专利名称：单丝质量检测方法及检测器的制作方法
技术领域：
本发明的涉及一种缫丝生产中对蚕丝质量进行检测，特别是对单丝质量进行检测的单丝质量检测方法及检测器。
背景技术：
在蚕丝生产过程中，蚕的质量是决定蚕丝质量的关键因素，好的蚕才能吐出好的丝。活蛹缫丝就是通过对众多备选活体蛹茧丝质量的比较，从中选出优质活体蛹作为蚕种， 以期繁衍出优质后代，获得优质蚕丝。目前，国内蚕茧丝生产行业在活蛹选种环节还是采用传统的活蛹缫丝技术以人工方式测量单丝的长度、断点、首断长度，由检测员用肉眼观测并记录颡节数，试验结果受人为因素影响大，而且数据量很大，需要花费大量的人力和时间，做一次试验需要十几天才能获得结果，效率很低。传统活蛹缫丝技术远落后于茧丝行业的其他生产工艺技术，严重制约了茧丝行业的发展。全国各地的蚕种站及众多的缫丝厂家迫切需要改变选种过程在桑蚕茧丝生产中的瓶颈和短腿现状，期待着高效率活蛹缫丝设备诞生，以取代传统落后的活蛹缫丝装置。
发明内容
本发明的目的就是提供一种在缫丝生产中对蚕丝单丝质量进行检测的，并能自动统计质量检测数据的单丝质量检测方法及检测器。本发明的解决方案是这样的
本发明的单丝质量检测方法，包括步骤
(1)、在光电接收管T2上的二维平面投影面积dlXh区域中设定单丝通过投影区的投影直径d3，颡节通过投影区的投影直径d2，其中d2 > d3 ;
(2)、光电接收管T2在接收到的投射阴影在大于d3且小于d2范围内时，经模拟电路放大后最终输出电压V满足V1 < V < V2 ;接收到投射阴影大于d2时，输出电压V满足:
V^ V2 ;并将Vl设定为走丝比较电压、V2设定为颡节比较电压；
(3)、设置单片机，对光电接收管T2输出的电压经模拟电路放大后的输出电压V进行数据米集和控制；
(4)、单片机对采集到的光电接收管T2输出电压经模拟电路放大后最终的输出电压V 进行识别的步骤为当输出电压V为Vl彡V<V2时，识别为正常走丝；当输出电压V彡V2 时，识别为颡节存在；当输出电压V < Vl时，识别为断丝或抽丝完成。更具体的方法还包括步骤
调整光电发射管发射信号的功率，使光电发射管发射出的光强度与蚕丝的投影面积 d2 Xh成正比关系。设置负反馈自动调整平衡�？椋媚？榻邮展獾缃邮展苁涑龅男藕牛远髡獾绶⑸涔芊⑸涞墓β�。设置信号整形I�？椋怨獾缃邮展躎2检测到的信号进行放大。
设置DC隔离�？楹托藕耪�3�？椋珼C隔离�？橛糜谥绷鞲衾肽？槁说糁绷鞒煞郑惫獾缃邮展躎2输出电压经模拟电路放大后最终输出电压V < Vl时，由于DC隔离模块有隔直流信号电路所以模拟电路最终输出的信号为零，单片机通过内部高速模数转换器实时采样判断蚕丝的单丝走丝情况为无走丝信号情况或抽丝信号情况；信号整形3�？樘峁└テ诓磕Ｊ黄鹘姓蚝透合蛲槐湫藕挪杉テü诓扛咚倌Ｊ黄魇凳辈裳卸喜纤康牡ニ孔咚壳榭霾⒏莨獾缃邮展躎2的输出电压V，进行正常走丝、 颡节存在的判断。设置数字电位器，用于接收单片机数据，进而控制光电检测电路中接收电路的接收信号幅度。本发明的单丝质量检测器包括
光电检测�？椴捎霉獾缂觳饽？椋源庸獾绶⑸涔躎l和光电接收管T2检测范围内通过的丝进行检测，光电接收管T2的输出电压经模拟电路放大后最终输出电压V ；
单片机控制�？榻邮展獾缂觳饽？榉⒊龅男藕牛缘ニ吭诩觳馄鞴獾缍怨艿募觳夥段谧叨彼谋浠藕爬磁卸喜纤康脑硕�、颡节及断点情况，设定正常走丝比较电压Vl和设定颡节比较电压V2 ;当输出电压V为当输出电压V为Vl <V<V2时，识别为正常走丝；当输出电压V彡V2时，识别为颡节存在；当输出电压V < Vl时，识别为断丝或抽丝完成。更具体的检测器还包括
设置有DC隔离模块和信号整形�？�3，同时接收光电检测模块的输出信号，对于光电检测�？槭涑龅墓潭ㄐ藕庞蒁C隔离�？榈母糁绷餍藕诺缏匪阅Ｄ獾缏纷钪帐涑龅男藕盼悖荽偷降テ欢杂诠獾缂觳饽？槭涑龅谋浠藕庞尚藕耪�3�？榻姓畏糯螅荽偷降テ�。设置有数字电位器，用于接收单片机对数字电位器进行控制的信号，输出控制信号到光电检测�？椋刂乒獾缂觳饽？橹薪邮盏缏返慕邮辗�。设置有负反馈自动调整平衡�？椋糜诮邮展獾缂觳饽？槭涑龅男藕牛涑龅男藕趴刂乒獾缂觳饽？橹泄獾绶⑸涔艿姆⑸涔β省１痉⒚鞯挠诺闶窃阽宜可卸圆纤康ニ恐柿拷凶远觳獾模⒛茏远臣浦柿考觳馐荩矢�。
附图是本发明的实施例。
附图I是本发明检测光路示意图。
附图2是有蚕丝运动检测示意图。
附图3是颡节检测示意图。
附图4是硬件电路框架示意图。
附图5是主函数数据处理流程图。
附图6是定时中断数据采集流程图。
附图7是单丝质量检测器外形三维示意图。
具体实施例方式本发明的单丝质量检测方法包括步骤
(1)、在光电接收管T2上的二维平面投影面积dlXh区域中设定单丝通过投影区的投影直径d3，颡节通过投影区的投影直径d2，其中d2 > d3 ;
(2)、光电接收管T2在接收到的投射阴影在大于d3且小于d2范围内时，经模拟电路放大后最终输出电压V满足V1 < V < V2 ;接收到投射阴影大于d2时，输出电压V满足:
V^ V2 ;并将Vl设定为走丝比较电压、V2设定为颡节比较电压；
(3)、设置单片机，对光电接收管T2输出的电压经模拟电路放大后的输出电压V进行数据米集和控制；
(4)、单片机对采集到的光电接收管T2输出电压经模拟电路放大后最终的输出电压V 进行识别的步骤为当输出电压V为Vl彡V<V2时，识别为正常走丝；当输出电压V彡V2 时，识别为颡节存在；当输出电压V < Vl时，识别为断丝或抽丝完成。调整光电发射管发射信号的功率，使光电发射管发射出的光强度与蚕丝的投影面积d2 Xh成正比关系。设置负反馈自动调整平衡�？椋媚？榻邮展獾缃邮展苁涑龅男藕牛远髡獾绶⑸涔芊⑸涞墓β省Ｉ柚眯藕耪蜪�？椋怨獾缃邮展躎2检测到的信号进行放大。设置DC隔离�？楹托藕耪�3模块，DC隔离�？橛糜谥绷鞲衾肽？槁说糁绷鞒煞郑惫獾缃邮展躎2输出电压经模拟电路放大后最终输出电压V < Vl时，由于DC隔离�？橛懈糁绷餍藕诺缏匪阅Ｄ獾缏纷钪帐涑龅男藕盼悖テü诓扛咚倌Ｊ黄魇凳辈裳卸喜纤康牡ニ孔咚壳榭鑫拮咚啃藕徘榭龌虺樗啃藕徘榭觯恍藕耪�3�？樘峁└テ诓磕Ｊ黄鹘姓蚝透合蛲槐湫藕挪杉テü诓扛咚倌Ｊ黄魇凳辈裳卸喜纤康牡ニ孔咚壳榭霾⒏莨獾缃邮展躎2的输出电压V，进行正常走丝、 颡节存在的判断。设置数字电位器，用于接收单片机数据，进而控制光电检测电路中接收电路的接收信号幅度。本发明的单丝质量检测器包括
光电检测�？椴捎霉獾缂觳饽？椋源庸獾绶⑸涔躎l和光电接收管T2检测范围内通过的丝进行检测，如附图I所示，光电接收管T2的输出电压经模拟电路放大后最终输出电压V;
单片机控制�？榻邮展獾缂觳饽？榉⒊龅男藕牛缘ニ吭诩觳馄鞴獾缍怨艿募觳夥段谧叨彼谋浠藕爬磁卸喜纤康脑硕Ⅱ诩岸系闱榭觯瓒ㄕＷ咚勘冉系缪筕l和设定颡节比较电压V2 ;当输出电压V为Vl < V< V2时，识别为正常走丝；当输出电压V彡V2时，识别为颡节存在；当输出电压V < Vl时，识别为断丝或抽丝完成。设置有DC隔离模块和信号整形�？�3,同时接收光电检测�？榈氖涑鲂藕�,对于光电检测�？槭涑龅墓潭ㄐ藕庞蒁C隔离�？榈母糁绷餍藕诺缏匪阅Ｄ獾缏纷钪帐涑龅男藕盼悖荽偷降テ欢杂诠獾缂觳饽？槭涑龅谋浠藕庞尚藕耪�3�？榻姓畏糯螅荽偷降テ�。设置有数字电位器，用于接收单片机对数字电位器进行控制的信号，输出控制信号到光电检测模块，控制光电检测�？橹薪邮盏缏返慕邮辗�。设置有负反馈自动调整平衡�？椋糜诮邮展獾缂觳饽？槭涑龅男藕牛涑龅男藕趴刂乒獾缂觳饽？橹泄獾绶⑸涔艿姆⑸涔β省＞咛迨凳├缦�
如附图I所示，发射管Tl发出的测量光束经过毛玻璃I进行均匀处理之后，再经过低通滤波片2照射到光电管的接收管T2上；发射管Tl发射出是波长为700nm的光电信号，光信号束经过毛玻璃后会在毛玻璃的作用下变得均匀；截止波长为850nm的低通虑波片可有效的减弱各种杂波的干扰，使光路检测的抗干扰性能得到提高。如附图2和附图3所示，本系统的光路检测实现原理是利用光传输的平行特性， 在光传输路线上有物体时会投下阴影的方法。当发射光直接照射到接收光电检测电路时， 在光电接收管T2上的二维平面投影为一个长度为dl，高度为h的窗口 ；当光电检测的范围内有蚕丝(单丝)时，蚕丝会将一部分的照射光给遮挡�。赥2的检测窗口上产生一个宽度为蚕丝直径d2，高度为h的投射阴影，此时在T2产生的电压为VI，设定为正常走丝比较电压。设定颡节比较电压V2，相当于在T2上的二维平面投影设置为一个长度为d2， 高度为h的窗口。蚕丝运动时，由于蚕丝上有很多细小纤维丝外散的情况导致了输出电压V发生变化，变化量为Afr，且
F1与蚕丝的投影面积的变化量成正比关系；由于在电路中采用负反馈自动调整
发射光强技术，发射管发射出的光强度与蚕丝的投影面积也成正比关系；此时，通过检测变化量可实现检测有蚕丝走动的情况。当有颡节通过检测区的时，照射光被遮挡的面积突然变大或变�。獾缃邮盏缏方邮盏秸丈涔獾耐队懊婊蝗槐湫』虮浯螅蓖队懊婊笥赿2 Xh时，其结果为输出电压F >ta，即可判定为颡节，从而实现检测颡节的目的。在测量的过程中，被测蚕丝将会左右晃动，但只要蚕丝的晃动没有超出T2的检测窗口，那么蚕丝在T2检测窗口上的投影面积不变。由此可见，在测量的过量中蚕丝的有限晃动不影响测量的结果。单丝质量检测器的工作原理是利用单丝在检测器光电对管的检测范围内走动时所产生的变化信号来判断蚕丝的运动、颡节及断点情况。当单丝静止在传感器的检测范围内或者传感器的检测范围内没有任何东西的时候，输出电压V < VI，单片机通过内部高速模数转换器实时采样判断蚕丝的单丝走丝情况为无走丝信号情况。当单丝在检测器的检测范围内运动的时候，由于单丝是一个在小范围内有很多纤维丝外散的情况，所以单丝在检测器检测范围内运动时对光线的遮挡面积就会在一个很小范围内变化，而这些变化会产生相应的输出信号的变化。这种信号是一种小幅度、无规则的交变信号，当其通过信号整形电路、直流隔离、信号整形，一系列模拟电路之后被单片机内部模数转换器采样得到走丝信号。如果某段单丝上带有颡节(颡节相对于那些发散的纤维丝是很大的)的话，当其通过检测器的检测区时，会产生一个比正常走丝信号幅度大很多的突变信号。这个突变信号通过信号整形、信号反向电路之后，会分别被单片机内部的模数转换器采样，然后将采得的幅度数值跟设定的颡节幅度值(颡节幅度值可根据实际需要设定) 进行比较得出最后的结果并进行颡节计数。
当单丝在检测器检测范围内运动发生断丝或者抽丝完成的时候，电路的输出信号就变成零。这时单片机的内部模数转换器对输出信号持续一段时间的采样，如果这段时间内检测到的信号都是零信号，单片机则判断为断点信号。如附图4所示，当蚕丝在光电检测器检测区域范围内运动的时，光电检测�？橹械墓獾缃邮盏缏坊崾涑鲆桓鲂》�、无规则，交变变化的信号，此信号功率的大小可以通过单片机改变数字电位器的阻值来调节，进而控制光电检测电路中接收电路的接收信号幅度。光电检测�？槭涑龅男藕牛ü藕耪蜪�？榻行藕欧糯螅⒎殖扇芬宦吠ü绷鞲衾肽？槁说糁绷鞒煞郑倬藕耪�2模块电路放大到一定的倍数以便单片机内部模数转换器进行数据采集(即走丝信号AD监测I);另一路则进入信号平衡自动调节反馈电路�？椋僮饔糜诠獾缂觳獾缏分械姆⑸涞缏罚远刂品⑸湫藕诺墓β�(即当信号由低(高)到高(低)变化时，信号的高低变化是前一时刻的信号电压与后一时刻的信号电压比较，信号的输出电压值的范围为O到2. 5V。信号通过反馈回路控制光电发射管的发射强弱以达到一个动态平衡的状态);而最后一路则通过信号整形3�？楹托藕欧聪蚰？榈缏氛沃蠓直鹛峁└テ诓磕Ｊ黄鹘姓蛐藕藕透合蛐藕诺牟杉�(即框架图中的颡节信号AD监测2和颡节信号AD监测3)。单片机通过控制数字电位器控制光电检测电路中接收电路的增益，这样就可以控制检测器的检测灵敏度。在单片机�？橹惺侗痱谛藕诺那疤崾亲咚啃藕臕D监测I�？橹屑嗖獾阶咚康挠行藕牛僭谧咚啃藕庞行У那疤嵯赂蒡谛藕臕D监测2和颡节信号 AD监测3的监测结果来识别是否有颡节通过。外围的数据采集单元可通过标准的Modbus RTU通讯协议口令,读取单片机中的断点、首断长度、长度及颡节寄存器的值。设置各种系统参数如光电检测的灵敏度，单片机通信的波特率，颡节的幅度、长度、间隔的设定。从附图4可以得到硬件电路所具备的功能有
(1)、检测走丝信号；
(2)、检测正向和负向颡节信号颡节信号有可能是正向的突变信号也有可能是负向的突变信号或者两者都有。当有颡节通过检测区的时候信号会产生一个变大或者变小的信号而硬件电路中有两路分别检测正向信号突变和负向信号突变，确保颡节信号检测的准确率；本实施例只对正向的突变信号进行检测。(3)、负反馈自动调整信号平衡一个茧解出来的蚕丝一般是中间一段粗两边较细，所以当蚕丝走丝的前一部分粗(细)渐变为细(粗)的时候，输出的信号通过负反馈自动调整平衡电路�？榇聿⒆饔糜诠獾绻芊⑸涞缏罚档�(提高)光电管的发射强度从而使最终光电检测�？榈缏肥涑龅男藕胖匦麓锏揭桓鲂碌亩胶舛恢劣诒幌低澄笕衔球谛藕�(判断为颡节信号的是当检测到一定的时间范围内(本系统的时间范围默认值为 16*0. 03ms，此值可以根据实际在上位机上设定)产生的突变信号均大于设定的颡节电平 (该系统默认的值为115*2. 5/256 v 一一单片机内部8位模数转换器，参考电压是2. 5V))；
(4)、光电检测灵敏度可调通过单片机控制数字电位器调节接收到信号的强弱，从而实现检测器灵敏度的控制。在该单丝质量检测器的系统中软件部分采用的是标准的Modbus — RTU通讯协议，通信接口是通用的485半双工通信模式。系统软件的工作流程如附图5和附图6所示。
权利要求
1.一种单丝质量检测方法，其特征在于包括步骤(1)、在光电接收管T2上的二维平面投影面积dlXh区域中设定单丝通过投影区的投影直径d3，颡节通过投影区的投影直径d2，其中d2 > d3 ;(2)、光电接收管T2在接收到的投射阴影在大于d3且小于d2范围内时，经模拟电路放大后最终输出电压V满足V1 < V < V2 ;接收到投射阴影大于d2时，输出电压V满足:V^ V2 ;并将Vl设定为走丝比较电压、V2设定为颡节比较电压；(3)、设置单片机，对光电接收管T2输出的电压经模拟电路放大后的输出电压V进行数据米集和控制；(4)、单片机对采集到的光电接收管T2输出电压经模拟电路放大后最终的输出电压V 进行识别的步骤为当输出电压V为Vl彡V<V2时，识别为正常走丝；当输出电压V≤V2 时，识别为颡节存在；当输出电压V < Vl时，识别为断丝或抽丝完成。
2.根据权利要求I所述的单丝质量检测方法，其特征在于还包括步骤调整光电发射管发射信号的功率，使光电发射管发射出的光强度与蚕丝的投影面积d2Xh成正比关系。
3.根据权利要求2所述的单丝质量检测方法，其特征在于还包括步骤设置负反馈自动调整平衡�？椋媚？榻邮展獾缃邮展苁涑龅男藕牛远髡獾绶⑸涔芊⑸涞墓β�。
4.根据权利要求I所述的单丝质量检测方法，其特征在于还包括步骤设置信号整形I �？椋怨獾缃邮展躎2检测到的信号进行放大。
5.根据权利要求4所述的单丝质量检测方法，其特征在于还包括步骤设置DC隔离�？楹托藕耪�3�？椋珼C隔离�？橛糜谥绷鞲衾肼说糁绷鞒煞郑惫獾缃邮展躎2输出电压经模拟电路放大后最终输出电压V < Vl时，由于DC隔离�？橛懈糁绷餍藕诺缏匪阅Ｄ獾缏纷钪帐涑龅男藕盼悖テü诓扛咚倌Ｊ黄魇凳辈裳卸喜纤康牡ニ孔咚壳榭鑫拮咚啃藕徘榭龌虺樗啃藕徘榭觯恍藕耪�3模块提供给单片机内部模数转换器进行正向和负向突变信号采集，单片机通过内部高速模数转换器实时采样判断蚕丝的单丝走丝情况并根据光电接收管T2的输出电压经模拟电路放大后最终的输出电压W，进行正常走丝、颡节存在的判断。
6.根据权利要求I所述的单丝质量检测方法，其特征在于还包括步骤设置数字电位器，用于接收单片机数据，进而控制光电检测电路中接收电路的接收信号幅度。
7.—种单丝质量检测器，其特征在于包括光电检测�？椴捎霉獾缂觳饽？椋源庸獾绶⑸涔躎l和光电接收管T2检测范围内通过的丝进行检测，光电接收管T2的输出电压经模拟电路放大后最终输出电压V ；单片机控制�？榻邮展獾缂觳饽？榉⒊龅男藕牛缘ニ吭诩觳馄鞴獾缍怨艿募觳夥段谧叨彼谋浠藕爬磁卸喜纤康脑硕�、颡节及断点情况，设定正常走丝比较电压Vl和设定颡节比较电压V2 ;当输出电压V为Vl彡V < V2时，识别为正常走丝；当输出电压V彡V2时，识别为颡节存在；当输出电压V < Vl时，识别为断丝或抽丝完成。
8.根据权利要求7所述的单丝质量检测器，其特征在于设置有DC隔离�？楹托藕耪文？�3，同时接收光电检测�？榈氖涑鲂藕牛杂诠獾缂觳饽？槭涑龅墓潭ㄐ藕庞捎贒C隔离�？榈母糁绷鞴δ芩阅Ｄ獾缏纷钪帐涑龅男藕盼悖荽偷降テ欢杂诠獾缂觳饽？槭涑龅谋浠藕庞尚藕耪�3�？榻姓畏糯螅荽偷降テ�。
9.根据权利要求7所述的单丝质量检测器，其特征在于设置有数字电位器，用于接收单片机对数字电位器进行控制的信号，输出控制信号到光电检测模块，控制光电检测�？橹薪邮盏缏返慕邮招藕欧取�
10.根据权利要求7所述的单丝质量检测器，其特征在于设置有负反馈自动调整平衡�？椋糜诮邮展獾缂觳饽？槭涑龅男藕牛涑龅男藕趴刂乒獾缂觳饽？橹泄獾绶⑸涔艿姆⑸涔β�。
全文摘要
一种单丝质量检测方法及系统，其特征在于在光电接收管T2上的二维平面投影面积d1×h区域中设定单丝通过投影区的投影直径d3，颣节通过投影区的投影直径d2，其中d2＞d3；设定走丝比较电压V1和颣节比较电压V2；光电接收管T2输出电压经模拟电路放大后最终的输出电压V为V1≤V＜V2时，识别为正常走丝；当输出电压V≥V2时，识别为颣节存在；当输出电压V＜V1时，识别为断丝或抽丝完成。设置单片机，对光电接收管T2输出的信号进行数据采集和控制；单片机对采集到的光电接收管T2输出电压V进行正常走丝、颣节、断丝或抽丝完成的识别。本发明的优点是在缫丝生产中对蚕丝单丝质量进行自动检测的，并能自动统计质量检测数据，效率高。
文档编号G01N21/89GK102608035SQ20121007120
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月19日 优先权日2012年3月19日
发明者刘文烽, 温荃, 邢印强, 陈瑛, 陶遇春, 韦炳机 申请人:柳州市自动化科学研究所
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