幅值
‑△
mv)设置为阈值。
△
mv的选取同样取决于峰值检波信号的大小，近距离高转速时，检波峰值高，信号与干扰的差值较大，
△
mv选取大，反之，远距离低转速时，检波峰值低，信号与干扰的差值小，
△
mv选取较小的值。
27.在各通道均检测到过正常转速信号的情况下，如果中间出现过个别通道纱线断，钢丝圈停止旋转的情况，那么该阈值保持不变，当重新接线，钢丝圈继续旋转时，该通道依然适用于原来的阈值设置。对该通道产生的干扰与信号强度具有记忆功能。
28.本发明实施例使用该算法来调节输出比较电路的阈值，过滤不同距离、不同转速产生的同频强、弱背景噪声。
29.因此，本发明技术方案带来的有益效果是，通过创新设计背景金属自动跟踪、噪声抑制、阈值自动跟踪算法等，解决了更换纺纱品种(不同尺寸钢领钢丝圈)时需要更换匹配探头的缺陷。
30.值得说明的是，虽然前述内容已经参考若干具体实施方式描述了本发明创造的精神和原理，但是应该理解，本发明并不限于所公开的具体实施方式，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合，这种划分仅是为了表述的方便。本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。