本發(fā)明屬于棉花異纖維檢測(cè)剔除機(jī)設(shè)備，特別是一種用在棉花異纖維檢測(cè)剔除機(jī)上的棉流通道的測(cè)速裝置。

背景技術(shù)：

棉花異纖維檢測(cè)剔除機(jī)是棉花生產(chǎn)中重要的設(shè)備，棉花進(jìn)入檢測(cè)剔除機(jī)的棉流通道形成棉流，經(jīng)過(guò)檢測(cè)區(qū)域檢測(cè)異纖維，再經(jīng)過(guò)剔除區(qū)域剔除異纖維，最后流出所需的棉纖維。但棉花異纖維檢測(cè)剔除機(jī)只能夠清除大部分而不是全部異纖維，清除率不能完全滿足需求，其原因是：棉流通道中的棉流速度檢測(cè)不精確，導(dǎo)致棉流流速控制不穩(wěn)定，在檢測(cè)區(qū)域當(dāng)檢測(cè)到有異纖維時(shí)，下達(dá)剔除指令，可能導(dǎo)致噴嘴提前動(dòng)作或滯后動(dòng)作，導(dǎo)致異纖維清除率較低。為了提高異纖維清除率，需要適當(dāng)延長(zhǎng)噴氣時(shí)間，觸發(fā)多閥聯(lián)動(dòng)，造成單次噴棉量過(guò)大，特別是棉流波動(dòng)過(guò)大會(huì)造成誤剔除。因此，提高棉花異纖維檢測(cè)剔除機(jī)的棉流通道測(cè)速精度非常關(guān)鍵。

現(xiàn)有的棉花異纖維檢測(cè)剔除機(jī)的棉流通道測(cè)速方法有傳感器檢測(cè)法、數(shù)學(xué)計(jì)算法等。傳感器檢測(cè)法則是利用風(fēng)速傳感器檢測(cè)棉流通道內(nèi)的風(fēng)速，如利用安裝在棉流通道側(cè)壁上的風(fēng)速變送器實(shí)時(shí)檢測(cè)管道內(nèi)的風(fēng)速值。它以熱膜風(fēng)速計(jì)為工作原理，將一根通電加熱的細(xì)金屬絲（熱線）置于氣流中，熱線在氣流中的散熱量與流速有關(guān)，散熱量導(dǎo)致熱線溫度變化而引起電阻變化，流速信號(hào)即轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。但是這種傳感器檢測(cè)法存在以下不足之處：第一，風(fēng)速變送器以熱膜風(fēng)速計(jì)為工作原理，根據(jù)強(qiáng)迫對(duì)流熱交換理論，可導(dǎo)出熱線散失的熱量與流體的速度之間存在關(guān)系式，因此風(fēng)速變送器受流體的溫度影響較大。第二，以熱膜風(fēng)速計(jì)為工作原理的傳感器在使用前必須進(jìn)行靜態(tài)或動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)，操作很復(fù)雜。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?00910052326.8、名稱為“棉花異纖在線檢測(cè)的方法與裝置”的文獻(xiàn)中中提出了一種數(shù)學(xué)計(jì)算方法，將從紅外LED照明和采樣獲得的數(shù)據(jù)按各噴嘴所對(duì)應(yīng)的區(qū)域劃分為若干段，再對(duì)各段內(nèi)的藍(lán)、紅、綠進(jìn)行圖像處理，辨別出同一物體（棉花或異纖）依次通過(guò)藍(lán)、紅、綠三列線陣像元時(shí)的時(shí)間差，再根據(jù)CCD線陣的幾何尺寸，計(jì)算出各分段內(nèi)運(yùn)動(dòng)物體的實(shí)時(shí)速度，棉流的實(shí)時(shí)平均速度則將各分段內(nèi)的棉流實(shí)時(shí)速度平均后求得。但是這種數(shù)學(xué)計(jì)算法存在以下不足之處：第一，棉流的實(shí)時(shí)平均速度計(jì)算方法是根據(jù)各分段內(nèi)的棉流實(shí)時(shí)速度平均后求得的，通過(guò)兩次求平均會(huì)導(dǎo)致與棉流各點(diǎn)的實(shí)際速度有較大的誤差；第二，若無(wú)法依次捕獲同一物體通過(guò)藍(lán)、紅、綠線陣像元時(shí)間點(diǎn)時(shí)，則無(wú)法計(jì)算各分段內(nèi)運(yùn)動(dòng)物體的實(shí)時(shí)速度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有棉花異纖維檢測(cè)剔除機(jī)中的棉流通道測(cè)速存在的問(wèn)題，提出一種能提高異纖清除率的棉流通道測(cè)速方法與裝置，能夠精確檢測(cè)到棉流通道內(nèi)的異纖維檢測(cè)識(shí)別區(qū)、異纖維檢測(cè)識(shí)別區(qū)與異纖維清除區(qū)中點(diǎn)以及異纖維清除區(qū)三處的棉流速度，避免單次噴棉量過(guò)大，特別是棉流波動(dòng)過(guò)大造成的誤剔除。

為實(shí)現(xiàn)此目的，本發(fā)明一種棉花異纖維檢測(cè)剔除機(jī)棉流通道測(cè)速裝置采用的技術(shù)方案是：在棉流通道的異纖維檢測(cè)識(shí)別區(qū)、異纖維檢測(cè)識(shí)別區(qū)與異纖維清除區(qū)的連接處以及異纖維清除區(qū)的通道壁上各固定連接一個(gè)檢測(cè)模塊，每個(gè)檢測(cè)模塊都由承載板、巨磁阻傳感器、金屬片和永磁珠組成，承載板固定鑲嵌在棉流通道的通道壁內(nèi)，承載板內(nèi)表面正中間處固定鑲嵌有巨磁阻傳感器，巨磁阻傳感器中的巨磁阻經(jīng)導(dǎo)線連接信號(hào)處理模塊；巨磁阻傳感器的內(nèi)表面中間處固定連接金屬片的外端，金屬片的內(nèi)端向棉流通道的中心延伸，在金屬片的內(nèi)端中間處固定有一個(gè)永磁珠。

進(jìn)一步地，巨磁阻是長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，巨磁阻除內(nèi)表面外的其余表面上都噴涂有一層磁性屏蔽層。

本發(fā)明一種棉花異纖維檢測(cè)剔除機(jī)棉流通道測(cè)速裝置的測(cè)速方法采用的技術(shù)方案是：包括以下步驟：

A、棉流在棉流通道中運(yùn)動(dòng)吹動(dòng)其內(nèi)的金屬片，不同速度的棉流對(duì)金屬片產(chǎn)生不同大小推力，導(dǎo)致永磁珠與巨磁阻的相對(duì)位置發(fā)生變化，巨磁阻將輸出電流輸入至信號(hào)處理器模塊；

B、信號(hào)處理器模塊通過(guò)公式R=U/I分別計(jì)算出三個(gè)檢測(cè)模塊的巨磁阻的電阻R_A、R_B和R_C，U是供給巨磁阻的恒定電壓；

C、信號(hào)處理器模塊通過(guò)內(nèi)設(shè)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算出對(duì)應(yīng)的棉流速度分別是v_A、v_B和v_C，并計(jì)算出棉流速度v_A、v_B和v_C的平均速度V，即最終的棉流速度。

本發(fā)明與已有方法和技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、與以熱膜風(fēng)速計(jì)為工作原理的傳感器檢測(cè)相比，本發(fā)明未利用強(qiáng)迫對(duì)流熱交換理論導(dǎo)出熱線散失的熱量與流體的速度之間存在關(guān)系，因此流體溫度對(duì)本發(fā)明檢測(cè)方法沒(méi)有影響，能提高檢測(cè)識(shí)別區(qū)的精度。

2、本發(fā)明無(wú)需在每次使用之前進(jìn)行校準(zhǔn)等其他操作，因此具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作等優(yōu)點(diǎn)。

3、本發(fā)明使用巨磁阻傳感器以檢測(cè)永磁珠的位置變化，再結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，從而計(jì)算出棉流速度，實(shí)現(xiàn)了棉流速度精準(zhǔn)測(cè)量。巨磁阻傳感器有較高的靈敏度和分辨率，其更能精準(zhǔn)地檢測(cè)到永磁珠的微小的位置變化，巨磁阻傳感器也不需要置位與復(fù)位電路，解決了電路的復(fù)雜性問(wèn)題。

4、本發(fā)明采用的巨磁阻傳感器由除了底面其余表面都噴涂有磁性屏蔽層的長(zhǎng)方體巨磁阻制成，巨磁阻的電阻只受平行于巨磁阻表面的磁場(chǎng)影響，且只與磁場(chǎng)大小相關(guān)，與磁場(chǎng)方向無(wú)關(guān)。因此，避免其他磁場(chǎng)的干擾，提高了檢測(cè)精度。

5、本發(fā)明采用多點(diǎn)檢測(cè)，至少檢測(cè)棉流通道內(nèi)異纖維檢測(cè)識(shí)別區(qū)、異纖維檢測(cè)識(shí)別區(qū)與異纖維清除區(qū)的中點(diǎn)以及異纖維清除區(qū)三處的棉流速度，可實(shí)現(xiàn)精確監(jiān)控棉花異纖維檢測(cè)剔除機(jī)的棉流通道內(nèi)的棉流速度。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種棉花異纖維檢測(cè)剔除機(jī)棉流通道測(cè)速裝置的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中其中一個(gè)檢測(cè)模塊的立體結(jié)構(gòu)放大圖；

圖3是圖2中巨磁阻傳感器、金屬片以及永磁珠的裝配結(jié)構(gòu)主視放大圖；

附圖中各部件的序號(hào)和名稱：1.棉流輸送入口；2.棉流通道；3.固定螺絲；4.第一檢測(cè)模塊；5.第二檢測(cè)模塊；6.第三檢測(cè)模塊；7.導(dǎo)線；8.信號(hào)處理模塊；9.人機(jī)交互器；12.承載板；13.磁性屏蔽層；14.巨磁阻；15.金屬片；16.永磁珠；17.巨磁阻傳感器。

具體實(shí)施方式

參見(jiàn)圖1，本發(fā)明棉花異纖維檢測(cè)剔除機(jī)棉流通道測(cè)速裝置包括三個(gè)相同的檢測(cè)模塊，分別是第一檢測(cè)模塊4、第二檢測(cè)模塊5和第三檢測(cè)模塊6，每個(gè)檢測(cè)模塊均通過(guò)固定螺絲3固定連接在棉流通道2的通道壁上，棉流通道2從棉流輸送入口1至通道出口方向之間依序地是異纖維檢測(cè)識(shí)別區(qū)、異纖維清除區(qū)。這三個(gè)檢測(cè)模塊依次有間隔地布置在異纖維檢測(cè)識(shí)別區(qū)、異纖維檢測(cè)識(shí)別區(qū)與異纖維清除區(qū)的連接處以及異纖維清除區(qū)。三個(gè)檢測(cè)模塊分別通過(guò)導(dǎo)線7連接信號(hào)處理模塊8，信號(hào)處理模塊8又連接人機(jī)交互器9。信號(hào)處理模塊8和人機(jī)交互器9都置放在棉流通道2的外部。

參見(jiàn)圖2，三個(gè)相同的檢測(cè)模塊中的其中任一檢測(cè)模塊均由承載板12、巨磁阻傳感器17、金屬片15和永磁珠16組成，其中，承載板12為扁平的長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，鑲嵌在棉流通道2的通道壁內(nèi)，并且通過(guò)固定螺絲3固定連接在棉流通道2的通道壁上，承載板12的內(nèi)外表面與棉流通道2的通道內(nèi)外壁平齊。在承載板12內(nèi)表面正中間處鑲嵌有巨磁阻傳感器17，巨磁阻傳感器17也是扁平的長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，外形大小尺寸遠(yuǎn)小于承載板12的外形大小尺寸，巨磁阻傳感器17通過(guò)導(dǎo)線7從承載板12外表面將信號(hào)輸出至信號(hào)處理模塊8。巨磁阻傳感器17的內(nèi)表面與承載板12的內(nèi)表面平齊。在巨磁阻傳感器17的內(nèi)表面中間處固定連接金屬片15外端，金屬片15的內(nèi)端向棉流通道2的中心延伸，使金屬片15呈懸掛狀態(tài)。金屬片15為L(zhǎng)型，L型金屬片15的水平面固定連接在巨磁阻傳感器17的內(nèi)表面上，L型金屬片15的垂直面向棉流通道2的中心延伸。在金屬片15的內(nèi)端中間處固定有一個(gè)永磁珠16。在棉流通道2中，金屬片15的垂直面在從棉流輸送入口1至通道出口的棉流作用下向通道出口方向彎曲，永磁珠16隨著金屬片15向通道出口方向彎曲發(fā)生偏移，從而使永磁珠16與巨磁阻傳感器17之間的位置發(fā)生改變。

巨磁阻傳感17由磁性屏蔽層13和巨磁阻14構(gòu)成，巨磁阻14是扁平的長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，巨磁阻14除內(nèi)表面外的其余表面上都噴涂一層磁性屏蔽層13，從巨磁阻14引出兩根導(dǎo)線7連接信號(hào)處理模塊8。

金屬片15可采用彈性形變能力強(qiáng)的碳素彈簧鋼或合金彈簧鋼制作，用碳素彈簧鋼或合金彈簧鋼制成較薄、易彎曲但不易產(chǎn)生疲勞金屬片15。

參見(jiàn)圖1-3，首先，在無(wú)棉流吹動(dòng)下，金屬片15的豎直面保持豎直向下。由人工將棉花放入棉流輸送入口1進(jìn)入棉流通道2，棉流從棉流輸送入口1向出口吹動(dòng)時(shí)，形成棉流，棉流在棉流通道2中運(yùn)動(dòng)，吹動(dòng)棉流通道2內(nèi)的金屬片15，不同速度的棉流會(huì)對(duì)金屬片15的豎直面產(chǎn)生不同大小推力。在棉流的推力與金屬片15的彈力達(dá)到平衡時(shí)，金屬片15的垂直面通道出口方向彎曲并穩(wěn)定，使得永磁珠16位置發(fā)生變化，永磁珠16與巨磁阻14的相對(duì)位置也發(fā)生變化，則巨磁阻14的阻值會(huì)發(fā)生變化。不同的棉流速度一一對(duì)應(yīng)于永磁珠16的位置，永磁珠16的位置變化又將導(dǎo)致巨磁阻14的阻值變化。

巨磁阻14電阻只對(duì)平行于巨磁阻14表面的磁場(chǎng)敏感，且只與磁場(chǎng)大小相關(guān)，與磁場(chǎng)方向無(wú)關(guān)。當(dāng)磁場(chǎng)在小范圍變化時(shí)，可認(rèn)為巨磁阻14電阻隨平行表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小線性變化。因此，當(dāng)計(jì)算巨磁阻14電阻變化時(shí)，可以直接把巨磁阻14表面的平均磁場(chǎng)和巨磁阻14靈敏度直接相乘，就得到巨磁阻14電阻變化的結(jié)果。永磁珠16產(chǎn)生的偶極子場(chǎng)可以用以下公式(1)、(2)計(jì)算：

(1)

(2)

是磁標(biāo)勢(shì)，是磁感應(yīng)強(qiáng)度，▽是梯度算符。利用公式(1)、(2)來(lái)計(jì)算永磁珠16的感應(yīng)磁場(chǎng)，然后把感應(yīng)磁場(chǎng)水平分量沿巨磁阻14的區(qū)域積分，積分結(jié)果除以巨磁阻14面積就得到沿巨磁阻14表面的平均磁場(chǎng)。永磁珠16的偶極子場(chǎng)在巨磁阻14表面的分布式不均勻，因此當(dāng)永磁珠16位于巨磁阻14的不同位置時(shí)，巨磁阻14阻值不同。永磁珠16位于巨磁阻14正中間時(shí)，巨磁阻14覆蓋了永磁珠16感應(yīng)磁場(chǎng)最強(qiáng)的區(qū)域，巨磁阻14阻值最大。當(dāng)永磁珠16位于巨磁阻14邊緣時(shí)，永磁珠16的感應(yīng)磁場(chǎng)部分處于巨磁阻14區(qū)域之外，巨磁阻14阻值變小。

在棉流通道2中，當(dāng)棉流以速度在其中運(yùn)動(dòng)時(shí)，金屬片15的豎直面受到棉流的推力彎曲穩(wěn)定在一定位置，而不同位置的永磁珠16將會(huì)導(dǎo)致巨磁阻14的電阻值變化。因此，可知棉流速度與巨磁阻14的電阻值R兩者之間存在相應(yīng)的函數(shù)關(guān)系，即。采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)擬合出棉流速度和巨磁阻14電阻R兩者之間的函數(shù)關(guān)系。根據(jù)對(duì)棉流通道2測(cè)速過(guò)程的分析，將巨磁阻14的電阻R作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸入，將待測(cè)棉流速度作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸出，可構(gòu)建函數(shù)。要擬合出二者的函數(shù)關(guān)系，必須獲取足夠的樣本數(shù)據(jù)。本發(fā)明通過(guò)不同棉流速度吹過(guò)裝置并獲取相應(yīng)的巨磁阻14的電阻R的實(shí)驗(yàn)方法來(lái)獲取足夠的樣本數(shù)據(jù)，然后，選取部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為泛化樣本數(shù)據(jù)，其他的數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)，并設(shè)置誤差目標(biāo)值及學(xué)習(xí)因子用于網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，得到訓(xùn)練后的權(quán)值和閾值。根據(jù)得到的參數(shù)，判斷泛化的結(jié)果是否達(dá)到誤差要求，若是達(dá)到誤差要求，則保存好相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)模型，若是沒(méi)有達(dá)到系統(tǒng)誤差要求，則修改學(xué)習(xí)因子后再次訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)，直到符合誤差的要求為止。將訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)設(shè)在信號(hào)處理器模塊8中。通過(guò)訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，根據(jù)采集的巨磁阻14電阻R，便能得到比較精確的棉流速度。

由于供給巨磁阻14的電壓U是恒定的，因此，通過(guò)巨磁阻14的電流I也發(fā)生變化，這種電流I的變化信號(hào)通過(guò)導(dǎo)線7輸入信號(hào)處理器模塊8，由此，信號(hào)處理器模塊8獲得第一檢測(cè)模塊4、第二檢測(cè)模塊5和第三檢測(cè)模塊6這三個(gè)檢測(cè)模塊輸出的電流模擬量信號(hào)。

信號(hào)處理器模塊8首先對(duì)電流模擬量信號(hào)進(jìn)行放大處理，放大之后將電流模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，通過(guò)公式R=U/I分別計(jì)算出三個(gè)檢測(cè)模塊的巨磁阻14的電阻R_A、R_B和R_C。

再通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，從而計(jì)算出三處采集點(diǎn)的棉流速度分別是v_A、v_B和v_C，并計(jì)算出三個(gè)檢測(cè)模塊所采集的棉流通道2內(nèi)三處采集點(diǎn)的棉流平均速度V，V=（v_A+v_B+v_C）/3，即最終的棉流速度V。

最后，信號(hào)處理器模塊8將計(jì)算獲得棉流速度分別是v_A、v_B和v_C和棉流平均速度V上傳至人機(jī)交互器9顯示，能通過(guò)人機(jī)交互器9人工觀察到棉流速度，并控制剔除裝置動(dòng)作；若三處采集點(diǎn)出現(xiàn)明顯不合理值，則需對(duì)裝置進(jìn)行檢修。