（纺织工程专业论文）实时无线生丝纤度测量的研究.pdf

苏州大学学位论文使用授权声明 l i l ll l ii i i i ii iii i e iiil y 17 3 2 9 7 3 本人完全了解苏州大学关于收集、保存和使用学位论文的规定， 即：学位论文著作权归属苏州大学。本学位论文电子文档的内容和纸 质论文的内容相一致。苏州大学有权向国家图书馆、中国社科院文献 信息情报中心、中国科学技术信息研究所( 含万方数据电子出版社) 、 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社送交本学位论文的复印件和电子 文档，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存和汇编学位论文，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索。 涉密论文口 本学位论文属 在年一月解密后适用本规定。 非涉密论文口 论文作者签名：迄蓥蓥日期：拙i ：篁：( q 导师签名： 实时无线生丝纤度测量的研究摘嘤 实时无线生丝纤度测量的研究 摘要 生丝纤度是生丝品质的重要指标，它很大程度上决定了生丝的等级及其各种工艺 性能，生丝纤度成绩的好坏直接影响w j 细v j 、物的质量和使用价值。随着科技的发展，以及 目前纤度管理中存在的问题、生丝纤度检验标准的改变等使人们对生丝纤度控制的要 求越来越高。 本文运用现代传感器技术，无线网络技术，自动检测技术和计算机技术，研制了 一套在缫生丝纤度实时无线监测系统，利用实验室自制的改进的生丝纤度测试装置， 对缫制中的湿态生丝直径进行测量，以期从根本上来寻求提高生丝纤度品质的解决方 案。最重要的是通过选取可靠的n iw l s 系列无线传输设备进行了数据的传输、采集， 避免了在工厂进行实时采集时需大量布线的麻烦，实现了远距离的监控。 在工厂实现了在线数据采集和远距离数据传输，并对改进的生丝纤度测试装置测 量的电压值与莱卡显微镜测量的生丝直径数据进行曲线拟合，得出了输出电压值和生 丝直径之间的转换关系式，通过曲线对比进一步验证了实验数据的可靠性，以此为依 据对曲线图所反映出的在缫生丝纤度变化的真实情况进行分析解释。此外，根据工厂 实际调查情况设计了一套粒符数统计管理系统，可方便得到车间内各组车粒符数中心 率及允许率，并结合生丝纤度曲线对该厂的生丝添绪时间进行了初步的研究，发现其 失添、多添现象的规律。 关键词：生丝纤度；实时测量：改进的生丝纤度测试装置；无线采集；l a b v i e w 作者：范蓉蓉 指导教师：陈庆官 a b s t r a c tt h es t u d yo fr e a l - t i m ew i r e l e s sm e a s u r e m e n tf o rr a ws i l kf i n e n e s s t h es t u d yo fr e a l t i m ew i r e l e s sm e a s u r e m e n t i o rr a ws l l rn n e n e s s n- a b s t r a c t r a ws i l kf i n e n e s si sa ni m p o r t a n ti n d i c a t o rt om e a s u r et h eq u a l i t yo fr a ws i l k ，w h i c h l a r g e l yd e t e r m i n e st h el e v e lo fr a ws i l ka n dav a r i e t yo fp r o c e s s i n gp r o p e r t i e s ，d i r e c t l y a f f e c t st h eq u a l i t ya n dv a l u eo ff a b r i c w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft e c h n o l o g y , t h ec u r r e n t p r o b l e m si nd e n i e rm a n a g e m e n ta n dt h ec h a n g e si nt e s t i n gs t a n d a r d sf o rr a ws i l k ，t h e d e m a n df o rc o n t r o lo fr a ws i l ks i z eh a sb e c o m ei n c r e a s i n g i nt h i sp a p e r , m o d e mp h o t o e l e c t r i c - s e n s o rt e c h n o l o g y , w i r e l e s sn e t w o r kt e c h n o l o g y , a u t o m a t i cd e t e c t i o nt e c h n o l o g ya n dc o m p u t e rt e c h n o l o g ya r eu s e dt od e v e l o par e a l t i m e a n dw i r e l e s s m o n i t o r i n gs y s t e mf o rr a ws i l kr e e l i n g t h ei m p r o v e dl a b o r a t o r y - m a d e d y n a m i cs i z et e s t e rf o rr a ws i l ki sa d o p t e dt om e a s u r et h ed i a m e t e ro ft h er e e l i n gw e ts i l k b yc h o o s i n gar e l i a b l en iw l ss e r i e so fw i r e l e s st r a n s m i s s i o ne q u i p m e n tf o rd a t a t r a n s m i s s i o na n da c q u i s i t i o n ，i ti st oa v o i dal a r g en u m b e ro fw i r i n gf o rr e a l t i m e a c q u i s i t i o ni nt h ef a c t o r ya n dr e a l i z et h el o n g - d i s t a n c em o n i t o r i n g b yf i t t i n gt h ec u r v ef o rv o l t a g ev a l u e so fs i l ks i z em e a s u r e dw i t ht h ei m p r o v e d d y n a m i cs i z et e s t e ra n dd a t ao fs i l kd i a m e t e rw i t hl e i c am i c r o s c o p e ，t h ec o n v e r s i o n r e l a t i o n s h i p b e t w e e nt h ev o l t a g ev a l u ea n dt h ed i a m e t e rd a t aw a so b t a i n e d t h e nt h e c h a n g e si n t h es i z eo fr e e l i n gr a ws i l kw e r ea n a l y z e dt h r o u g ht h ec u r v e s m o r e o v e r , a c c o r d i n gt ot h ef a c t o r yi n v e s t i g a t i o nas e to fs t a t i s t i c ss y s t e mw a sd e s i g n e df o rc o c o o n n u m b e r sm a n a g e m e n t b a s e do nt h ec u r v e so fr a ws i l ks i z e ，t h ee n df e e d i n gp e r i o dw a s c o n d u c t e df o rap r e l i m i n a r ys t u d ya n dt h el a wo fm i s sf e e d i n ga n dm u l t i - f e e d i n gw a s f o u n d k e y w o r d s ：r a ws i l kf i n e n e s s ；r e a l t i m em e a s u r e m e n t ；i m p r o v e dd y n a m i cs i z et e s t e r f o rr a ws i l k ；w i r e l e s sa c q u i s i t i o n ；l a b v i e w w r i t t e nb yf a nr o n g r o n g s u p e r v i s e db yc h e nq i n g g u a n 目录 第一章绪论l 1 1 论文研究的背景1 1 2 定纤生丝的纤度理论2 1 2 1 生丝纤度均方差2 1 2 2 茧丝纤度3 1 2 3 细限纤度3 1 2 4 定纤生丝纤度模型4 1 3 纤度管理5 1 3 1 感知器的校验6 1 3 2 纤度调节6 1 3 3 绪粒数管理7 1 3 4 目前纤度管理中存在的问题7 1 4 国内外研究现状7 1 4 1 国内外对生丝纤度控制的研究现状7 1 4 2 国内外对在缫生丝纤度测量的研究现状9 1 4 2 1 隔距片摩擦力测试方法9 1 4 2 2 光电感知测试方法1 0 1 5 本论文研究目的与主要内容13 第二章系统硬件介绍15 2 1s d 一1 型生丝纤度动态测试仪1 5 2 1 1s d 一1 型纤度仪工作原理1 5 2 1 2 改进的生丝纤度测试装置准确性测试1 6 2 2 无线通信技术1 9 2 2 1 短距离无线通信技术1 9 2 2 2 基于z i g b e e 技术的无线传感器2 0 2 2 3n iw i f i 无线数据采集设备2 1 2 2 4 两种设备的测试比较2 3 第三章系统软件设计2 6 3 1 系统软件设计目标2 6 3 2 系统设计流程图2 6 3 3l a b v i e w 简介2 7 3 4 程序设计2 8 3 4 1 系统采集、储存程序2 9 3 4 2 系统数据读取、分析程序j 3 1 3 5 系统稳定性测试3l 第四章工厂实际数据采集与数据处理3 4 4 1 工厂实际采集与遇到的问题3 4 4 2 数据处理手段3 5 4 2 1 频谱分析3 5 4 2 2 滤波3 6 第五章结果分析3 9 5 1 生丝纤度数据分析3 9 5 1 1 细限纤度4 l 5 1 2c v 计算4 2 5 2 绪符数分布4 6 5 2 1 一绪生丝绪符数统计4 6 5 2 2 绪符数统计管理设计4 7 5 - 3 生丝添绪时间4 9 5 4 系统误差分析5 1 第六章结论5 3 6 1 本文的主要贡献5 3 6 2 本文的不足之处及进一步研究方向5 4 参考文献5 5 攻读学位期间公开发表的论文5 8 致谢5 9 实时无线生丝纤度测韪的研究第一章绪论 1 1 论文研究的背景l 卜3 1 第一章绪论 蚕丝，是我国古代文明产物之一，中国蚕丝从汉朝丌始就已经大量地通过丝绸之 路到国外，和友邦交换宝石等物。作为我国传统的出v i 创汇产品之一，生丝素有“软 黄金”的美誉，特别是加入世界贸易组织以来，我国的汽车、金融和电信行业成为受 冲击的主要行业，生丝作为积淀了数千年文明的“国宝”，成为入世后我国能够垄断 或主导国际市场的极少数优势产业之一。 目前我国生丝产量约占世界的8 0 左右，是主要的生丝生产和输出国，丝绸在国 际上处于垄断地位，但此地位主要依靠的是数量优势，实际上在价格、质量等方面我 国很大程度上受制于外商，并从1 9 9 4 年起丝绸全行业出现亏损。要使丝绸工业走出 困境，迎接挑战，一方面必须要依靠技术进步，要应用高新技术，改变丝绸工业传统 的劳动密集型生产方式，使其向技术密集型过渡；另一方面则需要踏踏实实做好基础 研究，从根本上提高生丝产品的质量和档次，而要提高生丝产品的质量和档次，就要 做到提高原料茧质量和狠抓制丝工艺管理并重。 生丝纤度成绩作为衡量生丝品质的重要指标和影响生丝定降级的重要因素，是丝 织厂选用原料的首要条件，纤度成绩不好，会影响织物的质量，降低使用价值，所 以人们对它的要求越来越高。如何对生丝纤度进行控制，减小纤度均方差，一直是缫 丝行业不变的话题。 生丝新标准的颁布实施以后来，对生丝纤度成绩的要求进一步提高。第一，为了 减少野纤度，提高自动缫生丝的内在质量，将纤度最大偏差由原来的补助检验项目上 升为主要检验项目；第二，原标准规定，检验机构用于纤度检验的样丝长度，3 8 d t e x ( 3 4 d ) 及以下为4 0 0 回和3 8 d t e x 以上为1 0 0 回两种。而缫丝企业厂检时，不论何种规 格生丝，纤度检验丝长均为1 0 0 回( 个别省市的企业为2 0 0 回) ，日本现行生丝标准也 笫一章绪论实时无线生丝纤度测量的研究 已规定为1 0 0 回检验。经过大量的试验数据分析、试套，并对4 0 0 回与1 0 0 回检验系 统进行利弊分析后，现行标准最终确定了生丝纤度检验样丝长度为1 0 0 回，绞数为2 o o 绞；第三，对生丝检验中平均纤度与平均公量纤度允差结合各地实际情况进行了 调整，2 0 d t e x ( 1 8 d ) 及以下规格由0 8 d t e x ( 0 7 0 ) 改为o 5 6 d t e x ( 0 5 d ) ，2 1 3 7 d t e x ( 1 9 3 3 d ) 由1 1 d t e x ( 1 0 d ) 改为0 8 d t e x ( 0 7 d ) ，3 8 7 7 d t e x ( 3 4 d 6 9 d ) 由2 2 d t e x ( 2 0 d ) 改为1 i d t e x ( 1 0 d ) ；第四，根据生丝分级理论，在错判率基本一致的前提下，换算 出同规格不同等级和同等级不同规格的纤度偏差值，以0 0 5 进行圆整，生丝纤度最 大偏差值的确定，按生丝纤度偏差的2 9 倍得出，再以o 0 5 圆整。 这些新标准的制定，是对制丝行业的一大挑战，制丝行业必须做出相应的措施来 应对新标准，提高生丝品质，做小生丝纤度均方差与纤度最大偏差。 1 2 定纤生丝的纤度理论【4 ，5 1 1 2 1 生丝纤度均方差 生丝纤度均方差的大小反映了整批丝各绞纤度丝偏离平均的程度，是衡量生丝长 片段间的纤度变化的指标，这种纤度差异的程度对织物的质量影响很大，丝织厂对此 指标的要求很高。 生丝纤度均方差，有绪内均方差，绪间均方差。其中绪内均方差表示一绪生丝的 平均离散程度，绪问均方差指一组丝内每绪生丝的平均离散程度。一般认为，生丝纤 度均方差取决于绪内与绪间均方差。但近年有研究显示，组间均方差，车间均方差， 每天生丝均方差等也都对生丝均方差产生影响。故要控制生丝均方差，需要从每一绪 开始，保持生丝纤度的一致性。 造成生丝纤度均方差的原因有很多，但归结起来主要有两方面，原料茧的纤度均 方差和生丝纤度控制。均方差计算公式见( 1 1 ) 。 仃= s 0 2 + s 2 公式( 1 1 ) 式中： 2 实时无线生丝纤度测星的研究第一章绪论 o 一生丝纤度均方差 s o 感知点纤度均方差 s 茧丝综合纤度均方差 1 2 2 茧丝纤度 生丝是由多根茧丝组成的，而一个茧子的各层茧丝的细度不同，它的细度变化程 度将会直接影响生丝纤度均方差。原料茧的纤度均方差，由茧丝综合均方差表征。茧 丝综合均方差，指监粒间的纤度均方差与茧粒内各层的纤度均方差的综合。其中茧粒 内均方差是指在一茧中茧丝纤度和其平均纤度的离散程度。而茧粒问均方差是指各茧 的茧丝纤度和平均纤度的离散程度。茧丝纤度综合均方差的计算公式见( 1 2 ) 。 6 s 2 = 6 m 1 2 + 6 m 2 2 = 6 9 1 2 + 6 薛2 公式( 1 2 ) 式中： 6 s _ 茧丝纤度综合均方差 6 m l 茧层部位不同时，各层次问平均纤度的均方差 ( 5 m 2 各粒茧间同一层次内纤度均方差的平均值 6 。各粒茧间每一粒茧平均纤度的均方差 6 。2 茧层部位不同时，每一粒茧粒内纤度均方筹的平均值 自动缫丝中，茧丝纤度综合均方差都直接影响到生丝纤度的均方差，呈正相关关 系。因此要提高生丝的品质，减小生丝纤度均方差，则要求茧丝纤度均方差越小越好。 而茧丝纤度的粒内均方差要大于茧丝纤度粒间均方差。因此，要减小茧丝纤度综合均 方差，则必须首先把握住原料茧的茧丝纤度粒内均方差。 1 2 3 细限纤度 细限纤度就是缫制中的生丝纤度细到一定极限时进行添绪的纤度限值。在实际缫 丝时，细限纤度的值由工艺设计确定，细限纤度的确定对控制生丝平均纤度是十分重 要的。细限纤度的大小需根据原料茧丝纤度特征数来确定，茧丝纤度粗，添绪点的生 第一章绪论实时无线生丝纤度测量的研究 丝纤度变化大，细限纤度应偏小，茧丝纤度细，添绪点的生丝纤度变化相对较小，细 限纤度应偏大。 细限纤度可由公式( 1 3 ) 确定： s 1 = s s m 2 + s f 公式( 1 - 3 ) 式中： s 1 细限纤度( d ) s 目的纤度( d ) s 。，广添绪茧丝纤度( d ) s 广_ 冈失添而减细的纤度( d ) 在工艺设计时需严格把关，要求每一绪，每一组，每一个车间，每一天的细限值 都是稳定一致和稳定的。但在实际生产中很难做到，细限纤度受较多因素影响处于波 动的状态。 1 2 4 定纤生丝纤度模型即1 理想的生丝纤度模型可见图卜一1 。 纤度 y x 图1 1 定纤生丝纤度曲线理想模型 1 ) 接绪时生丝纤度急增，然后线性下降； 2 ) 绪粒数为k 时，生丝纤度斜率一样，不考虑下降过程中的纤度突变现象； 3 ) 细限纤度y x 为定值，不发生波动； 4 ) 生丝纤度下降到细限纤度，马上随机抽取一粒添绪茧进行接绪，即失添时问为 4 实时无线生丝纤度测量的形f 究第一章绪论 零，各次添绪之问，添绪茧的茧丝纤度是两两相互独立的。 白伦在定纤生丝纤度与匀度理论研究一文中提出，如果细限纤度为一稳定值， 由此得到的证常定纤缫丝生产的生丝，按其形态可以划分为两种不同类型， 1 ) 纤度在细限纤度以上的丝段：这种丝段的特点是以一个使生丝纤度由细限纤度 变到细限纤度以上的成功接绪作为起点，除起点之外，丝段上只有落绪点而不再有接 续点。在既无落绪点又无接绪点的同质丝段上，考虑到纤度凶茧丝特性而呈现由粗变 细，不妨近似地用线性下降来描述这种趋势。当纤度减少到细限纤度过程结束，生丝 进入第二种形态。 2 ) 纤度在细限纤度以下的丝段：这种形态的丝段由纤度变细至细限纤度或其下的 始，至成功添绪使纤度重新返回细限纤度以上为止。其特点是既可能出现落绪点也现 接绪点，并且同样存在同质丝段的线性下降现象。 定纤生丝可以看作是由这两种形态的丝段相问串接而成的。图1 2 为模型化的 定纤生丝形象图。 蛳p 杖!t ，蔓 、 、，。 - - 、 。- l 、_ i 1 3 纤度管理1 4 , 5 1 图1 2 模型化的定纤生丝形态图 2 0 世纪五十年代初由日本人小林安发明了世界上第一台自动缫丝机，经过几年 的不断改进完善，其自动化程度、生丝产量、生丝品质已经是传统缫丝机无法相比的， 定纤自动缫丝机已逐渐取代传统立缫机。立缫机的纤度控制主要是由人工控制，是通 过观察定粒配茧状况与规定的定粒比较，然后进行添绪操作，存在很大程度的滞后性 第一章绪论实时无线生丝纤度测量的研究 和不准确性。而定纤自动缫丝机对纤度的控制主要采用生丝纤度控制机构，定纤技术 是其核心内容。定纤技术水平决定了生丝纤度控制的水平，而纤度控制机构最重要的 是感知器的正确性，对控制生丝纤度在名义纤度范围内极为重要，目前主要采用以摩 擦力作为被控制量的隔距式感知器。在缫丝过程中，当生丝纤度变化时，生丝直径也 相应改变，若是不同直径的丝条通过隔距轮的间隙时，即产生不同的摩擦力，从而可 以用来测量和控制生丝纤度的变化。 随着自动缫的推广和进一步发展，丝厂对自动缫生丝纤度的管理，已经有了自己 的一套办法和措施，主要是围绕对感知器薄膜厚度、隔距片重量、链条重量和长度、 感知器安装与校验等技术参数的严格把关，从而大体保证了生丝纤度各项指标符合设 计要求。然而，纤度管理中还存在一定的问题，以及怎样直接得到感知器细限点的大 小，怎样了解自动缫生丝纤度情况，现在仍然没有好的办法。 1 3 1 感知器的校验 感知器的及时性和正确性是影响生丝纤度均方差的重要原因。其中感知器的及时 性是指丝条要求添绪到感知器发出添绪信号所需的时间，称为感知时间。另外，丝条 经添绪后到要求添绪信号消失所需的时间，称为还原时间。还原时间也是感知器及时 性的一个重要参数。感知器的正确性是指细限纤度和还原纤度的正确性。要提高感知 器的及时性与正确性，使感知器的细限纤度，还原纤度给定值正确而恒定，必须在安 装前对感知器进行认真检查与校验。但在目前纤度管理中，对在缫丝过程中出现的感 知器故障如何做到及时而准确的调节还未提出一个被广泛应用的解决方案。 1 3 2 纤度调节 感知器调节有集体调节和单独调节之分。在工艺条件改变时进行集体调节；工艺 条件未变，个别感知器有不正确的现象时，进行个别调节，进行纤度集体调整是提高 感知器正确性，控制生丝平均纤度的重要手段。 值得注意的是，我们在调节长杠杆感知器的时候，要调节纤度给定值。根据细限 6 实时无线生丝纤度测量的研究 第一章绪论 纤度值对定纤杠杆重锤进行调节，使细限纤度值趋向一致。根据茧丝平均纤度和生丝 目的纤度算出绪下茧平均粒数并新旧搭配均匀，调好调节重锤，做到掐下一粒茧，感 应杠杆就发出添绪信号，以此作为感知纤度的标准逐一调整各感知器的纤度给定值。 这种调节方法较实用，但是j e 确性不高，是造成生丝纤度偏大的原因之一。 1 3 3 绪粒数管理 在缫丝过程中，通过目测绪下茧粒数多少，可大致判别某绪纤度偏粗还是偏细， 但得不到精确的结果；通过工长批绪算出绪粒数平均值，能在一定程度上反映生丝平 均纤度；绪粒数均方差、中心率、允许率能在一定程度上反映生丝纤度均方差，但这 种方法人为影响因素较大，得出的结果也不够精准。 1 3 4 目前纤度管理中存在的问题1 8 i 此外，自动缫丝机生丝纤度管理上还存在着下列一些问题，如( 1 ) 工艺设计不 完善，庄口茧量少；( 2 ) 批绪目的不明确；( 3 ) 部分挡车工操作不规范或者是培训不 够，操作时有手添等不良习惯等等。 1 4 国内外研究现状 1 4 1 国内外对生丝纤度控制的研究现状 一直以来对生丝纤度控制的研究方面，国内外许多学者做出了很多努力，并得到 了很多成果。 在国外，特别是在日本，( 1 ) 根据感知器的工作原理不同研制了多种不同类型的 感知器，其感知原理分为定粒感知、张力变化等类型，现在应用比较广泛的是由摩擦 阻力来感知的短杠杆隔距式纤度感知器；( 2 ) 提出了原料的性能以及缫丝条件等在缫 丝过程中发生变化，就会使纤度感知器的感知最细纤度点发生变动、( 3 ) 提出了添绪 缺点的观点，认为即使纤度感知器能正确指示添绪点，但由于双添、失添及添绪周期 等原因仍会导致产生尘丝纤度斑、平均纤度不同、纤度均方差不良等影响生丝纤度成 7 实时无线生丝纤度测量的研究 ( 4 ) 提出了需进行中心纤度调整的观点，认为各种缫丝条件的改变都会使 限添绪点发生变化，并相应地设计了集体调节装置；( 5 ) 把数学上的j 下态 于纤度成绩的分析，根据分布的幅度及平均动作采取相应的措施；( 6 ) 提 丝纤度均方差的方程式； ( 7 ) 认为定纤生丝的分布幅度的末端比定粒生丝 易产生野纤度，并把产生的原因分成三大类：纤度感知器关系、给茧添绪 关系、丝道、卷取关系5 ，9 1 。 在国内也有很多的研究成果，( 1 ) 分析了缫丝各工序均匀程度对生丝产、质量的 影响，提出了实现缫丝过程均匀性生产的措施【m 1 ；( 2 ) 从工艺设计、设备管理、操作 方法、管理理念四大方面对自动缫生丝纤度控制方法作了阐述【1 1 1 ；( 3 ) 缫丝汤温的高 低会使生丝的细限纤度增粗或减细，自动缫丝的汤温必须保持在3 0 。c 以上( 一般为3 0 , - - , 3 60 c ) ，缫丝管理员必须加强对缫丝汤温的管理，保持缫丝汤温长期稳定在工艺设 计汤温1 的范围内，认为缫丝汤温每升高或降低l o 。c ，会使生丝的细限纤度增粗 或减细，2 3 d t e x ( 2 0 2 2 d ) 生丝为0 1 2 2 - - - 0 1 4 4 d t e x ，3 1 d t e x ( 2 7 2 9 d ) 生丝为0 1 2 2 - - 0 1 5 o d t e x ，4 6 d t e x ( 4 0 4 4 d ) 生丝为0 1 5 6 1 1 0 0 d t e x 1 2 】；( 4 ) 认为缫丝羲速的变化将会引起 缫丝线速度的变化，从而引起生丝细限纤度的变化，在实缫生产时，从上丝至落丝， 瓮速不能只按工艺设计的镶速一成不变，一般在空钱上丝时，将筑速调至比工艺设计 笺速快8 1 0 r m i n ，然后每运行1 h 调慢2 3 r m i n ，在满笺落丝时羲速比工艺设计的 慢8 - - - 1 0 r m i n t l 2 1 ；( 5 ) 根据生产实践，总结出加强自动缫平均纤度管理的现场平均粒数 管理、纤度集体调节管理、感知器管理、给茧机管理的具体方法【1 3 1 ；( 6 ) 煮茧熟度对 生丝纤度的影响，煮茧能使丝胶膨润和生丝膨润，引起水膜黏性系数增大、生丝密度 减小、茧子解舒改善，这三者共同导致了熟茧缫丝缫制的生丝平均纤度比生茧缫丝缫 制的生丝平均纤度更4 , r 1 4 1 ；( 7 ) 利用人造宝石的氧化锆制作磁眼，因耐磨性很好，由 其制成的瓷眼的孔很圆整、光滑并且尺寸精确，生产出来的丝条粗细均匀，光滑有致， 很大程度上提高了生丝纤度品质【1 5 1 。 8 实时无线生丝纤度测量的石j 究 第一章绪论 1 4 2 国内外对在缫生丝纤度测量的研究现状 以往对生丝纤度的大小只能通过生产后道工序中以定长称重检验而取得。对在缫 生丝纤度的测量目前主要有两种方法，隔距片摩擦力测试方法和光电感知测试方法。 1 4 2 1 隔距片摩擦力测试方法 1 6 , 1 7 隔距片摩擦力测试方法最具代表性的就是x l 一1 生丝纤度校正仪。 x l 一1 生丝纤度校正仪是一种丝厂纤度管理用仪器，主要用于自动缫生丝纤度感 知器细限点的测试。采用了与现行的自动缫生丝纤度感知器工作原理相同的隔距片摩 擦力生丝纤度传感器，通过测量摩擦力大小来确定湿态生丝的纤度。计算公式见( 1 4 ) 。 m m = m z k i 公式( 1 4 ) m m 湿态生丝通过轮式隔距片缝隙产生的摩擦力； m z 阻尼总力矩； k 电动机特性所决定的比例系数； i 电动机电流 只要测得电动机电流i 的大小，就可以知道生丝摩擦力矩了。还有，生丝摩擦力 矩m m 愈大，电动机电流i 愈小，当生丝不在隔距片缝隙时，即m m = 0 ，这时电动机 电流i 最大。实际工作中，外部电子电路还要将电流i 转换成电压，经过倒相和调零 电路，送暂停与锁存电路，再经过多位开关选择和适当放大，最后送仪器表头显示。 不同纤度大小的湿态生丝，通过隔距片缝隙产生不同大小的摩擦力，再用测力传 感器和电子电路，将其转换成相对应的电压大小，从而达到测量湿态生丝纤度大小的 目的。 9 第一章绪论 实时无线生丝纤度测量的研究 一铡 、眵 重 ，0 二 五 一 警 二喜勿- _ _ 图1 - - 3x l 一1 生丝纤度校止仪外形结构 1 电源指示灯；2 细限指示灯；3 仪器表头；4 生丝丝条；5 纤度传感器；6 丝条鼓轮；7 校零电位器； 8 设置电位器；9 调中电何器；1 0 暂停按钮；1 1 旋转开关；1 2 仪器尾杆；1 3 不锈钢管；1 4 仪器底 座。 该仪器的优点是：通过测试感知器细限点偏差大小，提高生丝品质指标；现场 了解自动缫生丝纤度均方差情况，出现问题及时解决；通过同一只感知器放在不同 的绪头上测试和不同的感知器都在同一绪头上测试，可以分清是机械问题还是感知 器问题，从而给管理带来方便；自动缫平车时，可以大幅度提高感知器的调整速度 和精度，并且操作方便，对调整人员的技术水平要求较低。 1 4 2 2 光电感知测试方法 光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换 成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般 由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接 触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电式传感 器在检测和控制中应用非常广泛。 代表的有生丝动态纤度仪和s d 一1 型动态生丝测试仪。 1 ) 生丝动态纤度测定仪【1 8 】 1 0 实时无线生丝纤度测量的研究第一章绪论 确心转 传憋繇 定饭数袍 惨牲 图1 4 动态测试仪光电感知器检测位置 生丝动态纤度测定仪由小型白炽灯、有狭缝的光栅、硅光电池、定位鼓轮及偏心 轮组成。丝条带动偏心轮转动时，周期性地切割光束，使丝条在光束中和不在光束中 的光通量比与丝条粗细相对应的阴光量随着纤度的不同而变化，并通过硅光电池被转 换成电信号，传到测量回路进行交流放大、整流、直流放大，转换成一定的电压输出， 再根据电压与被检测生丝纤度的相关性，把电压转换成相应的纤度输出，由此即可动 态连续地测出缫丝生产过程中生丝的纤度值，并通过显示屏显示出来。 该仪器的优点为：能连续测量缫丝生产过程中的动态纤度，直观显示缫丝过程中 的纤度变化情况，测试纤度可及时直观地反映缫丝生产纤度变化、落添绪时的纤度变 化和原料茧不同茧层的纤度变化。存在的缺点是单方向测量精度不够，且易出故障， 易受外界条件的干扰，没有补偿措施。 2 ) s d 一1 型生丝纤度动态测试仪【1 9 】 s d 一1 型生丝纤度动态测试仪是于1 9 9 5 年研制而成，已在无锡市八达电信器材 厂小批量生产。该仪器应用了现代光学传感技术中光纤传导技术，并采用共模抑制差 模放大原理，组成的便携式测量生丝纤度的仪器。该仪器是一种动态测量在线生丝纤 度的仪器，对丝厂的纤度现场管理提供了科学依据，且在实际生产中得到一定的应用。 使用该仪器后，可以给缫丝厂提供强有力的纤度管理的科学手段，能够准确、直观地 检测出生丝纤度，并能及时掌握生产中的纤度化情况，对减少自动缫纤度和生丝纤度 第一章绪论 实时无线生丝纤度测量的研究 均方差起到一定的作用，从而保证了产品的质量。它的缺点是没有储存功能， 图1 5s d l 犁生丝纤度动态测试仪 为了解决s d 一1 型生丝度动态测试仪存在的无法进行数据存储与分析的缺陷，在 之前的研究中提出了两种方法。第一选用m c s 一5 1 系列单片机中8 0 3 1 作为纤度仪的 数据处理系统的核心，配上适当的外设组成单片机应用系统，然后采用模块化的软件 结构相配合【2 0 1 。第二种使用d a q c a r d - - 6 0 2 4 e 数据采集卡进行数据采集。 但在工厂实时采集时这两种方法都会有以下的缺点：( 1 ) 在缫丝现场由于条件的 限制不方便进行大量布线；( 2 ) 单片机模式只能得到几个参数，但无法得到生丝的内 部结构；( 3 ) 容易影响缫丝工人的正常操作。 综上所述，以往对纤度的测量的都存在一定的滞后性，或者不便于在缫丝工厂进 行对纤度的测量，得不出在缫生丝的纤度曲线，实时动态测量领域还有待进一步研究。 为了更方便、更有效地动态实时测量实际生产中生丝纤度，我们提出了实时无线数据 传输采集的构想，不需要进行大量的布线，最重要是可以实现远距离数据的传输，选 用改进的生丝纤度测试装置作为生丝纤度的测量工具，纤度测试仪可以随意更换测量 绪头。它所反应的是生丝直径变化的电压值。 一般认为生丝纤度s 与直径d 的公式见( 1 - 5 ) 。 1 2 实时无线生丝纤度测量的研究第一章绪论 d ：k 瓶 公式( 1 5 ) 其中k 为常数，s 的单位是分特( d t e x ) ，d 为与生丝截面积相等的的直径。k 值随着茧丝组成成分、生丝断面形状和干湿程度的不同而有变化；k 值还与缫丝过程 中的缫丝速度、张力大小、丝鞘个数与松紧、丝胶溶失率等工艺条件有关。但在k 值的取用上，并无统一的标准。日本生丝检查所根据国际生丝检查及分级方法一 书取用1 4 7 5 ；铃木三郎根据同本春秋二季原料茧调查为1 2 8 2 ；而我国上海纺织科学 研究院测定干丝为1 2 3 0 ，湿态生丝为1 4 4 7 t4 1 。 从式( 1 5 ) 中可以看出生丝纤度与直径呈线性关系，所以可以认为直径变化的 趋势完全可以反映纤度变化的趋势。对在缫生丝纤度进行实时动态测量，是指对缫丝 过程中运行丝条的实时测量，测量的是湿态生丝。对生丝纤度的动态测量可以更好的 对缫丝过程的生丝进行全程把握，指导生产，实现生丝品质的提高及生产效率的优化， 最终实现缫丝产业的智能化等目的。 1 5 本论文研究目的与主要内容 在实时无线生丝动态测量中，其更重要的意义在于通过无线通信技术对缫制中生 丝实时监控，以期在未来实现高智能化的工业控制及生产效率的提高和生丝品质的改 善。要想实现更高精度的工业控制，对丝条全程的纤度把握已经显得越来越重要，这 就是进行生丝纤度无线实时检测研究的意义。 本文的章节组成如下： 第一章：绪论 简要介绍关于生丝纤度研究的重要性，以及国内外的一些研究现状，提出构想确 定研究方向。 第二章：系统硬件介绍 对论文所采用的采集硬件设备进行了简单介绍，对无线设备进行市场调查，选择 比较与测试，最终确定进行测试的无线采集设备。 第一章绪论实时无线生丝纤度测量的研究 第三章：系统软件设计 本章先介绍了目前的软件设计目标，以及今后要达到的目标，主要讨论了基于l a b v i e w 软件的采集程序、数据读取程序和分析程序的设计。 第四章：工厂实际采集与数据处理 本章主要介绍在工厂实际采集时遇到的问题，以及解决的办法，并且对所得到的 数据进行一些数学处理。 第五章：结果分析 对采集的大量数据进行分析比较，得到结论，为今后对在缫生丝纤度的研究提供 数以 实时无线生丝纤度测量的砂f 究 第二章系统硬件介绍 第二章系统硬件介绍 2 1s d 一1 型生丝纤度动态测试仪 2 1 1s d - - 1 型纤度仪工作原理 2 1 , 2 2 j s d l 型生丝纤度动态测试仪是目前国内较为先进的可以动态测量生丝纤度的 仪器，其工作原理见图2 1 ，是利用单光源( g a a s 红外发光二极管) 与分束器“y ”形光 纤的输入端面耦合，耦合区域用硅橡胶折射率匹配材料灌封，避免杂散光进入光纤。 通过稳频稳幅振荡器，使红外发射管发出经过调制的红外光，分导式光纤将红外光一 分为二送到2 个性能相同的光敏管感光端。因光敏管收到的照度相等，输出也相同， 共模输入使差动放大器输出为零，数字显示为零。当被测丝条放入传感器口，处于一 对光纤和光敏管之间，生丝阻挡了一部分红外光线，使测量端光敏管收到的光通量减 少，输出也减少，放大器两输入端平衡被破坏，进行差动放大，数字表有显示。只要 适当调整放大器增益，就能测量所测生丝的投影直径。图2 一l 为纤度仪工作原理图。 图2 1 纤度仪工作原理 原有的纤度仪是手持式设计，不方便现场长时间测量，改进后的纤度仪见图2 2 ，具有以下的优点：光电管工作频率改变为1 0 k h z ( 原来为1 k h z ) ；传感器卡口重 第二章系统硬件介绍实时无线生丝纤度测量的研究 新没计成v 一马鞍形氧化铝陶瓷件对生丝丝条有较好握持，保证了测量结果的准确 性；电路板置于铝制外壳中，大大提高了测帚仪器的测量精度和抗干扰能力。 02 5 0 05 0 0 07 s 0 0i o o q ) 1 2 5 0 01 5 0 0 0 l t 5 0 0 2 0 0 0 0 2 2 5 0 02 c 5 0 0 02 7 5 0 0 珊3 2 5 0 03 5 0 0 03 f - s j o4 0 0 4 2 0 5 0 04 5 0 0 04 t 湖5 0 0 0 0 跏 采样个数 图2 4 改进的生丝纤度测试装置原始数据 由图2 4 可知，我们对同一段丝进行测量时，每隔一段出现的高点为丝的打结 点。从中截取三段数据，表征同一段丝线在改进的生丝纤度测试装置中记录的数值。 图2 5 改进的生丝纤度测试装置数据 图2 6 改进的生丝纤度测试装置数据 1 7 ij i 0 o知哲0 第二章系统硬件介绍实时无线生丝纤度测量的研究 图2 7 改进的生丝纤度测试装置数据 由图2 5 图2 7 可以看出，数据在0 1 8 和o 3 2 问波动，而且三组波形图的相 似度非常高，这说明改进的生丝纤度测试装置本身具有很高的重复性，测量的精度很 高，稳定性很好。 采用改进的生丝纤度测试装置和l e i c a 偏光显微镜测试的是同一段生丝，但是由 于采样点之间的间隔不一致，导致数据量不同。故在对上述三组数据进一步处理后， 将所得数据每两个取平均，生成新的三组数。用三组数中的每一组数和l e i c a 测得的 数据进行比较，根据电压值和生丝直径之间存在的线性关系，进行线性拟合。 拟合结果如下。 ( 1 ) 第l 组数据和l e i c a 测得数据进行拟合 y = 3 1 6 3 6 x 一1 9 0 3 5 公式( 2 1 ) r 2 = 0 9 9 0 7 x 改进的生丝纤度测试装置测量电压值( v ) 广l e i c a 测得生丝直径值( 1 am ) r 一相关系数 ( 2 ) 第2 组数据和l e i c a 测得数据进行拟合 y = 3 0 2 7 5 x 一1 5 5 1 2 公式( 2 2 ) i p = 0 9 8 5 2 x 改进的生丝纤度测试装置测量电压值( v ) y l e i c a 测得生丝直径值( 1 am ) r 一相关系数 l r 实时无线生丝纤度测量的研究第二：章系统硬件介绍 ( 3 ) 第3 组数据和l e i c a 测得数据进行拟合 y23 0 8 7 3 x 一1 5 7 3 r 2 = 0 9 8 6 2 公式( 2 3 ) x 改进的生丝纤度测试装置测量电压值( v ) v l e i c a 测得生丝直径值( um ) r 一相关系数 第l 组拟合的相关系数为o 9 9 0 7 ，相关性最好，故将第一组拟合所得公式作为改 进的生丝纤度测试装置测量仪所得数值与生丝真实直径之间的转换公式，在数据分析 中加以应用。 2 2 无线通信技术【2 3 】 随着信息技术的发展，人们对网络通信技术的要求不断提高，希望何时、