專利名稱：高效的棉結(jié)測量的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般來說涉及纖維樣品中單個的組織的測量和分類，更具體地說，它涉及對纖維樣品中棉結(jié)狀組織的數(shù)量和尺寸分布的測量。
纖維樣品的測試，例如不限于棉纖維樣品的測試，對于決定一批特定材料的市價以及對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)自美國的棉花幾乎百分之百都使用測試儀器來分析。測試通常包括決定纖維的特征數(shù)據(jù)，如纖維的長度，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等的美國專利US5270787、US5410401、US5430301、US5469253和US5539515，在此引入這些專利的全部內(nèi)容作為參考。
公開于美國專利US5270787、US5410401、US5430301、US5469253和US5539515中的現(xiàn)有技術(shù)裝置包括一個單個化處理器，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的組織，并將這些組織一次一個地送入流體流。(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，使每個組織的長度(主要尺寸)方向大致平行于流體流動的方向。這些組織穿過檢測空間，對于正在通過該檢測空間的每個組織，檢測空間利用電光傳感器來產(chǎn)生相應(yīng)的特征信號。因此檢測空間由一束光限定。分析這些信號，計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得更快，一個設(shè)計良好的噴嘴能夠校直檢測空間內(nèi)出現(xiàn)的單個纖維。位于喉部或中間部分并與噴嘴成直角的一個光孔提供了限定該檢測空間的光束。
正如美國專利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，美國專利US5430301、US5469253和US5539515中的裝置分析波形，對一次一個地通過檢測空間的纖維樣品中的單個的組織進(jìn)行記數(shù)和分類。
公開于Shofner等的美國專利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地提供給限定取樣空間的光束的。此外，樣品不能一個緊接另一個(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，在大部分時間內(nèi)不會重復(fù)記數(shù)。
以棉為例，相對而言，盡管會出現(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個棉結(jié)，及2.5×103個廢料質(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)時間內(nèi)能夠處理的實(shí)際樣品尺寸。因此，Shofner等的美國專利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間。
所以，本發(fā)明的一個目的是提供一種比現(xiàn)有技術(shù)的測試裝置所能達(dá)到的效率高得多的測試裝置。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種能夠在較少的時間內(nèi)分析更大的樣品尺寸(用于統(tǒng)計上有所改進(jìn)的結(jié)果)的纖維樣品測試裝置。
作為一個與現(xiàn)有技術(shù)相對照的實(shí)例，本發(fā)明的測試裝置能夠在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)明的測量裝置包括一個加速/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漸縮的、在喉部達(dá)到最小橫截面積的進(jìn)口部分，和一個從該最小橫截面積開始擴(kuò)大的出口部分。但是，不象上述美國專利那樣，尤其不象美國專利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地通過檢測空間，本發(fā)明的加速/減速氣流噴嘴橫向加長了(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空間一次能容納多根纖維。作為一個非限定性的實(shí)例，檢測空間內(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，噴嘴的一個作用是將出現(xiàn)在檢測空間內(nèi)的纖維拉直。檢測空間由光束和相關(guān)的光學(xué)傳感器確定。
該裝置包括一個單個化處理器，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，使多個單個化處理后的組織同時送到檢測空間。一種優(yōu)選的單個化處理器公開于同時申請的、申請?zhí)枮?8/944913的美國專利申請，該申請于1997年10月6日由Frederick M.Shofner和Christopher K.Shofner提出，名稱為“空氣動力學(xué)單個化處理器”，在此引入其全部公開內(nèi)容作為參考。
與檢測空間有關(guān)的是傳感器輸出裝置，例如一個光電傳感器，該輸出裝置產(chǎn)生一個信號，及時指示檢測空間內(nèi)任意給定點(diǎn)處的材料總量。
測定器接至檢測和測量棉結(jié)狀組織的尺寸的傳感器輸出裝置。
傳感器輸出信號的一個特征在于它有一個較高并脈動的本底信號電平，該信號由檢測空間內(nèi)一次容納的多根纖維中的部分纖維引起，由于檢測空間內(nèi)出現(xiàn)的單個棉結(jié)，該信號由較高一點(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)一個棉結(jié)。
因此，該測定器必須能檢測組織信號，尤其是在由其它組織引起的大而脈動的本底信號中，具體地說是在由纖維那樣的其它組織引起的大而脈動的本底信號中檢測由棉結(jié)狀組織引起的信號。
在一個實(shí)施例中，該測定器以至少接近棉結(jié)狀組織通過檢測空間的運(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別棉結(jié)狀組織的信號幅度指示。優(yōu)選使用多重取樣的測定器，因此以取樣速度取樣的每個信號樣品含有許多組成樣品。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，檢測空間限定在噴嘴出口部分，位于喉部下游。
另一個方面，本發(fā)明提供了一種纖維樣品中棉結(jié)狀組織的數(shù)量和尺寸分布的測量方法。該方法包括這些步驟使纖維樣品中的組織單個化，將這些組織引入流入一個橫向延伸的加速/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)的橫向延伸的檢測空間，因此可以同時向檢測空間送入多個單個化后的組織。噴嘴用來把送入檢測空間的纖維拉直。此外該方法還包括一個步驟及時檢測檢測空間內(nèi)任意給定點(diǎn)處的材料總量，以產(chǎn)生一個傳感器輸出信號，并且分析傳感器輸出信號，從而檢測和測量棉結(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別代表棉結(jié)狀組織的信號幅度。優(yōu)選采用多重取樣，從而使以該取樣速度取樣的每個信號含有許多組成樣品。
在另一個實(shí)施例中，以多個不同的進(jìn)料速度處理纖維樣品一些部分，結(jié)果形成相應(yīng)的多個信號本底比，從而可以在保持總進(jìn)料速度較高的同時統(tǒng)計地能測量較小的棉結(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是用于快速測試?yán)w維樣品的成套裝置的示意圖，該裝置用來測量纖維樣品中棉結(jié)狀組織的數(shù)量和尺寸分布；圖2是表示本發(fā)明的具有一個檢測空間的加速/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表示正在通過檢測空間的一個棉結(jié)及多根纖維，圖6是圖2中作為時間函數(shù)的傳感器輸出波形圖；圖7是同一時間段的圖，表示多重取樣技術(shù)的結(jié)果；圖8是圖6中已取樣的信號圖。
首先參看圖1，用于測試?yán)w維樣品的成套裝置10有一個外殼12，外殼12由便于在地板表面18上移動的輪和小腳輪14和16支撐。
該裝置包括一個一般用附圖標(biāo)記20表示的進(jìn)料臺，此進(jìn)料臺上放有纖維樣品22，例如10克棉樣品。測試裝置10由on/off開關(guān)24啟動，于是棉纖維樣品22被吸入裝置10，等待單個化處理和分析。在該裝置內(nèi)還包括具有測定器的電子組件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，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。測試之后，此時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有一個檢修門40，且內(nèi)部有一個可移動的反射器/屏幕42。當(dāng)反射器/屏幕42在就位時，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38一般用于一個接一個取樣模式，而大棉絨盒用于連續(xù)模式。
進(jìn)料臺20背面由固定板50支撐，并包括一個滾子46，進(jìn)料臺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力學(xué)單個化處理器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和傳動鏈56驅(qū)動皮帶輪53和54。
空氣動力學(xué)單個化處理器52優(yōu)選采用公布于上述同時申請的美國專利申請No.08/944913中的空氣動力學(xué)單個化處理器，該申請的申請日為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化處理器。
概括地說，單個化處理器52包括一個圓柱形進(jìn)料滾子60，一個第一旋轉(zhuǎn)滾筒打手輪62，及一個第二旋轉(zhuǎn)滾筒打手輪64。圖1中的單個化處理器52顯然是示意簡圖，因?yàn)榇罅吭皇÷粤耍鐫L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)動進(jìn)料皮帶48的皮帶56驅(qū)動。打手輪62和64由通風(fēng)機(jī)電機(jī)驅(qū)動的主動皮帶66來驅(qū)動。
圖1中的單個化處理器52與用于測試的現(xiàn)有技術(shù)常規(guī)的單個化處理器之間的顯著差別在于進(jìn)料速度。因此，雖然用于測試的現(xiàn)有技術(shù)常規(guī)的單個化處理器的目的是一次向下游傳感器運(yùn)送一個單個化處理后的組織，但是本發(fā)明的單個化處理器52以一次向一個傳感器運(yùn)送多個組織(具體地說是纖維)的速度運(yùn)送單個化處理后的組織。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，該噴嘴具有一個檢測空間，該檢測空間一般用附圖標(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，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包括一個到喉部逐漸縮小至最小截面積的入口部分90，和一個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化處理后的組織，顯然至少開始的時候加速/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，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)描述為一個彗星狀物體，它包括一個籽屑核，纏結(jié)的纖維或未成熟纖維，并帶有一個附體纖維尾部。典型棉結(jié)核的直徑是0.2mm，附體纖維尾部的長度可能是25mm。下面將參照圖4A-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)中有一個加速流場，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。
參照圖3，檢測空間84由光源100、鏡片102和產(chǎn)生信號輸出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)的測定器108相連。專用放大器110調(diào)節(jié)信號，由模擬一數(shù)字轉(zhuǎn)換器112將信號變換成數(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，正在通過檢測空間84的組織使探測器104接收的光強(qiáng)度減少。因此，由于探測器接收的光強(qiáng)度減少，使得信號輸出增大了。棉結(jié)較大，擋住了更多的光，因而所產(chǎn)生的信號幅度比纖維產(chǎn)生的信號幅度更大。
在本裝置的常規(guī)操作中，檢測空間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)生了無序波動的“本底”信號。與纖維相比棉結(jié)非常少，在正常情況下檢測空間84內(nèi)一次僅出現(xiàn)一個棉結(jié)。
顯然也可以采用其它類型的傳感器，只要檢測空間得到限定。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，檢測空間恰好位于噴嘴喉部92。在圖2的裝置中，檢測空間84的位置比較靠近喉部92下游。這樣布置檢測空間84的主要目的是集中空氣動力，使粒子更近地集中在檢測空間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。
由于大部分時間里空氣流比組織移動得更快，因此把檢測空間布置在喉部92下游的另一個可能的好處是纖維速度更均勻。尤其對較長的纖維來說，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。
盡管檢測空間84位于喉部92的下游，使檢測空間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)，每個棉結(jié)有一個棉籽碎片120，其上附著棉纖維122。圖4C表示機(jī)械產(chǎn)生的棉結(jié)126，除了一個密度較小的尾隨的纖維尾部138外，該棉結(jié)通常含有一個未成熟纖維的、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空間84的單個有尾部142的棉結(jié)核140。檢測空間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)在檢測空間84內(nèi)，但是除了棉結(jié)核140外，在檢測空間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)通過檢測空間84時作為時間的函數(shù)的傳感器輸出信號的波形圖。設(shè)計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通常具有由附圖標(biāo)記152和154代表的波動本底，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(如來自棉結(jié)的信號256)傾向于單個地出現(xiàn)，而本底信號(如信號152、154)則傾向于連續(xù)出現(xiàn)。
因此，測定器108的作用是從其它組織產(chǎn)生的大而波動的本底信號中，具體地說是從纖維產(chǎn)生的大而波動的信號中檢測由棉結(jié)組織產(chǎn)生的信號。
在已經(jīng)公開的實(shí)施例中，檢測是通過周期性信號取樣(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別代表棉結(jié)狀組織的信號幅度。
因此，參看圖6，根據(jù)時間間隔取樣S(i-2)、S(i-1)、S(i)等，例如250微秒的時間間隔。在每次取樣之后的一個取樣周期內(nèi)可以取得足夠的數(shù)據(jù)來確定信號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，加一個閾值。如果幅差大于閾值，那么就可以識別為棉結(jié)組織。
這可以以方程式的形式描述如下如果
那么S(i-1)信號是一個棉結(jié)。
優(yōu)選采用多重取樣技術(shù)，使每個樣品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，每個樣品包括四個組成樣品，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)狀組織的信號可能發(fā)生在取樣周期內(nèi)任意時間點(diǎn)的意義上，這里參照圖6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)狀組織通過檢測空間的輸送周期，每個棉結(jié)信號中的一部分能被檢測到，而不必是任意給定棉結(jié)信號的最高振幅部分。但是，如果樣品尺寸足夠大，例如含有25×103個棉結(jié)的10克樣品，由于統(tǒng)計上足夠數(shù)量的棉結(jié)信號是在它們的峰值幅度附近取樣的，所以統(tǒng)計上可以確定棉結(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秒的時間內(nèi)分析10克樣品。即使檢測空間內(nèi)一次具有很多根纖維，對本發(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，使能夠識別的最小棉結(jié)的尺寸增大了。在效率較高時，由較小棉結(jié)產(chǎn)生的信號可能會無可挽救地被纖維產(chǎn)生的波動本底信號埋沒。
在保持統(tǒng)計確定較小棉結(jié)的量的能力的同時保持較高的總進(jìn)料速度的一種方法是在樣品達(dá)到最佳信號本底比期間，對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)料速度較高的同時也可以統(tǒng)計測量小棉結(jié)。
另外一個方法是可以采用速度較高的數(shù)字取樣方式，及采用數(shù)字信號處理方法(DSP)來識別各種波形。
在采用較高取樣速度的一個優(yōu)選實(shí)施例中，以明顯小于棉結(jié)狀組織通過檢測空間84的輸送周期的時間間隔對圖6中的傳感器輸出信號進(jìn)行取樣。作為一個非限定性的例子，取樣周期是28微秒，比約為250秒的常規(guī)棉結(jié)輸送周期要小一個數(shù)量級。
廣義的前和后平均本底抑制法由多個前和后取樣組成，而不是由一次一個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個前取樣和10個后取樣，產(chǎn)生20次取樣的本底平均值，把它與正在計值的信號(一般是#11)相比較。
在該方法中，對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傳感器信號大于平均本底加閾值，則檢測到一個棉結(jié)。例如，對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。該方法改進(jìn)了由于多根纖維中的一部分同時出現(xiàn)在檢測空間內(nèi)或由于電噪聲而產(chǎn)生的波動本底抑制。由于可以更好地計算高于平均本底加閾值的多個信號幅度，來確定最大幅度，而不是一個信號或隨機(jī)信號幅度，該方法還對棉結(jié)狀組織的尺寸測量作出了改進(jìn)。
應(yīng)該注意到，由于DSP的定義是“按數(shù)量和符號順序表示信號及處理這些順序。”，在此已公開的所有棉結(jié)測量方法都可以認(rèn)為是數(shù)字信號處理方法(DSP)。(數(shù)字信號處理，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。顯然圖8的21個樣品中每一個樣品對應(yīng)于一個或一個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橫向伸長的加速/減速氣流噴嘴，它具有一個限定在所述噴嘴內(nèi)的檢測空間，該檢測空間垂直于通過噴嘴的氣流，所述噴嘴用來將出現(xiàn)在檢測空間內(nèi)的纖維拉直；一個單個化處理器，用于使纖維樣品中的組織單個化，并將這些組織引入流入所述噴嘴的氣流，使多個單個化處理后的組織同時送到檢測空間；一個傳感器輸出裝置，該輸出裝置產(chǎn)生一個及時指示檢測空間內(nèi)任意指定點(diǎn)處的的材料的總量的信號；及一個接至傳感器輸出裝置的測定器，用于接至檢測和測量棉結(jié)狀組織尺寸。
2.所述的裝置，其特征在于所述的測定器以至少接近于棉結(jié)狀組織通過檢測空間的運(yùn)送時間的取樣速度從傳感器輸出裝置取樣，并識別代表棉結(jié)狀組織的信號幅度。
3.所述的裝置，其特征在于所述的測定器采用多重取樣的測定器，因此以上述取樣速度取樣的每個信號含有許多組成樣品。
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的加速/減速氣流噴嘴具有一個至喉部逐漸縮小到最小橫截面積的入口部分，及一個從該最小橫截面積處開始擴(kuò)大的出口部分，其中檢測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，其特征在于檢測空間由光束和相關(guān)的光學(xué)傳感器確定。
6.一種用于測量纖維樣品中棉結(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化，將所述組織引入流向橫向伸長的加速/減速氣流噴嘴的流體流中，該噴嘴具有一個限定在噴嘴內(nèi)的檢測空間，該檢測空間垂直于通過噴嘴的氣流，噴嘴用于將出現(xiàn)在檢測空間內(nèi)的纖維拉直，使多個單個化處理后的組織同時送到檢測空間；及時檢測上述檢測空間內(nèi)任意指定點(diǎn)處的材料總量，以便產(chǎn)生一個傳感器輸出信號；分析傳感器的輸出信號，以便檢測和測量棉結(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)狀組織通過檢測空間的運(yùn)送周期的取樣速率對信號進(jìn)行取樣，并采用前取樣和后取樣平均本底抑制來識別代表棉結(jié)狀組織的信號幅度。
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，包括處理多個不同的進(jìn)料速度的纖維樣品一些部分，得到多個相應(yīng)的信號本底比，使得在保持總進(jìn)料速度較高的同時能夠統(tǒng)計測量較小棉結(jié)。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于測量纖維樣品中棉結(jié)組織的數(shù)量和尺寸分布的裝置和方法。單個化處理器向橫向伸長的加速/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橫向伸長的檢測空間。設(shè)置樣品的進(jìn)料速度,使多個單個化處理后的樣品能夠同時送入檢測空間。傳感器輸出裝置產(chǎn)生一個及時指示檢測空間內(nèi)任意給定點(diǎn)處的材料總量的信號,這使得傳感器輸出信號有一個由纖維產(chǎn)生的本底以及一些代表棉結(jié)的、偶然的信號脈沖。測定器以至少接近棉結(jié)狀組織通過檢測空間的輸送周期的速度對信號取樣,并采用前取樣和后取樣的平均本底抑制來識別表示棉結(jié)狀組織的信號幅度。
文檔編號G01N33/36GK1224844SQ9812458
公開日1999年8月4日 申請日期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 申請人:第一波呂特龍尼克有限公司