用于测量束状连续纤维组的特定长度的质量和/或水分的
纺织机械装置
[0001] 本
发明涉及一种用以测量移动束状纤维组(skein-like fibre batch)的每单位长度的质量和/或水分的装置。依据本发明的装置特别地为
纺纱制备机械例如并条机、梳毛机或
精梳机而设计，或为
纺织厂中的机器比如
纺纱机或络纱机而设计。它包括
微波谐振器，该
微波谐振器包括能让纤维组穿过的测量室以及确定微波谐振器的谐振
频率和/或质量因子(Q-factor)的设备。
[0002] 另外，本发明涉及纺织机械，特别是纺纱制备机械，比如并条机、梳毛机或精梳机，或是纺织厂中的机器，比如纺纱机或络纱机。
[0003] 纺织机械的操作经常需要测量束状移动纤维组的每单位长度的质量。术语“束状纤维组”这里指比如纤维梳条、
纱线或合股线。每单位长度的质量是指每单位长度中包含的纤维组的质量。由测量该参数得到的结果特别地被用于控制特定的纺织机械。另外，这样的测量结果能被用于评估所生产的纤维组的质量。
[0004] 由于下一代纺织机械的要求，特别是由于被计划的增加的工作速度，迄今，主要使用来确定移动纤维组的每单位长度的质量的机械检测装置将不再胜任。 [0005] 另一方面，微波的应用代表了用于测量每单位长度的纤维组质量的新方法。这涉及连续使待测量的纤维组通过微波谐振器中的测量室。由于纺织纤维组的介电性质与周围空气的介电性质不同，纤维组穿过的微波谐振 器的通道影响谐振频率和谐振器的质量因子。
[0006] 将由微波发生器产生的具有变化的频率的微波
信号耦合进微波谐振器是一种用于确定微波谐振器的谐振频率及质量因子的已知方法。这一般地涉及连续地或是以
指定的步骤在整个预先指定的
频率范围内移动；对于被耦合进谐振器的微波信号的每个频率，微波谐振器中所产生的振荡的振幅被确定。
[0007] 以此种方法记录的谐振曲线允许确定微波谐振器的谐振频率(即振幅为最大值时的频率)和质量因子。本过程的第一步是由谐振曲线确定微波谐振器的带宽。随后的规则应用于此：带宽为振幅大于或等于最大振幅的 的谐振曲线的区域。然后质量因子可容易地通过用谐振频率除以带宽而确定。
[0008] 当制造和/或处理纺织纤维组时，纤维组的干燥质量，即物质本身最具重要性。然而，特别地当纤维组包含自然纤维比如
棉花时，纤维组趋于吸收水分。干燥质量和水分都影响微波谐振器的谐振频率以及质量因子。然而，由于它们以不同的方式影响，微波谐振器的谐振频率和质量因子的测量可被用于确定纤维组的干燥质量以及它的水分含量(moisture content)。为清楚起见，应注意，此处所用的术语“每单位长度的质量”指的是每单位长度干燥材料的绝对质量，而术语“水分”指的是从每单位长度的纤维组观测到的水的绝对质量。 [0009] 在已知的方法中，测量时间至少与通过整个先前指定的频率范围所需的时间相等。但是，不可能以不受限制的速度通过频率范围，因为微波谐振器的振幅仅在振荡的频率改变之后经过一段固定时间时采用其终值。通过划分微波谐振器的带宽的平方所
覆盖的频率范围例如在线性频率变化的情况下可估计最小需要的测量时间。然而，如果所需精确度严格，则所需要的测量时间进一步增加。
[0010] 但是，如果测量时间增加得非常多以致短暂的固定过程不再起重要的作用，那么所测量的谐振曲线的振幅值在纤维组穿过谐振器移动时与该组的不同段有关。这又导致误差，在纤维组较快地移动时，该误差变得较严重。
[0011] 因此已知方法的缺点是，对纤维组的每单位长度的质量和/或其已吸收的水分的测量所期望的精确度基本上不可能达到，特别是当纤维组在快速移动时。 [0012] 因此本发明的目的是提出一种纺织机械，或一种用于纺织机械的装置，其能避免刚提到的缺点。特别地，在提高测量纤维组的每单位长度的质量和/或其所吸收的水分的精确度的同时，设备的复杂性和开支应被降低。
[0013] 这一任务由独立
权利要求的特征来完成。
[0014] 本发明提供了一种用于纺织机械的装置，特别是用于纺纱制备机械，比如用于并条机、梳毛机或精梳机，或用于纺织厂中的机器，比如用于纺纱机或络纱机的装置，所述装置用于测量束状移动纤维组的每单位长度的质量和/或水分含量，所述装置包括： [0015] 微波谐振器，其包括能被纤维组穿过的测量室，以及
[0016] 用于确定微波谐振器的谐振频率和/或质量因子的设备，
[0017] 信号发生器被设置在依据本发明的装置中；这被用于产生信号，该信号的
频谱包括多个频率。发生器信号被耦合进微波谐振器，且被耦合出微波谐振器的
输出信号被提供给评估
电路。这里所用的评估电路可设计成同时确定在输出信号的频谱中的所述频率中的多个频率的振幅和/或
相位。
[0018] 根据用这种方法同时得到的振幅和/或相位传递系数(amplitude and/or phase transfer coefficient)，可通过计算确定微波谐振器的谐振频率和/或质量因子。由此结果，可使用已知方法来获得正穿过测量室的束状纤维组的每单位长度的质量和/或水分含量的测量。
[0019] 但跟技术的发展水平大不相同的是，不必通过测量和评估不同频率的振幅和/或相位传递系数来确定谐振曲线。因此，产生测量所需的时间被显著地缩短，因而测量值的精确度即使在纤维组的传输速度加快时也能被提 高。单独的测量在实施测量期间不再被纤维组
片段的移动破坏。
[0020] 有利地，提供
同步信号以使评估电路与信号发生器同步。同步信号对应于发生器信号，且微波谐振器的传递特征因此能被评估电路精确地确定。
[0021] 信号发生器被有利地设计成使得发生器信号的频谱受可指定的最低频率和/或可指定的最高频率的限制。以此种方法产生其频带在一侧或两侧上受限制的频谱具有优势，其优势在于，发生器信号的
能量含量能被聚集到用于评估的频率范围内。 [0022] 在此种情况下，使最低频率低于微波谐振器的最低可用谐振频率和/或最高频率高于微波谐振器的最高谐振频率是有利的。微波谐振器的最高谐振频率是出现在测量室为空时的谐振频率。另一方面，最低可用谐振频率是出现在测量室被填充到最满时的谐振频率。最低谐振频率和最高谐振 频率之间的频率范围也被称为调谐范围。如果频谱的宽度现在覆盖调谐范围，那么无论微波谐振器的测量室多满，都有可能评估在谐振频率附近的频率。作为最终结果，这提高了测量
精度。
[0023] 尽管可以将信号发生器设计成产生具有连续频谱的信号，但如果将信号发生器设计成使得发生器信号的频谱中的所述频率为离散地分布，则仍然是有利的，这意味着其被构造为产生线频谱。使用线频谱使聚集包含在用于评估的频率上的发生器信号中的能量成为可能。
[0024] 对于信号发生器特别有利的是，其被设计成使得所述离散频率等距地分布在发生器信号的频谱内。此种等距的线频谱能容易地通过频率为基本频率的整数倍的
叠加正弦信号产生。
[0025] 此种情况下特别有利的是，将信号发生器设置成使得相邻频率之间的距离小于微波谐振器的最小带宽的1.5倍，小于上述带宽则更有利，而小于上述带宽的0.75倍就特别有利。微波谐振器的最小带宽被定义为谐振频率与相同频率下的质量因子的商的最小值。所提出的频谱线的紧密间隔能确保适合于评估的频率在接近于谐振频率的时候可用，而不管测量室可能有多满。这使得可能在任何环境下确保所需的测量精度。 [0026] 在一个特别有利的实施方式中，信号发生器被设计成使得，在发生器信号的频谱内，至少供评估的所述频率具有相同的振幅。这显著地简化了评估输出信号的过程。 [0027] 在一个有利的实施方式中，评估电路设计成产生对应于微波谐振器的谐振频率的频率信号，和/或产生对应于微波谐振器的质量因子的质量因子信号。然后频率信号和/或质量因子信号能使用现有设备用已知方法评估。
[0028] 评估电路被有利地设计成确定在输出信号的频谱中的所述频率中的至少三个频率的振幅。然后可由三个不同的振幅值明确地确定振幅传递函数。于是就没有必要测量相位值了。
[0029] 在另外一个有利的实施方式中，评估电路设计成确定在输出信号的频谱中的所述频率中的至少两个频率的振幅和相位。在此种情况下，微波谐振器的传递函数可再次被明确地确定。
[0030] 如果确定了频谱中的所述频率中的至少三个频率的相位，那么就没有必要确定振幅的值了。
[0031] 如果被评估的频率的数量大于必需的数量，那么在很多情况下，对谐振频率和/或质量因子找不到准确的解决方案。在这种情况下，如果评估电路设计成在误差最小化
算法的辅助下确定微波谐振器的谐振频率和/或质量因子，则是有利的。合适的误差最小化算法包括，比如最小化误差的方法(可能是加权的)或最小化平方误差的方法(可能是加权的)。应用这种误差最小化算法允许在确定微波
振荡器的谐振频率和/或质量因子时考虑任何数量的频率。
[0032] 为增加测量精确度，评估电路设计成确定在输出信号的频谱中的所述频率中的在微波谐振器的带宽之内的频率的振幅和/或相位，这是有利的。
[0033] 如果评估电路设计成确定在输出信号的频谱中的高于微波谐振器的谐振频率的至少一个所述频率以及低于微波谐振器的谐振频率的至少一个所述频率的振幅和/或相位，则也将有助于提高测量精确度。
[0034] 如果评估电路设计成考虑发生器信号的频谱中供评估的所述频率的不相等的振幅，则是特别有利的。考虑不相等的振幅能通过将在输出信号的频谱中的特定的所述频率的振幅与在发生器信号的频谱中的相同频率的振幅相比较来完成，在此种情况下后者的信息能被包含在提供给评估电路的同步信号中。
[0035] 评估电路有利地包括用于
采样电路所产生的采样信号的频谱分析的分析电路。这里，采样电路被设计成使得采样信号与输出信号相对应。与包含在输出信号里的频率的振幅和/或相位有关的信息因此包含在通过频谱分析产生的采样信号的频谱内。以这种方法，微波谐振器的谐振频率和/或质量因子能通
过采样信号的频谱分析确定。 [0036] 在一个有利的实施方式中，采样电路设计成对输出信号本身采样。这产生简单的布置。
[0037] 在进一步有利的实施方式中，评估电路包括将输出信号置换到低频基带中的置换电路(transposition circuit)。从置换电路得到的置换后的输出信号随后被为了此目的而设计的采样电路采样。输出信号能以已知的方式通过将其与谐波信号混合来置换。将输出信号置换到低频基带中简化了信号的进一步处理。
[0038] 有利地，采样电路产生数字采样信号，在此情况中，分析电路被设计成用于分析数字采样信号的数字分析电路。数字分析电路能以低价格买到。
[0039] 有利地，用于采样信号的频谱分析的分析电路基于快速傅里叶变换(Fourier transform)和/或基于普罗尼方法(Prony′s method)而设计。这些程序是允许以足够的精确度快速并容易地找到所需频谱的近似方法。
[0040] 微波谐振器有利地以双端口谐振器的形式实现。在那种情况下，它具有将发生器信号耦合到微波谐振器中的向内耦合设备(inward coupling arrangement)，以及将输出信号耦合出微波谐振器的向外耦合设备(outward coupling arrangement)。传递测量能容易地用双端口谐振器执行。
[0041] 在一个进一步的实施方式中，微波谐振器被实现为单端口谐振器。在此种情况下，微波谐振器包含耦合设备，通过耦合设备，发生器信号被耦合到微波谐振器中，且反射信号作为输出信号被耦合出。此种用于执行反射测量的微波谐振器的机械构造相对简单。 [0042] 在一个使用单端口谐振器的有利的实施方式中，信号发生器以发生器信号为外加
电流( Strom)的方式设计，且评估电路设计成评估作为反射信号出现在耦合设备处的
电压。
[0043] 在一个同样有利的使用单端口谐振器的实施方式中，信号发生器以发生器信号为外加电压的方式设计，且评估电路设计成评估作为反射输出信号在耦合设备处流动的电流。
[0044] 在信号通过
波导(例如波
导管)耦合进和耦合出的情况中，信号发生器以发生器信号为外加波的方式设计，且输出电路设计成用于评估作为反射波出现在耦合设备处的输出信号的振幅和/或相位。
[0045] 在本发明一个有利的进一步的实施方式中，提供了信号评估级(signal evaluation stage)，其由频率信号和/或从质量因子信号产生束状移动纤维组 的每单位长度的质量的测量和/或水分含量的测量。以此方法构造的装置可直接应用于常规的纺织机械。
[0046] 有利地存在至少一个FPGA。通过适当设置的FPGA来实现信号评估级是有利的。但是，也可能通过适当设置的FPGA实现信号发生器和/或评估电路。有利地，单个FPGA以执行一些或所有这些模
块的功能的方式设置。
[0047] FPGA(“现场可编程
门阵列”的缩写)是可编程的逻辑元件，它的功能可通过内部结构的特定设置指定。因为该原因，一个且相同的FPGA能实现几乎无限范围的电路。这提供了优于使用
专用集成电路(ASIC)的成本优势。与功能必须被顺序执行的程序指定的
微处理器相反，FPGA提供了导致高处理速度的平行信息处理的选择。
[0048] 有利地，微波谐振器和至少一些相关的电路，特别是信号评估级，信号发生器和/或评估电路包含在公共
外壳中。这能以简单方式提供整个布置所需的抵抗在纺织环境中存在的灰尘、飞动纤维、
温度变化、机械影响等等的保护。
[0049] 有利地，该布置包括与用于该布置连接到纺织机械的通讯端口的已定义协议的通讯
接口。为了控制目的，现代纺织机械包括大量模块。提供了通讯端口以便连接这些模块。因此，如果依据本发明的装置包括依据适当的协议操作的通讯接口，则该装置能在制造时容易地装配到纺织机械上，或改进到现存的机器上。如果使用总线接口，则所需的
电缆数量可被最小化。CAN总线接口是特别有利的。
[0050] 依据本发明的纺织机械的特征为具有依据本发明的至少一个装置。所描述的优点被得到。
[0051] 本发明进一步的优点被描述在下文特定的实施方式例子中。它们展示： [0052] 图1是作为依据技术发展水平的纺织机械的例子的并条机，
[0053] 图2是依据本发明的并条机，
[0054] 图3是依据本发明的具有双端口微波谐振器的装置，
[0055] 图4是依据图3的装置的等效电路图，
[0056] 图5a是发生器信号的等距离线频谱，
[0057] 图5b是对应于图5a的发生器信号，
[0058] 图6a是发生器信号的带限等距离线频谱(band-limited equidistant line spectrum)，
[0059] 图6b是对应于图6a的发生器信号，
[0060] 图7是微波谐振器中的振幅及相位传递连同发生器信号的频谱的图， [0061] 图8是微波谐振器传递函数的量值、实分量和虚分量的表示，
[0062] 图9是输出信号的频谱的量值，
[0063] 图10是输出信号的频谱的实分量，
[0064] 图11是输出信号的频谱的虚分量，
[0065] 图12是依据本发明的具有单端口微波谐振器的装置，
[0066] 图13是依据图12的装置的等效电路图，
[0067] 图14是依据本发明的具有单端口微波谐振器的进一步的装置， [0068] 图15是依据图14的装置的等效电路图，
[0069] 图16是依据本发明的具有双端口微波谐振器的进一步的装置， [0070] 图17是依据图16的装置的等效电路图，
[0071] 图18是依据本发明的装置进一步的实施方式，
[0072] 图19是依据图18的装置的等效电路图，
[0073] 图20是置换到基带中的输出信号，以及
[0074] 图21是微波谐振器的透视图。具体实施方式
[0075] 图1展示了作为纺织机械1的例子的依据技术发展水平构造的并条机1。提供给并条机1的纤维组FB经过，在LR方向上移动、穿过梳条导向 装置2、入口
传感器单元3、偏转单元4、牵伸系统5、出口导向装置6和梳条储藏室7。
[0076] 仅示意性展示的梳条导向装置2包括偏转管8，其放置成使得提供给它的纤维组FBzu能呈来自放置为邻近并条机1的梳条罐9的纤维梳条FBzu的形式。但是，梳条导向装置2也能设计成使得它可直接从运转的梳毛机带走提供给梳条导向装置2的纤维梳条FBzu。同样地-而且这是实践中最频繁的情况-梳条导向装置2可设计成同时从多个可用的梳条罐9带走许多纤维梳条FBzu。当下面讲到一个纤维梳条FBzu时，这不应排除指一些纤维梳条FBzu的可能性。
[0077] 进入的纤维梳条FBzu被梳条导向装置2传输到入口单元3。这包括入口漏斗3a和驱动的传感辊对3b、3b′，传感辊对3b、3b′由固定
轴承上的辊3b和被施加
载荷的可移动辊3b′组成。
[0078] 传感辊对3b、3b′一方面用于拉纤维梳条FBzu按顺序穿过入口漏斗3a，另一方面用于压缩纤维梳条FBzu，并逐段确定所穿过的纤维梳条FBzu的单位长度的质量。为完成这一最后的任务，设置了位移传感器3c以便探测可移动辊3b′的运动。最后，用这种方法测量纤维梳条FBzu的直径，并由其计算出FBzu的每单位长度的质量。在入口区域内，换言之，在牵伸系统5的上游，所穿过的纤维梳条FBzu的每单位长度的质量被确定。也就是说，使用了机械检测。这里的单独测量的段AB具有几毫米的长度。对于每个所测量的段，位移传感器3c产生测量MW。
[0079] 具有梳条偏转杆4a、4b、4c和4d的偏转单元4的任务是在横向于运动方向的方向上均匀地加宽从入口单元3到达的纤维梳条FBzu，并因此释放发生在入口单元3中的纤维梳条FBzu的压缩。
[0080] 当纤维梳条FBzu从入口单元3运输到牵伸系统5时，纤维梳条FBzu经受由传感辊对3a、3a′和进入辊对5a、5a′的不同圆周速度产生的摄入张
力(intake tension)。 [0081] 牵伸系统5包括进入辊对5a、5a′，中心辊对5b、5b′和传送辊对5c、5c′。辊对5a、5a′和辊对5b、5b′以及辊对5c、5c′以速度在运输方向上从一 个辊对到下一个辊对增加的方式被驱动。因此，纤维梳条FBzu在产生于进入辊对5a、5a′和中心辊对5b、5b′之间的初始牵引区域VVF中，以及在形成于中心辊对5b、5b′和传送辊对5c、5c′之间的主牵引区域VF中被牵引出。
[0082] 牵伸系统5的下辊5a、5b和5c被固定在适当的
位置，而上辊5a′、5b′和5c′被安装在可移动轴承上，并被未示出的载荷对着下辊5a、5b和5c按压，从而对纤维梳条FBzu施加稳固的握持力。
[0083] 出口导向装置6包括出口漏斗6a以及驱动的引离辊对6b、6b′，其中一个辊6b被固定到适当的位置而另外一个辊6b′被安装到可移动轴承上。出口漏斗6a的作用是压缩被牵伸的纤维梳条FBvz，从而产生紧凑的纤维梳条FBab。
[0084] 引离辊6b、6b′首先用于从出口漏斗6a拉出纤维梳条FBab，且用于进一步压紧纤维梳条FBab。此外，可移动地安装的辊6b′关联于进一步的位移传感器6c以产生测量值MW′，其对应于出现的纤维梳条FBab的每单位长度的质量。这意味着，在常规的并条机1上使用机械传感器以便确定出现的纤维梳条FBab的每单位长度的质量的原理也适用于出口区域，即牵伸系统5的下游。
[0085] 这里不对梳条储藏室7做详细解释，梳条储藏室7对在梳条罐12中由并条机1产生的纤维梳条FBab提供有条理的储存。
[0086] 牵伸系统5可通过控制单元13控制。操作单元14被分配到控制单元13上，控制单元13允许用户指定随后作为输入量值向控制单元13提供的控制值。由用户以此种形式指定的输入量值包括比如正产生的纤维梳条FBab的期望传输速度LG以及期望梳条重量BG。这里的传输速度LG指的是被牵伸的纤维梳条FB离开牵伸系统5的速度。另一方面，梳条重量BG描述了由并条机1牵引出的纤维梳条FBab的每单位长度的平均质量。另外一个被输入到控制单元13的量值为电流测量MW，其自动地从入口传感器单元3传递到控制单元
13。只展示了输入到控制单元13的量值的一个选集。其它输入量值在实践中被提供给控制单元13。
[0087] 控制单元13被设计成使得根据其输入量值，它通过使未展示出的驱动设备运转来控制输入辊对5a、5a′的旋转速度、中心辊对5b、5b′的速度，以及传送辊对5c、5c′的速度。在未调节的操作中，对初始牵引区域VVF指定了固定的初始牵伸，以及对主牵引区域VF指定了固定的主牵伸。
[0088] 另外一方面，在调节的操作中，对牵伸做了也被称为控制调整的改变，以为传输到牵伸系统5的纤维梳条FBzu提供更大的连贯性。此种类型的控制调整是基于由位移传感器3c测得的测量进行的。在牵伸系统5的上游进行测量的控制系统通常被称为开环控制(open-loop control)。在此种类型的控制系统中，必须考虑所提供的纤维梳条FBzu的段AB一直到将进行控制调整的点REP所经过的距离-或通过时间。所经过的距离以及通过时间通过牵伸系统的进入速度联系起来。
[0089] 纤维组FBzu被提供到牵引区域VF，纤维组FBzu由前后相随的一系列段组成。这里对在图示时刻由传感器单元3c进行测量的段给出了参照符号ABn。段ABn-1位于段ABn的下游。为了简单起见，进一步的段未被给出识别的参照符号。对每段，相应于所涉及的段AB的每单位长度的质量的至少一个测量MW被获得，并被传递到控制单元13。 [0090] 当所测量的段ABn达到控制操作点REP，即ABn′所示的位置时，控制单元13发起适当的控制调整。比如，如果段ABn具有高于平均每单位长度的质量，则牵伸增大以使纤维组FB变平坦。
[0091] 代表进入的纤维梳条FBzu的每单位长度的质量的测量值MW的精确度对于所生产的纤维梳条FBab的质量具有特别重要的意义。所产生的纤维梳条FBab越一致，质量就越好。 [0092] 对技术发展水平的一种已知的用于监控所生产的纤维梳条FBab的质量的方法是使用评估单元15，其计算来自由测量漏斗6a提供的测量值MW′的变化系数；该系数代表对于一段给定参考长度的纤维梳条FBab的梳条不规则性的百分比。参考长度也被称为切割长度，且变化系数也被称作CV％值。在实践中，所使用的切割长度位于几厘米和几米之间的范围。但是，可靠的CV％值只能在测量值本身具有高精确度时得到。所确定的CV％值可以比如被展示在显示器16上，或可被存储而用于以后的评估。
[0093] 图2展示了依据本发明的作为纺织机械1的例子的并条机1。其特征在于依据本发明的在入口单元3区域中的第一装置20，以及依据本发明的在出口导向装置6区域中的第二装置20′。依据本发明的第一装置20取代了图1所示的并条机1的位移传感器3c。这里装置20也被用于确定被提供给牵伸系统5的纤维梳条FBzu的段AB的每单位长度的质量，并产生包括该信息的测量值。
[0094] 测量值MW被用在已知方法中以控制并条机1。此种情况下使用微波而不
接触地确定每单位长度的质量。由于没有惯性质量，提高并条机的工作速度没有障碍。纤维梳条FB的每单位长度的质量通过评估依据本发明的装置20的测量室22的介电性质来完成。由装置20产生的测量值MW代表纤维组FBzu的每单位长度的干燥质量，这避免了在控制纺织机械1时可能由纤维梳条FBzu的水分含量引起的误差。因为通过依据本发明的装置20进行测量所需的时间短于已知的微波测量装置所需的时间，测量值MW甚至在纤维组FBzu高速移动时也保持精确。对许多连续的段AB的每单位长度的质量取平均也完全被避免了。每个测量值MW精确地代表一段AB。
[0095] 依据本发明的进一步的装置20′逐段地测量将被放置的纤维组FBab的每单位长度的质量。对应于每单位长度的质量的测量值MW′被用已知方法提供给评估单元15，并用于产生表示质量的量值。测量值MW′基于测量室21′的介电性质得到。介电性质以类似于依据本发明的装置20的运行方法的方式确定。因此获得同样的优点。然而，应注意，在出口导向装置6的区域中放置依据本发明的装置20′是特别有利的，因为此处待测量的纤维组FBab的速度通常更高。
[0096] 图3展示了依据本发明的装置20的第一可能的实施方式。它包括带有测量室22的微波谐振器21。纤维梳条FB可制作成连续地在穿过入口开口23且穿过出口开口24的运动方向LR上通过测量室22。微波谐振器21还包括向内耦合设备25和向外耦合设备26。因此其作为双端口谐振器被实现。
[0097] 依据本发明，有信号发生器27，它的发生器信号gs通过向内耦合设备25耦合进入微波谐振器21的测量室22。还提供了评估电路28，通过向外耦合设备26将输出信号从测量室22耦合至评估电路28。评估电路28设计成产生对应于微波谐振器21的谐振频率的频率信号rfs，以及产生对应于微波谐振器21的质量因子的质量因子信号gus。还提供了信号评估级29，其由频率信号rfs以及质量因子信号gus产生束状移动纤维组的每单位长度的质量的测量值MW以及水分含量的测量值MF。
[0098] 图4展示了由图3解释的装置20的一个等效电路图。微波谐振器21的电学性质可用并联地连接的
电阻器R1、电容C1和电感L1表示。从电学的观点看，微波谐振器因此代表了并联
谐振电路R1、C1和L1。在测量室22中存在的纤维组FB的干燥材料含量的质量和水分含量的质量影响
电阻器R1的值以及电容C1的值。因此，并联谐振电路R1、C1、L1的质量因子和谐振频率被改变。但是，因为纤维梳条中的干燥材料的比例对并联谐振电路R1、C1、L1的特征参数的影响与纤维梳条FB的水分含量的影响遵循不同的定律，因此，知道并联谐振电路R1、C1、L1的质量因子和谐振频率将允许找到在测量室22中存在的纤维组FB的水分含量的每单位长度的质量和干燥部分的每单位长度的质量。展示于图3中的向内耦合设备25和向外耦合设备26在图4中分别用电感L3和电感L4代表。
[0099] 本发明的核心是，发生器信号gs的频谱包括多个频率，且对于包括在发生器信号gs的频谱内的大部分频率，振幅和/或相位在输出信号的频谱中被同时确定。通过评估输出信号，以及使用已知的发生器信号gs，可确定微波谐振器21的谐振频率和质量因子。因为这个原因，由发生器27给评估电路28提供对应于发生器信号gs的同步信号sys。 [0100] 包含于发生器信号gs的频谱内的每个频率也被包含在输出信号的频谱中。如果现在找到与输出信号的频谱中数量足够大的频率相对应的振幅，则微波谐振器的也被称为谐振曲线的振幅传递函数可被明确地确定。同样地，通过评估输出信号中足够大数量的频率的相位，相位传递函数可被确定。微波谐振器的谐振频率和/或质量因子可由振幅传递函数或相位传递函数确定。但是，在很多情况中，如果振幅传递函数和相位传递函数均被确定和评估，则这对增加谐振频率或质量因子的确定的精确度是有帮助的。 [0101] 因此，所展示的装置20能产生对应于微波谐振器21的谐振频率的信号rfs，以及对应于微波谐振器21的质量因子的信号gus，而不需要像在已知的微波装置中所完成的那样逐步地记录谐振曲线。
[0102] 图5展示了发生器信号gs的包括多个频率的频谱GS。所展示的频谱GS为无限带宽的线频谱。包括在频谱GS中的频率为基本频率f0的整数倍。因为相邻频率具有相同的间隔，此类型的频谱GS被称为等距的。数学考虑表明，图5a中所示的频谱GS为图5b所示的发生器信号gs的频谱，其由尖峰脉冲的周期性序列组成。
[0103] 基本地，图5b所示的发生器信号gs适合于使用在依据本发明的装置中。然而，相关频谱GS的无限带宽意指存在非常大量的频率，但是对于进一步的评估无足重轻。 [0104] 因此，优选使用其频谱gs为带限等距离线频谱的发生器信号gs。此种类型的带限等距离线频谱GS的例子被展示于例如图6中。频谱GS包括大量频率，其中每个频率均为频率f0的整数倍。此处的频谱GS受最低频率fmin和最高频率fmax的限制。所有表示于频谱GS中的频率都具有相同的振幅。这简化了对输出信号的评估，因为它现在意味着输出信号AS的频谱中的振幅变化能被直接地追溯到微波谐振器21的传输性质。 [0105] 属于图6a的频谱GS的发生器信号gs被展示于图6b中。对于现代信号发生器而言产生此种类型的发生器信号gs是没问题的。基本频率f0、最低频率fmin和最高频率fmax的值能被指定。
[0106] 图7展示了微波谐振器21的振幅传递性质和相位传递性质，以及特别适合于本发明的发生器信号gs的频谱GS。图的上部展示了微波发生器21在给定时间的振幅传递函数A(f)。振幅传递函数A(f)的特征为谐振频率fR及带宽B。谐振频率fR是振幅传递函数A(f)具有它的最大值时的频率。带宽B为频率范围，在该频率范围内振幅传递函数A(f)的值具有在图的上部示出的微波发生器21在给定时间的振幅传递函数A(f)的量值。振幅传递函数A(f)的特征为谐振频率fR及带宽B。谐振频率fR为振幅传递函数A(f)具有最大值时的频率。带宽B为频率范围，在该频率范围内振幅传递函数A(f)的值具有至少为最大量值的1/ 倍的量值。 微波谐振器21的质量因子可容易地通过用谐振频率fR除以带宽值来确定。谐振频率fR和带宽B都是时间相关的量，因此对于质量因子也是如此。它们取决于位于微波谐振器21的测量室22内的纤维组FG的质量，也取决于它包含的水分的比例。
[0107] 也可能使用相位传递函数P(f)来确定谐振频率fR和带宽B。谐振频率fR可通过寻找相位传递函数P的零交叉点来被极准确地找到。当带宽B是在
相移不超过+/-45°的频率范围时也可被确定。
[0108] 图的下部示出了特别适合的发生器信号gs的频谱GS。这是带限等距离线频谱。它的特征为带宽B覆盖微波谐振器的调谐范围的事实。这意味着最低频率fmin小于微波谐振器21的最低谐振频率fRmin，同时最高频率fmax高于微波谐振器21的最高谐振频率fRmax。
最高谐振频率fRmax在微波谐振器21的测量室22完全空时得到。空的微波谐振器21的振幅传递函数用虚曲线A1(f)示出。在微波谐振器21的当前带宽的区域中有频谱线。这允许振幅传递函数A(f)和/或相位传递函数P(f)被精确地确定。
[0109] 图8示出了复传递函数H(f)的振幅及实分量和虚分量。复传递函数H(f)描述了微波谐振器21的振幅传递函数和相位传递函数。复传递函数H(f)的振幅|H(f)|对应于展示于图7的振幅传递函数A(f)。复传递函数H(f)的实分量Re{H(f)}和复传递函数H(f)的虚分量Im{H(f)}可由振幅函数A(f)和相
角P(f)的大小计算出。从技术上讲，一方面复传递函数H(f)以及另一方面振幅传递函数A(f)与相位传递函数P(f)的组合具有相同的意义。但是，复传递函数H(f)在
信号处理的背景下在很多情况下对进一步计算更有用。 [0110] 微波谐振器21的复传递函数H(f)通过等式(1)给出：
[0111] 等式(1)
[0112] 其中K为量纲常数。
[0113] 复传递函数H(f)的振幅从而由下式给出：
[0114] 等式(2)
[0115] 此外，实分量由下式给出：
[0116] 等式(3)
[0117] 且虚分量由下式给出：
[0118] 等式(4)
[0119] 对于具有依据图7的频谱GS(f)及依据图8的复传递函数H(f)的发生器信号gs(t)，得到具有图9所示的振幅频谱|AS(f)|的输出信号as(t)，其具有图10所示的复振幅频谱AS(f)的实分量Re{AS(f)}及图11所示频谱的虚分量Im{AS(f)}。
[0120] 因为频谱GS(f)在从最低频率fmin至最高频率fmax的频率范围内的包络线是恒定的，振幅频谱|AS(f)|的包络线对应于传递函数H(f)的振幅|H(f)|。为了说明此，传递函数H(f)的振幅|H(f)|在图9中被显示为虚线。类似地，图10中频谱AS(f)的实分量Re{AS(f)}的包络线以及图11中频谱A(f)的虚分量Im{A(f)}分别对应于复传递函数的实分量Re{H(f)}和复传递函数的虚分量Im{H(f)}。
[0121] 对于在从fmin到fmax的频率范围中频谱GS(f)的包络线不是恒定的情况，复传递函数H(f)可通过用频谱AS(f)的包络线除以频谱GS(f)的包络线来确定。由于频谱GS(f)的包络线已知，该除法可通过用权重因子1/GS(f)评估频谱线来完成。
[0122] 评估图9、图10和图11所示的线频谱允许微波谐振器21的复传递函数H(f)得以重构，从而找到它的谐振频率fR和它的质量因子。这里的复传递函数H(f)被认为在由频谱AS(f)的频谱线给出的频率点。各条线的量值因此能被直接地代换进等式1、2、3和4中。 [0123] 虽然微波谐振器21的谐振频率fR和质量因子可仅仅由振幅频谱|As(f)|确定，评估复振幅频谱AS的实分量Re{AS(f)}和虚分量Im{AS(f)}提供了精确度高的好处，因为Im{AS(f)}的算术符号在谐振频率fR的变化允许谐振频率FR以非常高的精确度确定。应注意，确定谐振频率fR的精确度可以显著地高于频谱线之间的间隔ΔF，因为传递函数H(f)原则上能由三个离散的振幅值重构，或另外如果关联于那些值的相位也为已知时可由两个离散的振幅值重构。由于寻找采样值时的不可避免的误差，增加被评估的频谱线的数量仍然是有利的。
[0124] 图12展示了依据本发明的进一步的装置20。微波谐振器21在这里被实现为带有耦合设备30的单端口谐振器。由发生器27提供的发生器信号gs为外加电流ie，其通过耦合设备30耦合进微波谐振器21。因此，电压u在耦合设备30处产生，且其作为反射输出信号被提供到评估电路28。
[0125] 图13展示了图12所示装置的等效电路图。
[0126] 图14展示了依据本发明的设备20的进一步的实施方式。这里，发生器27以发生器信号gs是所施加的电压ue的方式被设计。该施加的电压ue被提供到耦合设备30。流入耦合设备30的电流i可被电流探测器31探测到。电流i的测量值随后从微波谐振器21提供输出信号，且其被提供到评估电路28供进一步处理。
[0127] 图15展示了在图14中示出的装置的等效电路图。
[0128] 图16展示了本发明的有利的实施方式。这里评估电路28由采样和模拟/数字转换器电路32以及数字评估电路33组成。在基本周期T0期间，来自微波谐振器21的输出信号as(t)的N个样本以N/T0的间距被获得。对于每个基本周期，这些N个值首先在数字评估电路33中进行傅里叶变换。执行被称为快速傅里叶变换的转换是有利的。为了快速k而有效地执行快速傅里叶变换，如果在基本周期中采样的值的数量M能由M＝2 给出，则是有利的，其中k为正整数。
[0129] 由以此种方式得到并用采样值AS(fk)表示的傅里叶频谱中，通过对等式1-4中的一个或多个求解而得到fR和Q的值，其中fk是所使用的发生器信号gs(t)内频谱线的N个频率。频率信号rfs代表(随时间变化的)谐振频率fR(t)，而输出信号gus代表(随时间变化的)质量因子Q(t)。输出信号可用数字和/或模拟的形式提供。
[0130] 如果只有传递函数H(fk)的振幅|H(fk)|是通过测量得到的，那么等式2对于N个
采样频率中的每个产生一个等式，换言之，总共N个等式用来确定fR和Q。如果使用了复等式1或两个实等式3和等式4，那么总共得到2N个实等式以确定fR和Q。因为对等式系统的解还找到了常量K(其对于进一步的信号处理是不需要的)，所以在仅测量振幅时需要至少三个值对，而如果要测量传递函数的振幅和相位或传递函数的实分量和虚分量，则需要至少两个值对。
[0131] 为获得高精度，如果所测量的值的对数N被
选定为大于Qmax(fmax-fmin)/fmin则是有利的。
[0132] 如果谐振器21的3dB带宽B相对于频率跨度fmax-fmin为小，则测量适当地大量的值。因此，为确定fR和Q而发展的等式系统是超定的，且没有精确的解。从而其必须使用(可能为加权的)最小误差量值的条件或最小方差量值的条件求解。用于得到此类解的这样的方法以及用于数值解的相关算法在信号处理领域为已知的。
[0133] 图18展示了依据本发明的装置21的进一步可能的实施方式。这里的评估电路6包括以混合器34的形式实现的置换电路34、采样及模拟/数字转换器电路32以及数字分析电路33。与依据图16的设备相反，在依据图18的设备中，来自微波谐振器21的输出信号as(t)首先在混合器34中被置换到低频基带。频率转换使用有利的已知方法通过混合由信号发生器27提供的信号来完成：
[0134] osc(t)＝Acos(2π(nmin-1)f0t)，osq(t)＝Asin(2π(nmin-1)f0t)； [0135] 其中nmin＝fmin/f0，作为同相信号asBBc和
正交信号asBBq在输出时被提供的结果。因为将被数字化的信号现在处于基带中，所以数字化的过程被简化了。已被置换至基带中的信号asBBc和asBBq具有在从f0到Nf0的频率处有N个等距频谱线的线性频谱。使用同相信号asBBc和正交信号asBBq，数字分析电路33确定H(f)的傅里叶频谱的实分量和虚分量，且由这些产生了代表谐振频率fR(t)和质量因子Q(t)的输出信号rfs(t)以gus(t)。 [0136] 图20展示了被置换至具有在图9中示出的振幅频谱|AS(f)|的低频基带 中的输出信号as(t)的振幅频谱|ASBB(f)|的例子。通过与合适的信号混合，频率f1、f2...fn被转换至较低的频率f1′、f2′...fn′。置换的频谱|ASBB(f)|中的最低频率fmin′现在对应于基本频率f0。
[0137] 图21展示了两部分微波谐振器21的透视图。微波谐振器21包括上谐振器部分46和下谐振器部分47；它们在微波谐振器21正操作时用某种合适的方法连接到一起。微波谐振器21的入口开口23具有槽的形式。其被安排成这样的形式，即在微波谐振器21用于测量的振荡模式中，电
磁场的
电场线平行于入口开口23，而磁场线则垂直于入口开口23。这确保了
电磁场从入口开口23的向外
辐射被最小化。在该透视图中不可见的出口开口24位于入口开口23的相对侧。这里，电磁场线再次平行于出口开口24。
[0138] 本发明不被限制于所示出和所描述的示例性实施方式。在本
专利权利要求的概要以内的改动在任何时候都是可能的。
[0139] 特别地，考虑到水分，依据本发明的装置能用于确定纤维梳条的
密度或纤维梳条的每单位长度的质量。本装置能被设计成能使用微波谐振器的质量因子和频率执行算法以分别确定水分含量和密度。
[0140] 微波谐振器能至少部分地由微波能穿透的材料(陶瓷、
石英玻璃)组成，且其
介电常数尽可能地独立于温度。这最特别地涉及位于微波谐振器内的用于引导被测量的纤维梳条的元件。
[0141] 而且，微波谐振器能由两个实质上平行的半圆柱构造。在此种情形中，以及特别是当它被用于梳毛机或者并条机的出口时，它可被设计成带有用于纤维梳条的同心导向装置的圆柱。此外，特别是当它被用在并条机的入口时，它可以包括用于侧向插入纤维梳条的插入槽。
[0142] 可采取下列措施以便避免在用该装置进行的测量中由温度效应导致的误差：用低
热膨胀系数的材料(例如不胀
钢)构造谐振器，提供用于谐振器或整个传感器的绝热的装置，包括连接到谐振器的电路的至少一部分，和/或提供用于加热的装置(例如使用加热箔)或冷却(比如借助于Peltier元件)谐振器或传感器。
[0143] 也可采取下列程序以校准依据本发明的装置：借助于在实际带宽细度和/或实际湿度被确定的预先操作阶段中从实验室测量获得的校准曲线来对多种纤维梳条材料或纤维梳条混合物校准传感器，确定空谐振，其中进行一些步骤以确保谐振器中可能已聚集的纤维梳条和任何残留污物被完全清理(在第一次分离之后除去纤维梳条，吹出残留物和污物)。
[0144] 依据本发明的纺织机械可特别地为梳毛机或并条机，其中依据本发明的装置作为出口传感器安装。在这样的情况中，该装置可被安装在出口圆柱体和砑光机辊对之间的牵伸系统的出口处，或可被放置成紧接着在砑光机辊对之后。本装置有利地与质量监测系统相关，由此，如果所生产的纤维梳条的质量落在
阈值以下则纺织机械会关闭。 [0145] 特别地，如果依据本发明的纺织机械为并条机，则可提供依据本发明的装置作为入口传感器。该装置可被放置成紧紧接着在牵伸系统前面或入口区域中，且可被连接到能补偿将被牵伸的纤维梳条的每单位长度的质量的变化的调节装置。
