[发明专利]用于纺纱运行状态监测的传感器、无线传感节点及其方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感技术领域，具体涉及一种用于纺纱运行状态监测的传感器，以及利用该传感器所设计的无线传感节点，本发明还涉及采用上述无线传感节点进行纺纱运行状态监测的方法。 

背景技术

在纺织品生产过程中，实时监控产品的质量和成本是企业精细化管理中非常重要的内容之一，其中，纺纱运行状态的实时监测是纺织品质量成本控制和管理中最为关键的环节之一。目前，我国纺纱厂大都根据纺纱的捻线捻度和设定的纺纱机锭子转速，估算锭子上的纱线线速，通过人工来回巡查监视每个锭子出现的纺纱断头。但是，这些手段缺乏主动性、实时性和精确性，难以适应现代制造企业产品质量成本管理的需求。我国是纺织品制造大国，降低成本费用、提高产品质量是关系国计民生的大事。 

物联网技术的出现，为企业生产过程数据的精细化监管提供了重要的平台。它可以将生产管理的对象延伸至更小的“单位”，从感知、传输到智能处理，为企业生产过程管理提供更为全面、主动、实时的精细数据信息，也为产品质量的全程监控与追溯提供重要的数据依据，积极推进了企业管理能力的提升。然而，物联网的特征是以感知为目的，感知技术是物联网的核心技术之一，即不同的监控对象，需要不同的传感技术和监测方法。因此，研究开发一种用于纺纱运行状态监测的传感器、无线传感节点及其方法势在必 行。 

发明内容

本发明的目的是提供一种用于纺纱运行状态监测的传感器，实现锭子上的纺纱运行状态信号的在线自动采集，解决现有依靠人工监视手段所带来的成本高问题； 

本发明的另一目的是提供一种利用上述传感器所设计的无线传感节点对锭子上的纺纱运行状态进行在线自动采集、检测与计算处理，并通过无线传输技术传递至无线网中，送至上位机进行统计，给纺纱生产部门提供实时、准确的锭子纺纱运行状态信息，以解决现有监测手段所带来的时间滞后、不准确的问题； 

本发明的第三个目的是提供一种采用上述无线传感节点进行纺纱运行状态监测的方法，通过本发明的方法，主动、实时、精确地计算出锭子上纺纱的纱线断头、纱线线速、捻线捻度等数据，解决现有监测方法所带来的不精确的问题。 

本发明所采用的技术方案是：用于纺纱运行状态监测的传感器，由具有特殊结构的栅状电极的双面印刷电路板制成，在印刷电路板的正面，数个很细的电极等距并相互连接在一起形成一个电极栅，称其为屏蔽栅，其轮廓形成一个矩形；在印刷电路反面，比正面屏蔽栅数量少一个的电极也相互连接在一起，每个电极正好位于屏蔽栅两个电极空隙，其轮廓也形成一个矩形。 

本发明所采用的另一技术方案是：用于纺纱运行状态监测的无线传感节点，包括依次连接的传感器、信号处理模块、嵌入式微处理器及电源，嵌入式微处理器的输出通过无线传输技术与无线传感网连接；嵌入式微处理器选用内集有无线射频RF收发器的CC2530芯片；所述的电源通过电池供电。 

本发明所采用的第三个技术方案是：纺纱运行状态监测方法，具体按照以下步骤实施： 

步骤1：当纱线以某一速度运动时，利用纱线携带的随机静电荷，经传感器的静电感应和空间滤波，获得一个含有频率分量的脉波和低频干扰的混杂信号，具体按照以下步骤实施： 

假设在纱线仅有一个点电荷，传感器的信号采集原理如下： 

（1）纱线以某一速度相对于传感器运动； 

（2）当该点电荷经过信号栅上的某一电极，即恰位于屏蔽栅的两个电极间隙处，那么，在该电极处产生电压信号，但它在其他邻近的电极处，即位于屏蔽栅的电极上，就无感应或很小的干扰感应电压信号； 

如果信号栅上的电极没连接在一起，那么，当纱线以某一速度经过传感器运动时，该点电荷在信号栅的每个电极上产生一个电压信号U_s(t)，而相邻的两个电极上产生的电压信号U_s(t)和U_s(t+1)将会有一个Δt的时间差； 

如果将信号栅上的所有电极连接在一起，那么，当纺纱运行未发生断头时，将在传感器的输出端得到一个具有周期为Δt的脉波电压信号U_s(t)，否则，将在传感器的输出端得到的是一个无脉波的电平信号即意味着该锭子上的纺纱纱线出现断头；