用于监视纤维材料的品质的电容性操作传感器单元和用于制造针织品的装配有该电容性操作传感器单元的机器

本发明涉及在权利要求1的前序中指定的类型的传感器单元和用于制造针织品的装配有此类传感器单元的机器。

在纺织工业中，并且特别是在纺纱技术中，一般惯例是不断地监视要处理的纤维材料的品质。在本发明的范围内，将术语“纤维材料”理解为意指基本上直线的细长纺织材料，特别是纤维带、翼锭纺成的纱、纱条、翼锭纺成的粗纱、长丝等，其将经受特定的处理操作并被出于此目的而供应给牵伸系统、纺纱设备等。

可以例如使用机械、光学或电容性装置来进行监视此类纤维材料的品质。对于机械监视而言，使用具有辊子的传感器单元，所述辊子具有意图接纳纤维材料的圆周凹槽，其与例如触杆辊(feeler roll)(DE 2850775A1)或触杆指状物(feeler finger)(DE 19950901A1)啮合。纤维材料的密度或质量的波动导致触杆辊或触杆指状物的位置的相应波动并用与之相关联的位置测量设备来检测。光学传感器单元(例如DE 3237371A1)具有由发光二极管和光敏电阻器形成的光电元件，纤维材料从光学传感器单元中通过。最后，电容性传感器单元装配有测量电容器(例如EP 0924513A1、DE 19908236A1)，其具有限制纤维材料通过的通道的两个平行电容器板。根据纤维材料的波动而改变的测量电容器的电容在这里充当测量值。

由于板电容器的应用一般不足够精确，并且例如由于不可避免的信号噪声而中断，所以上述类型的电容性传感器单元也已变得众所周知(例如PCT WO 2006/105676A1)，其中，在其边缘上提供两个电容器板之一，所述边缘具有与绝缘体连接的两个保护性电极，时变电压被施加于该电容器板。

所述类型的传感器单元现在还是所谓的纺纱-针织机(例如PCTWO2004/079068A2)及其它缝线形成机所需的，纱条、纤维带、翼锭纺成的纱、翼锭纺成的粗砂等形式的已在牵伸系统中或用其它手段被减细的纤维材料，而不是常见的纱线，被直接馈送到机器。在这里可以有利地使用机械传感器单元，因为其引起相对低的信号噪声，基本上对外界影响不敏感，并以适当的精度检测纤维质量的波动(例如，纤维材料的横截面中的纤维的数目)。然而，这里的缺点是机械传感器单元由至少两个组件组成，即活动组件(触杆辊、触杆指状物等)和电位置测量设备。由于现代针织机可以具有例如96个针织系统，并且每个针织系统需要至少一个传感器单元，所以用于单独监视纤维材料的成本将是不可接受的高的。

光学传感器单元在很大程度上不适合于纺纱-针织机中的纤维材料的持久监视的目的，因为其操作起来过于不精确，并且还对不可避免的污染敏感。

最后，虽然上述类型的电容性传感器单元具有其制造起来廉价的优点，但其具有缺点，即，其测量信号的信号强度太低，很少超过本底噪声(background noise)。因此，只能不精确地检测纤维密度或纤维质量的不可接受的波动。这至少适用于其在用于制造针织品的机器中的应用。由于与市场上可获得的纤维材料的单位长度有关的纤维厚度和/或纤维质量-沿其纵向或输送方向看-经受相当频繁的波动，所以到目前为止已必须接受由于纤 维材料中的厚或薄区域而引起的不均匀质量的针织品或采取昂贵的措施来避免纤维材料中的此类波动或从针织品去除该缺陷。

因此，在具有相同日期的相同申请人的并行申请中已提出了根据上述类型的所谓3电极测量原理操作的传感器单元。该传感器单元包括在纤维材料上滑动的测量电极、与之相对地间隔开并与其一起限定用于此纤维材料的传输电极和与测量电极相关联的屏蔽电极。由此，实现了当只有非常细微的电容性变化时也获得相当高的信号电平的优点。

由此进行工作，本发明的技术问题是配置上述类型的传感器单元，使得测量信号甚至被进一步放大，并且可以在必要时适合于个别情况的要求。另外，将提出装配有此类传感器单元的用于制造针织品的机器。

权利要求1和11的特征用于解决此问题。

本发明提供优点，即由突出部来实现测量信号的显著放大，特别是如果突出部采取与经由测量电极可以通过测试来确定的被引导的纤维材料的最佳相对位置。还可以由突出部的自由端面的形状和这些端面与纤维材料的间距来引起测量信号的放大。

根据从属权利要求，本发明的其它有利特征是显而易见的。

下面应基于示例性实施例与附图相结合地更详细地解释本发明。

图1是根据本发明的传感器单元的示意性侧视图；

图2是沿图1中的线II-II截取的传感器单元的剖视图；

图3是根据本发明的传感器单元的实际示例性实施例的透视表示；

图4和5的每个是根据与图1和2类似的图3的传感器单元的垂直剖面中的视图；

图6示出来自图4的放大细节X；

图7示出具有根据本发明的传感器单元的圆形针织机；以及

图8在对应于图5的视图中示出传感器单元的另一示例性实施例。

图1和2示出根据本发明的电容性传感器单元，其用于监视在连续的过程中被例如供应给牵伸系统(未示出)的以纤维带、纱条、翼锭纺成的纱、粗纱等形式提供的纤维材料1的品质。纤维材料1将被检查其均质性，例如，并且与此相结合地检查可能例如由于每单位长度的不均匀纤维质量、纤维材料1的横截面中的不同纤维数目或者还由纤维材料中的异物夹杂等引起的厚或薄区域的存在。此类不规则性在下文中一般称为纤维材料中的“缺陷”。

与已知传感器单元相反，根据本发明的传感器单元根据电容性3电极测量原理进行操作。出于此目的，其包括电极结构，该电极结构具有被配置为测量电极2的第一电极、在下文中称为传输电极3的第二电极和在下文中称为屏蔽(或遮蔽)电极4的第三电极。全部的三个电极由有利地导电的材料、特别是金属制成。如在图1中示意性地指示的，测量电极2被布置在传输电极3与屏蔽电极4之间，其可以被解释为电容器电极。传输电极3被连接到供应约20kHz的交流电压的发生器5的信号输出端，例如，其其它连接被连接到屏蔽电极4并处于由电子评估单元形成的虚拟零电位。用于纤维材料1的通道位于测量电极2与传输电极3之间。另外，测量电极2被连接到同轴电缆6的内部导体6a，其外部导体6b被连接到屏蔽电极4并因此达到与此相同的电位。内部导体6a被连接到放大器7，其输出端被连接到电子评估单元8。传输电极3另外被连接到称为机器地线的电位，机器地线例如 对应于要检验的纤维材料1被馈送到的圆形针织机、牵伸系统等的地线电位。

用于获得被视为出于本发明的目的特别重要的更可靠的测量结果的条件是通过传感器单元的纤维材料1的均匀引导。因此，根据本发明的规定是为测量电极2提供从图1和2易见的形式。如果为了简化而假设纤维材料1沿着假想坐标系的X轴的方向移动，则依照图1的电极2、3和4沿着假想坐标系的Y轴的方向间隔开，并且其Z轴与图1中的图的平面垂直地延伸，然后，首先将测量电极2配置为使得其沿传送方向X具有弧形、例如近似半圆形的路线(course)，并被布置为其纵轴平行于XY平面。此外，测量电极2被布置为使得其向外凸出的弧形部分形成与传输电极3相对的上侧，并且凹面地弯曲的部分形成与屏蔽电极4相对的测量电极2的下侧，如从图1和2易见的。然而，横向于弧形弯曲，即在根据图2的YZ平面中，测量电极2具有类似于槽的路线。因此而形成的朝着传输电极3槽开口形成固定滑动表面9，沿着该固定滑动表面9，纤维材料1滑动通过传感器单元。滑动表面9优选地基本上是半圆筒形的，其中，其半径适宜地略大于纤维材料1的直径。总的来说，测量电极2因此具有朝着传输电极3沟槽开口的外观(图2)，其另外沿着其纵向，即沿着传送方向X以从图1易见的方式以弧形形状弯曲。

由于滑动表面9的所述形状，保证了在图1中用圆形横截面示出、但还可以具有其它横截面的纤维材料1的有利横向引导。

为了保证纤维材料沿着整个测量电极2均匀地停靠于滑动表面9，在传感器单元的进口侧布置按压(或压紧)装置10并在传感器单元的出口侧布置按压(或压紧)装置11。按压装置10和11优选地被配置为偏转元件，其输出或输入表面处于测量电极2的延伸部分中，使得纤维材料1被相切地馈送给测量电极2，并且还再次被相切地从测量电极2去除，如图1所示。

根据经验，由于沿传送方向X测量的常见缺陷的长度仅达约10mm至20mm，所以沿X方向测量的测量电极2的弧长应大约是相同的尺寸，但不明显更大，并且应例如至多达40mm。为了还发现极小的缺陷，缺陷长度与测量电极长度的比优选地被选在1∶1与1∶4之间。此外，沿Y方向测量的槽形滑动表面9的深度a(图2)应至多等于纤维材料1的直径b，但是优选地至多是其尺寸的一半。结果，在不失去纤维材料1的横向引导的情况下，获得纤维材料1中的电场线的有利路线和相当强的测量信号。

传输电极3被配置为例如平面金属板。其尺寸应被选择为使得其到XZ平面上的平行投影产生至少准确地与由于测量电极2的相应平行投影而获得的区域相同大小的区域并将其覆盖。此措施的目的是产生足够广泛的电场，其覆盖整个测量电极2并流过在其上面滑动的纤维材料1的整个部分。

虽然传输电极3与测量电极2的向上凸出的弧形开口上侧相对，屏蔽电极4与测量电极2的凹面弧形下侧相对。屏蔽电极4优选地被配置为使得其围绕测量电极2，除在具有滑动表面9的上侧之外。此外，屏蔽电极4当然必须与测量设备2电隔离，并且由布置在两个单元之间的绝缘元件来保证这一点。总体来说，屏蔽电极4适宜地具有与测量电极2的下侧相对的有源区，屏蔽电极4的有源区至少准确地和与之相对的测量电极2的有源区相同大小。屏蔽电极4的形状被优选地选择为使得在可能的情况下，在其与传输电极3之间行进的场线还穿过测量电极2，并且不横向地行进穿过测量电极2。

图3至6示出根据本发明的传感器单元的示例性实施例，其特别适合于实际应用， 并且当前被视为最好的。其包括具有沿着分离平面15c(图3和5)相互邻接的上部分15a和下部分15b的基本上封闭的外壳15，分离平面15c大约在中心(图3和4)穿过用于纤维材料(未示出)的进口16和出口17。在很大程度上如图1和2所示地以近似于沟槽的方式配置测量电极18，所述沟槽以与图1和图2类似的方式在顶部开口，并沿X方向向上拱形凸出，并且所述测量电极18配备有用于纤维材料的槽形滑动表面18a(图5)；但相比于图1和图2，测量电极18在小于约180°的弧上延伸。测量电极18的末端优选地被布置为使得其相切地在进口16或出口17(图4)开口。

特别地，如图5所示，测量电极18和与其下侧相对的屏蔽电极19被嵌入由电绝缘材料制成并优选地被配置为树脂浇铸体(cast resinbody)的绝缘体20中，并因此被相互连接而整块地形成整体，该整体形成外壳15的下部分15b，同时被相互电绝缘。图5另外示出屏蔽电极19被以U形形状配置并具有弧形部分19a，该弧形部分19a具有在其横向末端上提供的沿着Y方向投影的两个侧壁19b。具体地，该布置使得屏蔽电极19以U形状围绕测量电极18的下侧和侧面部分，并因此在除顶部之外的所有侧面将其围绕。结果，实现了场线到测量电极18的集中，并且由生条的不规则性引起测量电极18处的最大电位变化。

根据图3至6的传感器单元另外具有板状传输电极21，其与测量电极18的上侧相对，被布置为与XZ平面平行，并被紧固于罐状上部分15a的盖体的内壁。传输电极21与测量电极18相对，形成具有间距c的用于纤维材料的通道(图4)。从测量电极18的最高点测量的该间距c应至多达要监视的纤维材料1的直径的一到两倍，同时还如此大，以至于生条的加厚部分能够自由地通过。

对于其中测量电极18在约180°的弧长上延伸的情况而言，与图1和2类似，还有利地为根据图3至6的传感器单元提供对应于图1的按压装置10和11的按压装置，并将其安装在例如由绝缘体20形成或在上部分15a上提供的公共基板上。然后，还可以将按压装置集成到被外壳15围绕的传感器单元中。

最后，有利的是将上部分15a和下部分15b相互连接，以便它们可容易地拆卸，并且纤维材料1可以被容易地铺设在测量电极18上。出于此目的，尤其有利地适于将上部分15a紧固于下部分15b上的枢轴，使得外壳15可以被折叠到分离平面15c的区域中。

此外，规定将完全预制的传感器单元直接紧固到针织机、牵伸系统等，并因此同时将其连接到机器地线，如图1中示意性指示。

图4和6示出同轴电缆6的连接(图1也可见)，其例如通过在绝缘体20中形成的凹坑23被插入屏蔽电极19的孔中。外部导体6b可以通过焊接接头24在此位置处被电连接到屏蔽电极19。相反，例如，内部导体6a被抵靠着测量电极18的下侧铺设，并通过导电浇铸树脂等被固定于此。

传感器单元的所述配置具有优点，即，只须被紧固于连接到机器地线的组件，并且在屏蔽电极4、19与传输电极3、21之间施加发生器电压之后完全是可操作的，而不要求任何复杂的调整。

为了根据3电极测量原理将传感器单元设置在操作状态，借助于发生器5在传输电极3、31(机器地线)与屏蔽电极4、19之间馈入激励场，其中，测量电极2、18被布置在这两个外加电位(impressed potential)之间并借助于纤维材料1耦合到电场。因此，测量电极2、18被耦合到浮动电位，其中，其与屏蔽电极4、19的间距优选地是恒定的，并小于间 距c(图4)。因此，当发生不规则(缺陷)时，在测量电极2、18上滑动的纤维材料1影响电场的变化，并因此还影响测量电极2和18处的电位变化。由于传输电极3、21和屏蔽电极4、19的所述配置和通过传感器几何形状的进一步最优化，可以进一步改善测量信号的可实现信号强度。这特别地在由发生器5产生的激励场(或场线路线)被依照以上说明集中于测量电极2、18并保证通过纤维材料1的密集流动时实现。换言之，不流过纤维材料1的场分量应被保持尽可能小或至少恒定。结果，在根据本发明的布置中，相对恒定的条件在测量电极2、18的边缘区域中占优势，并且绝缘材料的热运动、温度漂移、特别是其介电常数的变化不导致测量电极2、18的电位变化。为此，在基于图1和2所述的示例性实施例中选择测量电极2、18的壁厚度d也是特别有利的，特别是在与在图2中由附图标记25标识的滑动表面9邻接的区域中，壁厚度d不大于约5mm。此外，已经证明将传输电极3、21与测量电极2、18之间的间距选择为尽可能小是有利的。结果，实现高场强的激励场，其对测量曲线的陡峭度具有直接的正面影响。

优选地，还可以在传感器单元中或在外壳15中容纳用于由测量电极2，18发射的测量信号的电子评估单元8的至少一部分和放大器7。在这种情况下，例如，借助于放大器将测量信号提高至一定信号电平，使得其随后可以使用简单电缆且并省去同轴电缆被无噪声地转送到电子评估单元8。

测量信号的评估可以以任何期望的方式发生，但是优选地借助于具体为电容性3电极测量原理而开发并适合于检测极小电容变化的电路结构来执行。特别地，在本文中对从公开DE 10027507C1已知的评估技术进行参考，其通过引用的方式结合到本公开中以避免重复。

根据本发明，传输电极21提供有突出部(连接部)26，如图4所示，其沿着滑动表面18a的方向在其例如平面下侧之上的凸起结构中突出。此突出部26以特别有利的方式位于测量电极18的凸出上侧的最高点或顶点相对的位置。另外，突出部26优选地沿着测量电极18的方向在其自由端处凸起。令人惊讶地，测试已经显示可以通过选择突出部26的形状和其自由端与传输电极21的间距e来使场线路线并因此使得获得的测量信号的幅值最优化。具体地，两个间距c和e(图4)的比的适当选择对能够获得的测量信号电平具有有利影响。

为了使得能够通过测试来确定测量信号电平，在需要和/或以有针对性的方式进行调整时，优选地将突出部26布置为沿滑动表面18a的方向看时相对于传输电极21而言是可调整的。根据当前被示为最佳的图4所示的示例性实施例，这通过突出部26由螺纹杆27的一端形成来实现，螺纹杆27垂直地突出通过传输电极21并优选地由导电材料制成，并且被以其沿着测量电极18的方向在其一端处突出超过传输电极21的方式被穿过在传输电极21中提供的螺纹孔。另外，螺纹杆27的该末端的面是凸起的。因此，可以根据需要通过旋转螺纹孔中的螺纹杆27来调整间距e。相比于连接部26，从传输电极21的相对侧穿到螺纹杆27上的螺母28用于固定螺纹孔中的螺纹杆27的轴向位置。

特别有利的是螺纹杆27被布置在传感器外壳15的上部分15a中，传输电极21被紧固至螺纹杆27以可沿着测量电极18的方向调整。为此，上部分15a优选地在其盖体部分中提供有孔29，通过该孔29，远离突出部26的螺纹杆27的部分突出。可以通过孔29中的螺纹杆27的轴向位移来共同地调整传输电极21的下侧和突出部26的自由面与测量电 极18的距离。然后，用两个螺母30、31来固定螺纹杆27的期望位置，螺母30、31被从上部分15a的相对侧穿到螺纹杆27上。

最后，螺纹杆27优选地同时用于将传感器单元紧固到针织机、针织系统等。为此，突出到传感器外壳15之外的螺纹杆27的部分通过适当机器部分32中的孔突出，所述适当的机器部分32被以与上部分15a类似的方式，被牢固地夹在穿到螺纹杆27上的另外两个螺母33、34之间。结果，传输电极21可以同时被连接到机器地线。

因此，当传感器单元在操作中被设置时，图4中的螺纹杆27的上部分用于将其紧固在传感器外壳15中，并且还在传感器外壳15被安装在机器部分32上时充当紧固装置。此外，可以使用图4中的螺纹杆27的下端来调整间距c和e。由此，可以产生传感器单元的最佳功能。

在不同的间距是已知的且不需要再改变的情况下，突出部26自然还可以被刚性地附着于传输电极21并与其一起被牢固地安装在传感器单元15中。

所述突出部26不仅能够使测量信号最优化，而且同时还以不需要被放大那么多的方式提高其电平，因此，减少了由于本底噪声而引起的干扰。

可以不同地选择突出部26的尺寸。已经证明如果突出部26具有基本上与测量电极18的宽度相对应的直径，则是有利的。

图7示出用于使用例如圆形针织机来制造针织品的机器的局部视图，所述圆形针织机具有多个缝线形成点(针织系统)36，由此，在这里给定附图标记37的所述传感器单元中的至少一个被分别与该机器关联。

圆形针织机包括针筒38，标准织针39被可移位地设置在其中，标准织针39在缝线形成点36处可以借助于凸轮部分40移动到适合于来获取纤维材料1的纤维获取位置(未进一步示出)。纤维材料1被从例如罐、供应线圈等供应容器41馈送到圆形针织机。以本身已知的方式具有例如三对或更多对牵伸辊子的牵伸系统42被布置在供应容器41与缝线形成点36之间。

例如，从PCT WO 2004/079068公开已知所述类型的圆形针织机，其通过引用的方式结合到本公开以避免重复。

本发明的目的是防止上述缺陷在成品针织品种中发生。为此，在纤维材料1到达针织系统36之前借助于依照图1至6配置的传感器单元来检查纤维材料1的要求品质特征，特别是厚度和质量的波动，并且在检测到在图7中用点1a示意性地示出的缺陷时，随后继续缝线形成过程。

在图8所示的另一示例性实施例中，例如依照图3至6配置的多个测量电极18a、18b被相互挨着布置，并在存在于传输电极21与屏蔽电极19之间的激励场中相互绝缘。这样，可以在一个传感器单元中同时监视相互平行地定向的多个纤维材料1的缺陷。可以以从图3至6易见的形式多重地使用传输电极21和屏蔽电极19，并将其组合以在外壳15中形成一个结构单元，其中，其只须通过绝缘体20或另一适当的绝缘装置相互电绝缘。

在本示例性实施例中，可以将传输电极21布置为被连接到发生器5并覆盖存在的所有存在的测量电极18a、18b的单个大电极。因此，可以通过相应地扩展屏蔽电极19的基础部分19a并提供由此突出的另一侧壁19b来补充屏蔽电极19。这样，根据图8获得更加w或梳子形状的屏蔽电极19，其中，侧壁19b分别成对地横向地屏蔽测量电极18a、18b。然 而，在本示例性实施例中如果每个测量电极18a、18b具有依照图3至6用螺纹杆27a、27b配置的其自己的关联传输电极21a、21b、以便可以在每个测量电极18a、18b处单独地调整间距c和e(图3)则是特别有利的。

此外，根据图8的屏蔽电极19的结构提供优点，即可以将用于单独测量电极18a、18b的放大器7(图1)直接与之连接，其结果是获得更紧凑的集成电路结构。最后，在根据图8的示例性实施例中，例如，有利地只须将通向测量电极18a、18b的同轴电缆6中的其中一个的外部导体6b连接到屏蔽电位，并通过例如焊接点将其连接到屏蔽电极19，因为评估单元8中的所有同轴电缆6的外部导体6b在任何情况下都被连接到公共电位。

本发明不限于所述的示例性实施例，可以以许多方式对其进行修改。这特别地适用于用于不同曲率半径、间距及其它尺寸的上文指定尺寸，因为这些尺寸还取决于所检验的纤维材料1的类型和尺寸。出于相同的原因，为滑动表面9提供更圆形的横截面(图2)或更加正方形或矩形的横截面是有利的。此外，可以为传输电极3、21提供适合于测量电极2、18的曲率以因此将场线均匀地集中在测量电极2、18上的弧形路线。另外，很明显，当使用例如采取金属丝形式的具有导电组件的粗砂或纱条时，测量电极2、18应具有薄绝缘层以防止电短路。此外，很明显，本发明不仅覆盖用于制造针织品的依照图7配置的机器，而且覆盖其中不借助于牵伸系统，而是用其它手段(例如PL 350489A)来实现纤维材料的薄化或拉伸的那些机器。最后，应理解的是还可以以与所述和所表示的那些不同的其它组合来应用不同的特征。