专利名称：用于检测实心线形物体的测量端的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种检测仪，具体涉及一种用于检测实心线形物体的测量端。
背景技术：
在纺织工业中，要求能够可靠辨识纱线等细长纺织品中的聚丙烯等杂质。一般使用光学装置来实现该目的。但是，光学装置具有如下缺点其无法辨识透明杂质，即与被测物品具有相同颜色，或者隐藏在被测物品内部且从外部无法看见的杂质。通过采用电学装置，尤其是电容装置，可规避光学测试方法的不足。EP-0924513A1 中公开了一种用于对被测纺织品中杂质进行电容式识别的方法和设备。令被测物品移动穿过平板电容器，并受交变电场的作用。求出该被测物品的介电特性。通过所述介电特性求出两个电气值，然后将这两个电气值进行整合，得到一特征值，该特征值与被测物品的质量无关。将该特征值与先前已求得的相关材料的特征值进行比较，即可确定杂质所在的位置。EP-0924513A1中公开的关于所述设备的优选实施例中，除了使用实际测量电容器夕卜，同时还使用参考电容器，以消除由空气温度或空气湿度等外部干扰引起的多余信号。通过增加一块与所述两个测量电容极板相平行的第三电容极板即可形成所述参考电容器，且该三块电容极板连接在一起形成电容电桥。这些电容极板的尺寸均为约7mmX7mm，极板间距为约2mm。根据前面的描述，可观察到以下事实即信号噪声随着电极间距的增加而增大。而且，当被测物品横向从一个电容电极移动到另一个电容电极时，输出信号会发生变化。这种变化结果是伪像，与被测物品移动穿过测量电容器时因其横向振动而引起的大噪声相同。这些干扰信号主要会带回测量电容器中的边界效应。从公开文本US2950436、 US3523246、GB1373922或GB2102958可知，可通过在测量电容器的边缘处使用防护电极来减少边界效应。通过这种方法，有效测量区域将仅限于测量电容器中具有均勻电场的中间区域。防护电极与地或其他常值电压相连，从而使实际测量局部电极(位于测量电容器中间区域)能够免受边界效应的干扰。尽管采用了这种测量方法，也不能彻底消除所述干扰信号。尤其，由于测量局部电极和防护电极间存在电势差，因此这两个电极间的固有当前寄生电容会对测量结果具有不良影响。若要减少寄生电容的影响，则必需增加测量局部电极与防护电极间的间距。然而，由于测量局部电极边缘处的电场会因此而变得不均勻，从而使得防护电极的期望保护效果无法达到。而且，随着电极以这种方式变大，测量端会占据更多的空间，而这是不利于实际应用的。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于检测实心线形物体的测量端，它可以减少信号噪声。为解决上述技术问题，本实用新型用于检测实心线形物体的测量端的技术解决方案为[0009]包括测量电容器，所述测量电容器包括第一平板电容极板、第二平板电容极板，两个平板电容极板彼此平行，其间距为1 3mm ；所述第二电容极板包括三个彼此电绝缘的局部电极，测量局部电极位于中央，两个防护电极位于外部；三个局部电极之间分别通过两个绝缘层实现电绝缘。 所述两个防护电极沿第二电容极板的前边缘相互连接，形成C形防护电极。所述C形防护电极的两个边缘沿第二电容极板的后边缘连接并闭合，形成环形。所述第二平板电容极板的另一侧设有第三平板电容极板，第三平板电容极板与所述第一平板电容极板相对于第二平板电容极板对称设置。所述两个平板电容极板的间距为1. 5 2. 0mm。所述两个平板电容极板的厚度为0. 8 士0. 05mm。所述两个平板电容极板的外表面涂有镍层。所述两个防护电极的高度(即X方向的长度)为1 士0.05mm。所述两个绝缘层的高度为0.5士0.05mm。所述测量局部电极的高度为4士0.05mm。本实用新型可以达到的技术效果是本实用新型通过电容装置对梳棉条、粗纱、纱线或织物等实心、细长的纺织品进行测试，能够探测杂质或辨识每单位长度内质量的变化。本实用新型的输出信号与被测物品在横向方向上的位置无关，对空间的要求也较低。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细的说明
图1是本实用新型用于检测实心线形物体的测量端的第一实施例的透视图；图2是测量电容器内电场线方向的侧视图；图3至图5是本实用新型的其他三个实施例的透视图；图6、图7是本实用新型的两个实施例的电路框图。图中附图标记说明1为测量端，2为测量电容器，21为第一电容极板，22为第二电容极板，23为测量局部电极，24、24. 1、24. 2为防护电极，25、25· 1、25· 2为绝缘材料，26为通路，27. 1-27. 4为电线，28为测量区域，29为交变电场，2’为根据现有技术的测量电容器，21，、22，为根据现有技术的电容极板，28’为根据现有技术的测量区域，29’为根据现有技术的交变电�。�3为参考电容器，32为电容极板，37为电线，4为交变电压发生器，[0040]5为集电极电路，51为输入导线，52为双极性晶体管，53为基极，54为集电极，55为发射极，
56-58为电阻，59为集电极电路的输出导线，6为探测器电路，69为探测器电路的输出导线，7为估值电路，79为设备的输出导线，8为跨导倒数放大器电路，81为输入导线，82为运算放大器，83为反馈导线，89为跨导倒数放大器电路的输出导线。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型用于检测实心线形物体的测量端1包括测量电容器2 ；测量电容器2是双平板电容器，包括第一平板电容极板21和第二平板电容极板22。电容极板 21,22均具有约0. 8mm的厚度，由黄铜等组成，并且为了达到更高的抗磨损强度还可以涂上镍。这两个电容极板21、22彼此相距约l_3mm，优选地，其相距1. 5-2. Omm厚的气隙，从而构成实心、细长被测物品9的通路26。被测物品9可以是纱线等。所述被测物品9沿着纵向χ穿过通路26，并因此受到在所述两个电容极板21、22间所产生的交变电场29 (比较图 2(b))的作用。测量电容器2包括至少一个防护电极24. 1,24. 2，用于减少交变电场29中边界效应对该测量电容器2输出信号的影响。在图1所示实施例中，第二电容极板22被隔成三个彼此电绝缘的局部电极23、24. 1,24. 2 即一个位于中央的测量局部电极23、及两个位于外部的局部电极24. 1、24. 2(其构成两个防护电极)。绝缘材料25. 1,25. 2，可以是陶瓷或塑料等，分别位于两个相邻的局部电极23、24. 1和23、24. 2之间，这样该三个局部电极23、24. 1、
24.2就从结构上构成了一个单位的真正的电容极板22。各个部分23、24. 1,24.2,25. 1、
25.2在χ轴方向上的长度可分别如下防护电极24. 1、24.2皆为约1mm，绝缘材料25. 1、 25. 2皆为约0. 5mm，测量局部电极23为约4mm。因此该第二电容极板22的总长度为约7mm ； 其在ζ轴方向上的长度也大约为7mm。优选地，第一电容极板21的尺寸实质上相同。测量局部电极23与防护电极24. 1,24. 2的长度比可根据实际应用实现最优。在任何情况下，为了确保通过所述防护电极24. 1,24. 2能够达到最佳保护效果，并能令测量端1保持较小的几何尺寸，绝缘材料25. 1,25.2的长度应该尽可能小。第一电容极板21及第二电容极板22的三个局部电极23、24. 1,24. 2为各自的电线27. 1-27. 4所连接，这样单电压就可施加到这些电极上，或者由这些电极流出。电气连接框图将在图6和7中作更详细的处理。在图2所示侧视图中，分别示出了测量电容器2’和2内的交变电场29’和29的电场线方向的瞬态示图，其中在测量电容器2’和2的电容极板21’、22’和21、22上分别施加有电压。图2(a)中绘制了普通双极板电容器2’的情况，而图2(b)则绘制了根据本实用新型具有防护电极24. 1,24. 2的测量电容器2的情况。假设在防护电极24. 1、24. 2施加有与在测量局部电极23上施加的相同的电压，那么所形成的电场29’、29彼此间不会有太大的差别。而存在差别的是由图2中点画线矩形所表示的局部测量区域28’和28。对于用图2(a)所示设备进行的测量，由于包括延伸出测量电容器2’的区域，因此会受到位于测量电容器2’边缘处的非均勻局部电场的干扰。而在用图2(b)所示设备中，只有位于测量电容器2中央的部分均勻电场被考虑用于测量。图3以与图1类似的图形显示了本实用新型的第二实施例。该实施例是图1所示实施例的继续开发，其中两个防护电极24. 1、24. 2沿着第二电容极板22前边缘相互衔接在一起。由此形成了 C形防护电极24，其上下边缘分别位于通路26的输入和输出区域。该C 形防护电极24的中间连接部分具有各种优点第一，进一步改进了测量区域内电场的均勻性；第二，减少了测量电容器2中前边缘的边界效应的影响，并因此减少了输出信号对ζ轴方向上的纱线9位置的从属性；第三，减少了测量结果对于 从前面接触(如由操作人员)测量端1的敏感度。对于图3所示实施例的进一步开发绘制于图4中。此处，C形防护电极24的两个边缘又沿着第二电容极板22的后边缘连接在一起，这意味着C形闭合成了矩形或者环形。 根据图3所述的有利条件在此处可以更多的明确方式呈现出来。图1、3和4所述实施例的替换例是确实可能的。一个替换例(未示出)是将通路 26 一体化成由陶瓷或塑料等电绝缘材料制成的部件，并将第一电容极板21及局部电极23、 24. 1,24. 2作为金属板安装到该部件壁内，或者将它们作为金属层贴到该部件壁上。图5示出了本实用新型的第四实施例。该测量端1包括已在图1中描述过的测量电容器2，且还包括参考电容器3。而且，中间电容极板22对于电容器2、3是公共的。在本实施例中，该中间公共电容极板22就是包含防护电极24. 1,24. 2的那块极板。这种对称式布置是有好处的，但却并不是绝对必须的。参考电容3用于消除由空气温度或空气湿度等外部影响导致的干扰信号。当然，中间电容极板22也可按照图3或者图4所示的实施例设计，或者还可按其他方式设计。本实用新型的第一实施例的电路框图如图6所示，该设备具有测量电容器2和参考电容器3(比较图5)。该设备包括交变电流(AC)发生器4，用于向测量电容器2及参考电容器3施加交变电流。优选地，所施加的交变电压的频率在IMHz和IOOMHz之间，如为 IOMHz0因而，可以说存在并联谐振电路，其中包括两个电容器2、3，并且可为被测物品9所解谐。优选地，在电容器2、3后面连接有阻抗变换器5，其输入导线51与测量局部电极23 连接在一起。而该阻抗变换器5的输出导线59则将该阻抗变换器5与探测器电路6连接在一起。探测器电路6用于对电容器2、3的输出信号进行模拟探测。在该图6所示的实施例中，当交变电压信号施加到电容器2、3后，会令测量电容器2的输出信号倍增。以这种方式解调后的输出信号会被输出到探测器电路6的输出导线69中。阻抗变换器5可使高阻抗的测量电容器2适合于低阻抗的探测器电路6。该解调输出信号沿着输出导线69流向估值电路7。该估值电路7会从解调输出信号估计出该检查的实际结果，并将输出信号发送到设备的输出导线79上。该结果可用于测量每单位长度中质量的变化，或者用于辨识被测纱线9中的杂质。而且通过采用适当的估值方法，甚至还能确定杂质的量化位置，并且根据具体情况还可确定杂质的材料。估值电路 7可设计为模拟电路或者具有处理器的数字电路。EP0924513A1中公开了用于对被测纺织品中的实心杂质进行电容式识别和量化方法和设备，这些方法和设备也可为本实用新型所采纳。EP0924513A1，尤其是其中的段落W022]-[0034]，可作为参考引入本文件中。[0059]此处，由于上文对EP0924513A1的参考，关于估值方法的详细描述是多余的。因而对此，仅说明至少可以采用两种测量模式。在第一种测量模式中，用两个不同的激励频率来进行测量。首先分别探测各激励频率所对应的两个同等类型的输出信号(如被测电压)，然后将这两个输出信号以适当方式相互整合或者关联用于估值。在第二种测试模式中，用单一激励频率来进行测量，但输出电压和输出电流均用作输出信号。经过适当估值后，电压信号和电流信号间的相位偏移可提供关于纱线9的查寻信息。两种测量模式的结合也是可行的，例如对多个频率进行测量，并对各自在电压信号和电流信号间的相位偏移进行测量。在图6所示的优选实施例中，阻抗变换器5被设计成集电极电路。在该集电极电路中，输入导线51与晶体管52(优选为双极性晶体管)的基极53相连。在该双极性晶体管的集电极54上施加常值工作电压Vcc。而该双极性晶体管52的发射极55则与输出导线 59相连。多个电阻56-58用于设置该阻抗变换器5的工作点。根据本实用新型采用主动防护，例如将交变电压施加到防护电极24. 1、24.2上， 所用施加方式应使得至少在交变电压方面，该防护电极24. 1,24.2与测量局部电极23具有几乎相同的电势。根据图6所示的实施例，这可通过将集电极电路5的输出导线59与防护电极24. 1,24. 2电连接来实现。由于集电极电路5具有较小的输出阻抗，因此该集电极电路5的输出信号可以用作防护电极24. 1,24. 2的输入信号。图7示出了图6所示集电极电路5的替换例，即用具有运算放大器82的跨导倒数放大器作为阻抗转换器。该运算放大器82的非反向输入端+通过输入导线81与测量局部电极23电连接。而该运算放大器82的反向输入端_，则一方面通过反馈导线83与输出导线89相连，另一方面又与防护电极24. 1,24.2电连接。然而，该替换例具有如下缺点运算放大器相当贵，而且至少在当今市场可获取的运算放大器中，其要么输入阻抗太低，要么带宽太窄，使得激励频率在MHz范围内的运算放大器不能完全胜任。 还可以在测量电容器2中使用两个以上的防护电极。通过将第二电容极板22再细分成多个测量局部电极及相应的多个防护电极，可增加测量结果的本地分辨率。也可使用一个以上包括一个或多个防护电极的电容极板。对于本实用新型，也并不是必须使用具有平板电容电极的测量电容器，也可考虑使用其他形状的电容器。上述实施例也可相互合
并在一起。
权利要求1.一种用于检测实心线形物体的测量端，其特征在于包括测量电容器，所述测量电容器包括第一平板电容极板(21)、第二平板电容极板(22)，两个平板电容极板(21、22)彼此平行，其间距为1 3mm;所述第二电容极板(22)包括三个彼此电绝缘的局部电极(23、24. 1,24. 2)，测量局部电极(23)位于中央，两个防护电极(24. 1,24. 2)位于外部；三个局部电极(23,24. 1,24. 2) 之间分别通过两个绝缘层(25. 1,25. 2)实现电绝缘。
2.根据权利要求1所述的用于检测实心线形物体的测量端，其特征在于所述两个防护电极(24. 1,24. 2)沿第二电容极板(22)的前边缘相互连接，形成C形防护电极(24)。
3.根据权利要求2所述的用于检测实心线形物体的测量端，其特征在于所述C形防护电极(24)的两个边缘沿第二电容极板22的后边缘连接并闭合，形成环形。
4.根据权利要求1或2或3任一项所述的用于检测实心线形物体的测量端，其特征在于所述第二平板电容极板(22)的另一侧设有第三平板电容极板(32)，第三平板电容极板 (32)与所述第一平板电容极板(21)相对于第二平板电容极板(22)对称设置。
5.根据权利要求1所述的用于检测实心线形物体的测量端，其特征在于所述两个平板电容极板(21,22)的间距为1. 5 2. Omm0
6.根据权利要求1所述的用于检测实心线形物体的测量端，其特征在于所述两个平板电容极板(21,22)的厚度为0.8士0.05mm。
7.根据权利要求1或6所述的用于检测实心线形物体的测量端，其特征在于所述两个平板电容极板的外表面涂有镍层。
8.根据权利要求1所述的用于检测实心线形物体的测量端，其特征在于所述两个防护电极(24. 1,24. 2)的高度为1 士0. 05mm。
9.根据权利要求1所述的用于检测实心线形物体的测量端，其特征在于所述两个绝缘层(25. 1,25. 2)的高度为 0. 5士0. 05mm。
10.根据权利要求1所述的用于检测实心线形物体的测量端，其特征在于所述测量局部电极(23)的高度为4士0.05mm。
专利摘要本实用新型公开了一种用于检测实心线形物体的测量端，包括测量电容器，所述测量电容器包括第一平板电容极板、第二平板电容极板，两个平板电容极板彼此平行，其间距为1～3mm；所述第二电容极板包括三个彼此电绝缘的局部电极，测量局部电极位于中央，两个防护电极位于外部；三个局部电极之间分别通过两个绝缘层实现电绝缘。本实用新型通过电容装置对梳棉条、粗纱、纱线或织物等实心、细长的纺织品进行测试，能够探测杂质或辨识每单位长度内质量的变化。本实用新型的输出信号与被测物品在横向方向上的位置无关，对空间的要求也较低。
文档编号G01N27/24GK202049133SQ201120121020
公开日2011年11月23日 申请日期2011年4月14日 优先权日2011年4月14日
发明者P·施密特 申请人:乌斯特技术股份公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
