基于声表面波的两端固定的悬臂梁结构式纱线张力传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种基于声表面波的两端固定的悬臂梁结构式纱线张力传感器，包括完全相同的第一基片和第二基片、输入换能器、输出换能器、两个反馈放大器、混频器和低通滤波器，所述第一基片两端固定，中心处加载力的悬臂梁结构，所述第一基片的下方设置有导纱环，所述导纱环下方两侧分别设有一个导纱轮，两个导纱轮和导纱环的连线形成三角形，当纱线通过一个导纱环和两个导纱轮时，将纱线张力加载于第一基片的中心位置处。本发明专利技术具有悬臂梁不容易折断、抗干扰性能强和测量精度高的特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纱线张力检测
，特别是涉及一种基于声表面波的两端固定的悬臂梁结构式纱线张力传感器。
技术介绍
在纺织加工过程中，纱线张力是一个十分重要的参数，从纺纱到织造的各个工序中，张力的大小和稳定直接关系到产品质量、生产效率以及后续加工的顺利进行。因此，张力的检测与控制对于络筒、加捻、机织和针织的生产效率有很重要的意义。然而，多数情况下纱线张力的检测和控制达不到要求，导致产量降低和质量下降。另外，纱线张力的变化会影响纱线的物理性能，如拉伸强度和弹性、应力－应变特性。当张力过大时会导致大分子结构改变，从而影响强力、纱线表面性能、染色性能及织物结构；当纱线张力过小时，会影响卷装成形。正常生产时，应该使纱线受到的张力处于理想状态且恒定。若能精确检测和控制张力，很多工艺可提高速度30％，从而可以增加生产效益。我们知道纱线张力传感器是纱线张力检测与控制的关键元器件。为了真实反映纱线张力大小及其变化规律，所以这里要求纱线张力传感器具有灵敏度高、稳定性高、响应时间快等特点。在目前实际生产中，广泛使用电阻应变式纱线张力传感器、电容式纱线张力传感器、磁电感应式纱线张力传感器及霍尔效应式纱线张力传感器，其中电阻应变式纱线张力传感器用量最大。这四种纱线张力传感器都可以进行动态测量，但采样频率普遍较低，对于高速织机而言不够精确，另外这四种纱线张力传感器的输出信号都是模拟信号，所以也容易受到干扰信号的影响。综上所述，目前在实际生产中所用的纱线张力传感器存在的主要问题有：(1)由于目前实际生产中所用的纱线张力传感器的输出信号是模拟信号，所以容易受到干扰信号的影响(即抗干扰性能差)；(2)目前实际生产中所用的纱线张力传感器的响应时间不能满足高速织机的需求。为了解决目前在实际生产中所用的纱线张力传感器存在的主要问题，提出了用声表面波器件实现纱线张力传感器的方法。在ZL201010022680.9专利中，采用了单端固定的悬臂梁结构式纱线张力传感器。由于是单端固定的悬臂梁结构，所以悬臂梁(即压电基片)容易折断，导致单端固定的悬臂梁式纱线张力传感的可靠性差。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于声表面波的两端固定的悬臂梁结构式纱线张力传感器，能够提高可靠性。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于声表面波的两端固定的悬臂梁结构式纱线张力传感器，包括完全相同的第一基片和第二基片、输入换能器、输出换能器、两个反馈放大器、混频器和低通滤波器，所述的第一基片和第二基片上表面均制有所述的输入换能器和输出换能器；所述的第一基片上表面的输入换能器和输出换能器分别与反馈放大器相连；所述的第二基片上表面的输入换能器和输出换能器分别与另一个反馈放大器相连；所述的两个反馈放大器分别与所述的混频器相连；所述的混频器与所述的低通滤波器相连，所述第一基片两端固定，中心处加载力的悬臂梁结构，所述第一基片的下方设置有导纱环，所述导纱环下方两侧分别设有一个导纱轮，两个导纱轮和导纱环的连线形成三角形，当纱线通过一个导纱环和两个导纱轮时，将纱线张力加载于第一基片的中心位置处。所述两个导纱轮和导纱环的连线形成顶角为120度的等腰三角形。所述的第一基片和第二基片采用压电材料制作而成。所述第一基片上的输入换能器和输出换能器越靠近第一基片的中心位置时，所述悬臂梁结构的应变越大。所述输入换能器是用Morlet二进小波函数或余弦平方函数进行指条包络加权，所述输出换能器是指条相等重叠的叉指换能器。有益效果由于采用了上述的技术方案，本专利技术与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本专利技术采用两端固定的悬臂梁结构，使得悬臂梁不易折断，因此本专利技术具有可靠性高、抗于扰性能强、测量精度高、响应时间快，并且能消除温度、湿度对传感器的影响。附图说明图1是本专利技术中一种基于声表面波的两端固定的悬臂梁结构式纱线张力传感器方框图；图2是本专利技术中采用两端固定的悬臂梁结构的示意图；图3是纱线受力分析图；图4是本专利技术中的输入换能器和输出换能器示意图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。本专利技术的实施方式涉及一种基于声表面波的两端固定的悬臂梁结构式纱线张力传感器，如图1所示，包括第一基片1、第二基片2、输入换能器3、输出换能器4、两个反馈放大器5、混频器6和低通滤波器7，所述的第一基片1和第二基片2上表面均制有所述的输入换能器3和输出换能器4；所述的第一基片上表面的输入换能器3和输出换能器4分别与反馈放大器5相连；所述的第二基片2上表面的输入换能器3和输出换能器4分别与另一个反馈放大器5相连；所述的两个反馈放大器5分别与所述的混频器6相连；所述的混频器6与所述的低通滤波器7相连，所述第一基片1两端固定，中心处加载力的悬臂梁结构，所述第一基片1的下方设置有导纱环8，所述导纱环8下方两侧分别设有一个导纱轮9，两个导纱轮9和导纱环8的连线形成等腰三角形，当纱线11通过一个导纱环8和两个导纱轮9时，将纱线张力加载于第一基片1的中心位置处。本实施方式中用压电基片材料制作第一基片1和第二基片2。在第一基片1和第二基片2的表面上制作出完全相同的输入换能器3和输出换能器4。其中第一基片1是两端固定、中心处加载力的悬臂梁结构(纱线11通过导纱环8与两个导纱轮9时，将纱线张力F加载于基片1上的中心位置处，如图2所示)。为了计算方便，所述导纱轮9与导纱环8的连线与竖直平面的夹角为60度，此时中心处所受到的合力即是纱线张力F(见图3)。值得一提的是，当两个导纱轮8和导纱环9的连线形成的三角形不是顶角为120度的等腰三角形时，可以通过余弦定理计算两边的纱线张力F。第一基片1和第二基片2各自的输入换能器3和输出换能器4分别连接到各自的放大器5上构成各自的振荡器。该两个振荡器的输出端(即两个放大器5的输出端)与混频器6相连，最后信号经过低通波器7以后输出。其中，如图4所示，所述输入换能器是用Morlet二进小波函数或余弦平方函数进行指条包络加权，所述输出换能器是指条相等重叠的叉指换能器。其中，所述输入换能器和输出换能器越靠近第一基片的中心位置时，所述悬臂梁结构的应变越大，从而导致该传感器的灵敏度越高。在第一基片1的表面上的输入换能器3、输出换能器4和放大器5构成的振荡器，该振荡器的输出信号是一个正弦波信号u1。u1的频率是f1。由于在第一基片1上施加了纱线张力F，所以f1是随着纱线张力F的变化而变化的；另一方面，f1也随着温度的变化而变化。在第二基片2上的输入换能器3、输出换能器4和放大器5构成的振荡器，该振荡器的输出信号是一个正弦波信号u2。u2的频率是f2。f2是随着温度的变化而变化的。将正弦波信号u1和u2送入混频器6时，其混频器6的输出信号等于一个f1-f2之差的低频正弦波信号与一个f1+f2之和的高频正弦波信号相加。当混频器6的输出信号通过低通滤波器7后，滤掉f1+f2的高频正弦波信号，其低通滤波器7输出端得到的是一个f1-f2之差的低频正弦波信号。由于低通滤波器7的输出信号是一个f1-f本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于声表面波的两端固定的悬臂梁结构式纱线张力传感器，包括完全相同的第一基片(1)和第二基片(2)、输入换能器(3)、输出换能器(4)、两个反馈放大器(5)、混频器(6)和低通滤波器(7)，所述的第一基片(1)和第二基片(2)上表面均制有所述的输入换能器(3)和输出换能器(4)；所述的第一基片上表面的输入换能器(3)和输出换能器(4)分别与反馈放大器(5)相连；所述的第二基片(2)上表面的输入换能器(3)和输出换能器(4)分别与另一个反馈放大器(5)相连；所述的两个反馈放大器(5)分别与所述的混频器(6)相连；所述的混频器(6)与所述的低通滤波器(7)相连，其特征在于，所述第一基片(1)两端固定，中心处加载力的悬臂梁结构，所述第一基片(1)的下方设置有导纱环(8)，所述导纱环(8)下方两侧分别设有一个导纱轮(9)，两个导纱轮(9)和导纱环(8)的连线形成三角形，当纱线(11)通过一个导纱环(8)和两个导纱轮(9)时，将纱线张力加载于第一基片(1)的中心位置处。

【技术特征摘要】
1.一种基于声表面波的两端固定的悬臂梁结构式纱线张力传感器，包括完全相同的第一基片(1)和第二基片(2)、输入换能器(3)、输出换能器(4)、两个反馈放大器(5)、混频器(6)和低通滤波器(7)，所述的第一基片(1)和第二基片(2)上表面均制有所述的输入换能器(3)和输出换能器(4)；所述的第一基片上表面的输入换能器(3)和输出换能器(4)分别与反馈放大器(5)相连；所述的第二基片(2)上表面的输入换能器(3)和输出换能器(4)分别与另一个反馈放大器(5)相连；所述的两个反馈放大器(5)分别与所述的混频器(6)相连；所述的混频器(6)与所述的低通滤波器(7)相连，其特征在于，所述第一基片(1)两端固定，中心处加载力的悬臂梁结构，所述第一基片(1)的下方设置有导纱环(8)，所述导纱环(8)下方两侧分别设有一个导纱轮(9)，两个导纱轮(9)和导纱环(8)的连线形成三角形，当纱线(11)通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢文科，冯阳，朱长纯，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31