新型喷气织机光电探纬器研制

1、新型喷气织机光电探纬器设计摘要：探纬器是喷气织机的重要部件z,它的质量决定着织物的质量和物料的损耗度。针对喷气织机探纬器漏检率较高 及可靠性较低等问题，采用红外对射式光电传感器，设计了i种基于集成电路的新型光电探纬器。通过探纬检测实验结果得 知：基于集成电路的新型光电探纬器人大降低了探纬器的漏检率，提髙了织机的工作稳定性及寿命。关键词：探纬器；滤波器；upc4570；光电式中图分类号：ts103. 337文献标识码:aa new design of photoelectric weft detector on air-jet loomabstract: weft detector is one

2、 of the most important key components on air-jet loom. it's performance is related to the quality of woven fabric and the consumption of materials. aimed at weft detector's high probability of miss and low reliability , a new weft detector based on integrated circuit was designed with opposi

3、te-type infrared-ray photoelectric sensor. through weft detector test results, the probability of weft detector's missing is played down by new weft detector which was based on integrated circuit, thus the reliability and life of weft detector is improvedkeywords : weft detector; filter; y pc457

4、0; photoelectrico前言喷气织机的纬线是依靠气源的喷射将其从经线的左端传送到经线右端的适当位置。在织纱过程屮，由 于气压的波动或其它干扰因素，易造成纬线断线、不到位或传送过量而超限等现象，致使产品产牛次站。 因此，必须对纬线信息进行精确检测.以便使故障得到及时控制和处理。喷气织机探纬器作为一种光电传感器，在织机运行过程中长时间地承受冲击震动，因而属于一种易耗 件，消耗量较人。由于我国机电技术水平相对有限，加之探纬器结构精巧、复杂、技术要求高，长期以来 主要依赖进口，故开发稳定可靠高效，且具有自主知识产权的喷气织机探纬器迫在眉睫。已开发的探纬器 多是采用模拟电路对信号进行检测分析，

5、这些探纬器仍未克服模拟电路易受温度，光线等环境因素的影响 而造成的漏探、误探等缺点。本文设计出-种基于集成电路的探纬器，使探纬检测设备更加稳定可靠，提 高了织机的探纬检测率。1探纬器原理和总体设计采用红外反射式光电传感器，设计了一种基于集成电路的新型光电探纬器。探纬器安装在织机的钢箝 箝座的t行槽中，异形箝的箝槽后面贴冇黑色的遮光膜，用于隔离射向光电元件的外界光线。探纬器的安 装位置町以随织物穿输幅度进行调整。探纬器由柱状透镜、投光器、受光器、遮光板和売体等纽成。柱状 透镜将投光器的光聚合成带状，称为一定长、宽的探照光带。投光器是发光二极管，它在规定时间内（巴 为200° -290&

6、#176; ,兄为200° -310° ,角度是指织机的主轴转动一-圈，指示织机工作角度为0° -360° ,为 使计量方便，织机工作时间川织机主轴工作角度计量。）发射出照射光，由太阳能电池、光电晶体管和光 电池组成的受光器，把光量转换成电量。投光器和受光器同装在探纬器头端，屮间川遮光板隔开。目前主要制造商生产的喷气织机每台采用两个光电式探纬器。其中第一探纬器巴安装在布边与废边 纱z间，它是用来检测是否缺纬，短纬等引纬故障。期外一个探纬器 比安装在正常引纬时，纬纱头端到 达范围以外的地方，距离h约100-125mmo用來检测纬纱是否过长或断纬。探纬器的安

7、装位置如图1所示：图1探纬器位置示意图光电探纬器的基木工作原理是：在钢箝内的纬线，由辅助喷嘴喷出气流的带动而前进，探纬器探头的 红外发射管发光时，在纬线有（无）抖动变化的不同情况下，反射光的强度将有（无）明显的差片，而探 头内的红外接收管则会依据光强程度的不同而受到不同程度的激励，所输出信号的幅度将会有（无）明显 的变化；即将光电探纬器的输出信息体现在输出信号幅值的变化上，信号处理模块将检测出此幅值变化并 将其作为后续电路判别纬线情况的依据。探纬器匚作原理框图如图2所示。图2探纬器原理图供电模块:对输入的电源滤波并变换到需要的电源等级，为整个探纬检测设备供电。 方波发生电路:产生4.9khz的

8、方波来激励发射管发射光线。光电接口:处理从接收管接收到的信号，并对该信号做初步放人等处理。信号调理:经过光电接口初步放大的信号，再经限幅放大，滤除干扰，帶通滤波器选频，检波，整形后输出 脉冲信号给后续电路使用。脉冲输出:输出脉冲到中央处理单元，通过计算出现符合需求的脉冲工作区间长度与探纬工作区间总长度的 比值來判定是否探测到纬纱，进而判断是否有长短纬停车故障的发牛。2各模块功能简介2.1方波发生模块由于纬纱的直径仅0.1mm左右，纬纱的行进过程乂是摆动看进行，易形成光的漫反射，极人地削弱 反射光的强度，而r还伴冇背景杂散光，因此要求探纬器具备很高的灵敏度及分辨力。故选用了大功率 的红外发光管和

9、红外接收管；并采用方波信号鞭动发射管发射信号，以满足保证发光管寿命的前提下，有 强光发射，可以提高检测的灵敏度。图2为方波发生电路示意图。vcc0r7n7 48r8 jic5 3 i 厂 67555c24 c23t图3方波发生模块方波发生电路由7555组成的电路是间接反馈型的无稳振荡电路，振荡电阻是连在vcc上的。特点是 1 443r 跟 vcc 相连，振荡频率/二一*c，4=4.9khz。t = 2045 or7 + 2rs2.2光电接口模块光电接口电路是由nec公司的双集成运放p pc4570及外围电路组成的，m pc4570的特性是开环增益 和共模抑制比很高，零漂和噪声很低，精度较高。探

10、纬器检测到的纱线信号经过前端简单处理后送至(l/2iclo-457o), r30, r3】，r32及c32, c33组成rc网络型选频放大器,对接收到的信号进行选频，放大。 选频的目的在于对发射来的信号进行选择，滤除临近发射器的干扰信号或其它的干扰信号。该选频放人器 的选频中心频率为4.9khzo在其中心频率处的电压增益为g = (i + /?34/?33)«30。再经过一个高通滤波 电路将该信号屮掺朵的低频分量过滤。如图4所示：2. 3信号调理模块经光电接口模块初步调理的信号又经信号调理模块滤波及限幅放大，限幅放大的作用是为了去除其中 的调幅干扰。为更彻底地降低与纱线信号同频的噪声

11、信号干扰，在信号调理模块中设计了一个白动调节放 大增益的环节，经光电接口模块初级放大的信号依然很微弱，故在信号调理模块还需两个双集成运放 u pc4570进行放大，此处的放大倍数町自动调节，以实现自动调节增益的功能，可避免因放大倍数过大造 成信号平顶等失真情况。经过两个双集成运放u pc4570处理后的信号outq再经一个u pc4570作用，得到 两路相位相反的信号out5及out6,outs取信号out4的正半周，0ut6则保留out。的负半周。为防止 电源电压波动而造成信号干扰，在此设计一个电压比较器，电压比较电路主要由运算放人器 a7(1/2ic 16-5393), a8(l/2ic1

12、6-5393)构成o a7(l/2ic16-5393)的正相输入端接入由 rio4,rio5rio7,vr3 构成的分压 器所输出的比较电压，电位器川于调节比较电压的人小，a?的反相输入端接前面调理电路的输出vout5。 a8(l/2ic|6-5393)的正相输入端接入由rii4,rii5rii7,vr4构成的分压器所输出的比较电压,a8的反相输入端 则接前面调理电路的输出out6。如图5所示：图5电压比较器示意图两路电压比较电路的输出被送至一路发光二极管的负端，而二极管的疋端则接电源vdd(5v)经光耦隔 离示的输岀端，二极管起指示作用，在比较电路输出低电平时它发光，比较输出电路输出高电平时

13、熄灭。同时，out4经过二极管滤波处理后，接计数器©7-4520的clka端，©7-4520共有两个四路计数a9(1/2ic 17-4520), aio(1/2ic|7-4520)o 计数器 a9(1/2ici7-4520)有两个输入端,即 clka 端和 ena 端, 脉冲信号从clka端输入时，计数器用输入脉冲信号的上升沿计数，ena端应接高电平(“1”)；若脉冲 信号从ena端输入，则计数器用输入脉冲信号的下降沿计数，此时clka端应接低电平(“0”)。 a9(1/2ic 17-4520)还有一个淸零端resa,当resa端有高电平或正脉冲作用时，其内的计数器便被清零

14、， 时序译码输出端qoa端为(“1”)，其余端qiaqaqa均为(“0”)。在a9(l/2ici74520)计数器开始工作后, 在clka端(或ena端)输入第一个时钟脉冲后，qoa即出现高电平(“1”)，在qoa的下降沿出现时触 发计数器，使得q()a端的输出移至qia端，qia端输出的脉冲为qoa端输出脉冲周期的两倍，错误！未找到引用源。端均依次进行延时移位。qg错误！未找到引用源。的输出被送至口动增益调节环节中以控制 两路双集成运放u pc4570的工作状态，由qoa.错误！未找到引用源。的高低电平状态决定u pc4570是起放大作用还是做电压跟随器使用，以实现口动增益调节的功能。另一个

15、计数器aio(1/2ic17-452o)的工 作过程也是如此。两个计数器分别用来检测两路纱线信号。10kvdd m711ic17q1a4 :q2a5 :q3a6 :res27、v8d10clka 1=3clkavdd enaresb qoa q3b q1a q2b q2a q1b q3a qob res enb vss clkb4520q1bd8|t1 qobjoar46 i2 j 010k16 vdd14 q3b ；13 q2bres1图6计数器电路2. 4脉冲输岀模块脉冲输岀模块将检测到的纱线信号送至主控器，主控器依据纱线信号控制织机是否停车。第一探纬器 h】对在纬纱设定到达时间(200&

16、#176; -290° )内探测到纬纱视为正常，否则为不止常。另外一个探纬器出对 在纬纱设定到达吋间(200° -310° )内探测不到纬纱视为正常，否则为不正常。具体判别过程如下：探纬器只在织机探纬确认的工作区间内检测纱线。短纬探测器h,的工作区间 (200°-290°),出的工作区间(200°-310°)o所看到的角度区间/探纬确认的角度区间>10%,即认为检测到 纱线。探纬器参数设定不同，可以检测纱线颜色种类就不同，町由使丿1者自行设定。例如：在织机探头 h】的工作角度230°-240°内检测

17、到纱线信号，判断(240-230) /(290-200)>10%即认为纱线正常，没有发牛 短纬悄况。3实验结果利用h发的rfja10型喷气织机的引纬部分及主辅喷嘴部分搭建探纬检测实验台，由主控器控制纬线 送出，经主辅喷嘴作用，将纬纱送至探纬检测区间，在普通h光及夜晚光线较弱等不同条件下，对有无纱 线状态反复实验，得到如下实验结果：图7给出了在冇无纱线和冇纱线时mcu所接收的不同判别信号.无纱线有纱线111010.5109.52.872.88时问/徹秒2.892.9x 104212.872.882.892.9时间/徼秒x 1o4图7探纬器测试结果图如图7所示，左图为无纱线吋mcu接收的信号

18、，将保持在10v。而右图则是有纱线变化吋的最终 信号，信号将在高低电位间不断跳变，该信号是经信号调理模块的电压比较电路输出的信号又经脉冲输出 模块作用后得到的。出现高电平脉冲的角度区间与探纬工作角度区间的比值大于10%,即认为检测到了纱 线。反z,则认为无纱线或是干扰信号。如果是探头检测到纬纱信号，则主控器控制织机继续工作。 如果探头h2检测到纬纱信号，则主控器控制织机停车进行检杏。对于探纬器hi：当接收管正常，发射管有 故障，则接收管不导通，织机停车。当发射管止常，接收管有故障时，分两种情况:接收管断路，织机停车; 接收管短路，织机不停车。对于探纬器h?:当接收管正常，发射管有故障，则接收管

19、不导通，织机不停车。 当发射管正常，接收管有故障吋，分两种情况:接收管断路，织机不停车;接收管短路，织机停车。4结论针对喷气织机探纬器漏检率较髙及可靠性较低等问题，采用红外对射式光电传感器，设计了-种基于 集成电路的新型光电探纬器。通过探纬检测实验结果，基于集成电路的光电探纬器工作稳定性较高，降低 了探纬器漏检率，改善了喷气织机织物的质最，提高了织机的探纬检测率及使用寿命。参考文献：1 丁跃金,吴清荣.纺织电气基础m.北京:中国纺织出版社,2008.2 沈丹峰。探纬器改进的新思维j.纺织机械，2006 (5) :39-40.shen dan-feng.the new train of thou

20、ght about improving on weft detector jl.textile machinery.2006(5):39-40.徐阳，吴学平，张强.喷气织机探纬器的应用j.纺织导报，2007(2):58-60.xu yang,wu xue-ping.zhang qiang. the application of weft detector on air-jet loomj. weaving technology.2007(2):5960.4 严鹤群，戴继光.喷气织机原理与应用m.2版.北京：中国纺织出版社，1996： 81-84.5 赵文强，陈国柱攻进型lcl滤波器拓扑在有源滤波器中的应用j.机电工程，2008, 25 (12)： 39-42.zhao wen-qiang, chen guo-zhu. applic