一种基于传感器的直径测量方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103162634 A (43)申请公布日 2013.06.19 CN 103162634 A *CN103162634A* (21)申请号 201310046655.8 (22)申请日 2013.02.05 G01B 11/08(2006.01) (71)申请人 东华大学 地址 201620 上海市松江区松江新城区人民 北路 2999 号 (72)发明人 杨胜林 文欣 李光 金俊弘 胡雅萍 李慧遥 宋唯立 王文峰 沈凯 (74)专利代理机构 上海天翔知识产权代理有限 公司 31224 代理人 吕伴 (54) 发明名称 一种基于传感器的直径测量方法 (57) 摘要 本。

2、发明涉及一种基于传感器的直径测量方 法， 采用包括传感头和传感器放大器的激光透过 式检测传感器， 所述传感头分为发射器和接收器， 被测物垂直所述发射器和所述接收器的中心连线 并使被测物位于所述发射器发出的光束中， 所述 传感器放大器的显示屏显示的读数为被测物的测 量直径 ； 将所述被测物的测量直径换算后即得到 被测物的直径 ； 所述被测物的透光率大于 0 且小 于 1。该方法在不接触被测物的情况下， 不仅适合 测量可透光物体， 而且特别适合测量直径较细的 物体， 具有测量精度高、 可靠性好、 成本低、 检测范 围广等特点。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 (19)中。

3、华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 (10)申请公布号 CN 103162634 A CN 103162634 A *CN103162634A* 1/1 页 2 1. 一种基于传感器的直径测量方法， 采用包括传感头和传感器放大器的激光透过式检 测传感器， 所述传感头分为发射器和接收器， 其特征是 ： 被测物垂直所述发射器和所述接收 器的中心连线并使被测物位于所述发射器发出的光束中， 所述传感器放大器的显示屏显示 的读数为被测物的测量直径 ； 将所述被测物的测量直径按以下公式计算， 即得到被测物的 直径 ； 其中 y 为被测物的直径， 单位毫米 ； x 。

4、为被测物的测量直径， 单位毫米 ； T 为被测物的透 光率， TPP是聚丙烯材料的透光率 ； 所述被测物的透光率大于 0 且小于 1。 2. 根据权利要求 1 所述的一种基于传感器的直径测量方法， 其特征在于， 所述的公式 中的系数和常数按以下步骤计算得出 ： 步骤一 ： 取聚丙烯纤维 1000 根， 测量每根纤维的直径， 获得测量值 ； 步骤二 ： 再用光学显微镜测得全部聚丙烯纤维的直径， 作为标准值 ； 步骤三 ： 利用 Matlab 中的最小二乘法线性拟合所述测量值和所述标准值， 得到所述系 数和所述常数。 3. 根据权利要求 1 所述的一种基于传感器的直径测量方法， 其特征在于， 所述。

5、的被测 物的横截面为圆形。 4. 根据权利要求 1 所述的一种基于传感器的直径测量方法， 其特征在于， 所述的传感 器为激光传感器发射器中的光源为激光二极管。 权 利 要 求 书 CN 103162634 A 2 1/3 页 3 一种基于传感器的直径测量方法 技术领域 0001 本发明涉及一种基于传感器的直径测量方法， 特别是涉及一种基于传感器的光电 法测量透明或半透明物体的直径测量方法。 背景技术 0002 目前纤维细度测量方法主要有称重法、 气流仪法、 显微投影仪法、 纤维图像法、 轮 廓扫描法、 振动法等。当纤维处于静止状态时， 这些方法虽然都能够准确的测得纤维的直 径， 但是他们都有很。

6、大的局限性， 即不能在纺丝过程中对纤维直径进行测量。 传感器法测量 纤维直径的基本原理， 是基于传感器中受光器对光线的接收作用， 选用适当的光源和高分 辨率的 CCD， 将受光器接收到的光学信号转换为电信号， 并通过模数转换器将电信号转化为 数字信号， 传输至计算机， 最后利用计算机中的辅助软件对其进行处理， 得出纤维的细度。 目前运用传感器测量物体宽度的系统， 其只能测量较大物体， 对于细小的纤维精度不高， 也 只能测量不透明的物体， 对于透明纤维的测量， 由于透明纤维具有一定的透光率， 也会带来 测量误差， 这些都直接影响了系统检测纤维直径的精度。纤维直径是确定纤维品质和使用 价值最重要的。

7、品质之一， 在纺丝过程中如何确定所纺纤维的直径， 使所纺成丝的直径是我 们所需要的， 成了目前需突破的难点。因此， 急需研究一种新型的高精度纤维在线测量系 统， 以解决现存的问题。 发明内容 0003 本发明的目的是提供一种基于传感器的直径测量方法， 特别是涉及一种基于传感 器的光电法测量透光率不为 0 的物体的直径测量方法。 0004 鉴于上述需要解决的问题， 本发明首要是解决将采集到的电压值转换为纤维直 径， 并考虑透明纤维透光的特性， 本发明在进行数值转换之前， 先进行聚丙烯纤维取样， 用 光学显微镜测得直径值， 校正系统的测量值， 并且根据不同透明材料的透光性不同， 对获得 的值再次进。

8、行校正， 有效的将测量过程中的误差值降到最低。本发明研制的系统具有高精 度、 可靠性好、 响应速度快、 可在线测量， 检测范围广等特点。 0005 为了达到上述的发明目的， 本发明的一种基于传感器的直径测量方法， 采用包括 传感头和传感器放大器的激光透过式检测传感器， 所述传感头分为发射器和接收器， 被测 物垂直所述发射器和所述接收器的中心连线并使被测物位于所述发射器发出的光束中， 所 述传感器放大器的显示屏显示的读数为被测物的测量直径 ； 将所述被测物的测量直径按以 下公式计算， 即得到被测物的直径 ； 0006 0007 其中 y 为被测物的直径， 单位毫米 ； x 为被测物的测量直径， 。

9、单位毫米 ； T 为被测物 的透光率， TPP是聚丙烯材料的透光率 ； 0008 所述被测物的透光率大于 0 且小于 1。 说 明 书 CN 103162634 A 3 2/3 页 4 0009 作为优选的技术方案 ： 0010 如上所述的一种基于传感器的直径测量方法， 所述的公式中的系数 1.063 和常 数 -0.7941 按以下步骤计算得出 ： 0011 步骤一 ： 取聚丙烯纤维 1000 根， 测量每根纤维的直径， 获得测量值 ； 0012 步骤二 ： 再用光学显微镜测得聚丙烯纤维的直径， 作为标准值 ； 0013 步骤三 ： 利用 Matlab 中的最小二乘法线性拟合所述测量值和所述。

10、标准值， 得到所 述系数和所述常数。 0014 如上所述的一种基于传感器的直径测量方法， 所述被测物的直径为 0.008 2.5mm。 0015 如上所述的一种基于传感器的直径测量方法， 所述的发射器和接收器的间距 1 2000mm。 0016 如上所述的一种基于传感器的直径测量方法， 所述的被测物的横截面为圆形。 0017 如上所述的一种基于传感器的直径测量方法， 被述的被测物为透光率不为 0 的物 体。 0018 本发明所述的被测物直径数值的采集、 处理与测量系统， 采用激光二极管作为系 统的光源， 照射到纤维上， 未被纤维遮挡的光线被传感器的接收器采集到， 将接收器采集到 的光学信号转换。

11、为电信号， 并通过模数转换器将电信号转化为数字信号， 传输至计算机， 再 经过配套的直径测量系统对采集得到的电压值进行处理， 最后显示的即为测量纤维的直 径。 0019 本发明采用传感器对透光度不为 0 的物体进行测量， 得出被测物的直径值。激光 的高方向性、 高单色性和高亮度等特点使得激光传感器可实现无接触远距离测量。本直径 测量方法在不接触被测物的情况下， 测出透光度不为 0 的物体直径， 测量精度高、 可靠性 好、 成本低、 检测范围广。 0020 有益效果 ： 0021 本发明解决了在不适宜接触测量的情况下， 得出被测物的直径 ； 本发明不仅适合 测量可透光物体， 而且特别适合测量直径。

12、较细的物体， 可测量直径范围为 0.008 2.5mm ； 本发明所采用的整套测量系统， 具有测量精度高、 可靠性好、 成本低、 检测范围广等特点。 具体实施方式 0022 下面结合具体实施方式， 进一步阐述本发明。 应理解， 这些实施例仅用于说明本发 明而不用于限制本发明的范围。 此外应理解， 在阅读了本发明讲授的内容之后， 本领域技术 人员可以对本发明作各种改动或修改， 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。 0023 实施例 1 0024 采用包括传感头和传感器放大器的激光透过式检测传感器， 所述传感头分为发射 器和接收器。将聚丙烯纤维垂直所述发射器和所述接收器的中心连。

13、线并使被测物位于所 述发射器发出的光束中， 所述传感器放大器的显示屏显示的读数为 0.375mm， 即聚丙烯纤 维的测量直径为 0.375mm ； 按公式计算， 即得到被测物的直径为 说 明 书 CN 103162634 A 4 3/3 页 5 0.398mm， 此时 T=TPP。 0025 将上述聚丙烯纤维置于光学纤维镜下测量纤维直径， 实测得到该聚丙烯纤维的直 径为 0.398mm， 与以上计算结果一致。 0026 实施例 2 0027 采用包括传感头和传感器放大器的激光透过式检测传感器， 所述传感头分为发射 器和接收器。在聚丙烯纺丝过程中， 从喷丝板的出口沿着纺程， 在距喷丝板 200m。

14、m 处进行 一次测量， 将传感器的发射器对准纤维某个点， 将传感器的发射器对准纤维， 发射器与纤维 保持一定的距离， 使纤维完全处于发射器所发射的激光中， 并调整接收器， 使其与发射器 处于同一条直线上， 得出被测量纤维的直径值。所述传感器放大器的显示屏显示的读数 为 0.382mm ； 按公式计算， 即得到被测物的直径为 0.405mm， 此时 T=TPP。 0028 实施例 3 0029 采用包括传感头和传感器放大器的激光透过式检测传感器， 所述传感头分为发 射器和接收器。先测量普通聚丙烯纤维的透光率为 18.3%， 再测出同直径尼龙 66 纤维的 透光率为 17.9% ； 将尼龙 66 。

15、垂直所述发射器和所述接收器的中心连线并使被测物位于 所述发射器发出的光束中， 所述传感器放大器的显示屏显示的读数为 0.389mm ； 按公式 计算， T=17.9%， TPP=18.3%， 即得到被测物的直径为 0.404mm。 0030 将上述聚丙烯纤维置于光学纤维镜下测量纤维直径， 实测得到该聚丙烯纤维的直 径为 0.404mm， 与以上计算结果一致。 0031 实施例 4 0032 采用包括传感头和传感器放大器的激光透过式检测传感器， 所述传感头分为发射 器和接收器。 先测量普通聚丙烯纤维的透光率为18.3%， 再测出同直径PET纤维的透光率为 19.4%， 在 PET 纺丝过程中， 从喷丝板的出口沿着纺程， 在距喷丝板 180mm 处进行一次测量 ； 将传感器的发射器对准纤维， 发射器与纤维保持一定的距离， 使纤维完全处于发射器所发 射的激光中， 并调整接收器， 使其与发射器处于同一条直线上， 得出被测量纤维的直径值。 所述传感器放大器的显示屏显示的读数为 0.362mm ； 按公式计算， T=19.4%， TPP=18.3%， 即得到被测物的直径为 0.407mm。 说 明 书 CN 103162634 A 5 。