專利名稱:全數字型波譜分析儀的制作方法
本實用新型屬于電子測量儀器。
世界各國每年在紡織品方面進行著大量的生產和進出口貿易。例如，我國紡織品不僅產量大，而且其出口在全國各類產品的出口額中占第二位，僅次于石油。各國為了確保進出口紡織品的質量，都迫切需要有好的測量分析儀器，以測定紡織品紗條中纖維的平均長度、纖維長度的分布、紗條質量的均勻性以及紡織機的好壞等多種重要參數，通過這些參數，不但可以確定紡織品的等級，還可以在生產過程中監督產品的質量。為此，瑞士早在1932年就開始試制一種叫做“條桿均勻度儀”的測量分析儀器，并于1942年將產品正式推向世界。目前，國際公認“條桿均勻度儀”是測量紡織品紗條質量的精密儀器。而半個世紀以來，瑞士烏斯特公司(USTER)生產的UT－I／B型條桿均勻度儀又被世界公認為權威性的儀器，其設計水平先進，性能穩定，精度高，因此至今獨家經營，壟斷著國際市場。我國每進口一臺這種儀器，需花外匯10萬美元；全國若以需要2千臺計算，就得耗費2億美元的外匯！因此，我國自五十年代起就著手研制和仿造條桿均勻度儀，但三十多年來一直未能攻下。
條桿均勻度儀由三個部分組成，即傳感器部分、計數部分和波譜分析儀部分。其中波譜分析儀又是其核心部分，用它所測得的波譜圖是一個關鍵指標。而由于波譜分析儀的技術性極高，最難設計制造，因此也是世界各國未能攻下的關鍵部分。
瑞士烏斯特公司(USTER)所生產的條桿均勻度儀中的波譜分析儀部分，一直采用模擬電路型，較為落后。近幾年來，日本計測器公司(KAISOKKI)試圖打破瑞士的壟斷，推出了一種數字型的波譜分析儀，并將之用于該公司生產的“KET型條桿均勻度儀”上。這種數字型的波譜分析儀比模擬電路型的波譜分析儀自動化程度高，工作穩定，擴大了數據處理功能，制造也比較容易。但其某些關鍵部分的設計較之瑞士水平還有相當大的差距，各項性能指標也都達不到瑞士模擬電路型的波譜分析儀的水平，主要缺點是信道少、旁瓣干擾大、遠區泄漏嚴重，因此在國際市場上遠遠竟爭不過瑞士產品。
如前所述，我國自五十年代起就著手研制和仿造條桿均勻度儀，尤其著重研究其核心部分——波譜分析儀。這個課題成為我國紡織系統自解放以來最復雜、最困難、水平最高的攻關項目之一。目前，紡織部和全國紡織系統極為重視這個項目，北京的中國紡織科學院、天津紡織工學院、上海紡織大學以及無錫、青島、蘇州等地的有關科研單位和工廠，都在進行這方面的研制工作，也有不同程度的進展。但研制全數字型的波譜分析儀除了本實用新型外，尚無一家獲得成功。
為了滿足我國紡織品生產和進出口貿易對條桿均勻度儀的急需，為國家節約大量外匯；為了攻克技術難關，填補國內空白；為了使我國產品走向世界，打破一、兩個國家對國際市場的壟斷，我們從1985年開始了這方面的研究工作，吸收了瑞士、日本波譜分析儀的長處，又加以改進和創新，終于成功地研制出了本實用新型——我國自己的全數字型波譜分析儀。
本實用新型的要點在于它完全摒棄了瑞士產品所采用的模擬電路，而代之以全數字化電路，用12臺微型計算機1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12組成計算及數據處理系統，并分為A、B兩箱，對信號進行并行處理。其中A箱負責處理20個信道的信息，B箱負責處理35個信道的信息，全部可以處理55個(實際上還可以更多)信道的信息。而日本產品只能處理50個信道的信息，瑞士產品也只能處理54個信道的信息。這樣，可以使自動化程度提高，制造也比較方便了。所有微型計算機的軟件系統中，均不采用乘法器，只用加法器，從而又使價格大為降低。更重要的是，輸入信號在進入微型計算機系統以前，首先要經過保護濾波器16、17。本發明創造摒棄了日本產品使用的二階BUTTERWORTH濾波器，而采用三階切比雪夫(TEBYCHEV)濾波器，這一方面使處理速度大大提高，比日本產品的速度提高了一倍，同時，抑制旁瓣的能力加強，頻率復蓋率也提高了一倍。在濾波器后面，還加了A／D轉換器14和15，將模擬量信號轉變為數字量信號，提供給微型計算機系統進行處理。微型計算機系統后面，接上打印機13，以便將處理結果繪圖打印出來。
附圖1是全數字型波譜分析儀的總框圖，其中16、17為保護濾波器，它們把輸入的模擬信號中高于各箱最高工作頻率的頻率分量濾除，以保證后面的數字信號處理中不產生混參。14、15為A／D轉換器，它們將濾波后的模擬量信號轉換為數字量信號，然后送入微型計算機中進行運算和處理。1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12是十二臺微型計算機，它們共同組成本裝置的計算和數據處理系統。保護濾波器16、A／D轉換器14、微型計算機1、2、3、4、5、11一起組裝在一個箱體內，稱為A箱，負責處理20個信道的信息。其中微型計算機1、2、3、4、5主要負責對A箱的數據進行處理，如對采樣信號進行求補、平方、開方等實時運算；而微型計算機11將上述5臺微型計算機送來的數據信息進行累加、平均、補償等非實時處理，然后將結果送往打印機13進行繪圖打印。與上述A箱對應，保護濾波器17、A／D轉換器15、微型計算機6、7、8、9、10、12一起組裝在另一個箱體內，稱為B箱，負責處理35個信道的信號。其中微型計算機6、7、8、9、10負責對B箱的數據進行實時處理，微型計算機12是將這5臺微型計算機送來的數據信息進行非實時處理的。處理結果亦送打印機13進行繪圖打印。13為打印機，它可直接將結果繪圖打印出來。
附圖2是保護濾波器16和17的電原理圖，是一個三階的切比雪夫(TEBYCHEV)有源濾波器。其中R1、R2、R3為電阻，C1、C2、C3為電容，18為運算放大器，它們共同組成一個三階的切比雪夫(TEBYCHEV)濾波器，以濾除不需要的頻率分量。
本實用新型已于1986年研制成功，并在嚴格保密的條件下進行了三個月的集中考核實驗和生產現場考核實驗，詳細進行了電氣性能、工藝性能、常溫、高溫、低溫、常濕、高濕、低濕、時間漂移、溫度漂移、濕度漂移和靈敏度準確性、抗干擾性、再現性以及故障等方面的分析。使用棉型、毛型的天然纖維、化學纖維、純紡、混紡的單紗、合股紗及一些專門試制的具有一定疵點的紗線的對比測試以及粗紗、棉條的對比測試結果表明，本實用新型的質量指標全面超過了日本計測公司(KAISOKKI)在八十年代前期研制的KET－80B型機，例如它只能處理50個信道，本發明創造則擴大到55個信道，甚至還可以更多；它的處理速度為200m／每分鐘，本實用新型的速度則提高了一倍，為400m／每分鐘；它的遠區干擾為14％，本實用新型抑制旁瓣的能力更強，相隔兩個信道以上的旁瓣抑制達40分貝以上，遠區干擾降到2％左右；頻率復蓋比(即最高頻率／最低頻率)也提高了，可達2000，實現了最優化；價格也大大降低。同時，本實用新型提高了短時間測量的可信度，波譜圖打印處理對不同的測試速度能自動進行圖形跟蹤，使波譜圖在各種情況下保證正確的幅度。考核也證明，本實用新型的各項指標都已達到了國際公認的瑞士烏斯特公司(USTER)的產品UT－I／B的水平，而且比它還多了一個信道，它是54個信道，本實用新型是55個信道；靈敏度也比它高。本實用新型已通過了紡織部和國家教委的鑒定，它填補了國內空白，使我國的紡織電子測量儀器進入了世界先進水平的行列，這對提高我國紡織品的質量、增強我國紡織品在國際市場上的竟爭能力具有重大意義。本實用新型還可以用于其他的需要進行波譜分析的場合。
作為本實用新型的最佳實施例，所采用的保護濾波器是一個三階的切比雪夫(TEBYCHEV)有源濾波器，其中的電阻、電容和運算放大器都是國內市場上的普通產品。所采用的微型計算機為單板微型計算機。打印機亦是國產普通的繪圖打印機。
權利要求
1.一種用于紡織行業的全數字型波譜分析儀，由保護濾波器16、17，A/D轉換器14、15，微型計算機1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12和打印機13所組成，其特征在于所說的保護濾波器16、17是采用切比雪夫(TEBYCHEV)濾波器。
2.按照權利要求
1所說的全數字型波譜分析儀，其特征在于所說的保護濾波器16、17是采用了三階切比雪夫(TEBYCHEV)濾波器。
3.按照權利要求
1或2所說的全數字型波譜分析儀，其特征在于所說的三階切比雪夫(TEBYCHEV)保護濾波器16、17是由電阻R1、R2、R3，電容C1、C2、C3和運算放大器18所組成的，電阻R1、R2、R3依次串聯起來，R1的另一端直接接收輸入的模擬量信號，R3的另一端接至運算放大器18的“＋”端，電容C1的一端與R1、R2相聯接，另一端接地，電容C2的一端與運算放大器18的“＋”端相聯，另一端接地；電容C3的一端與R2、R3相聯，另一端接至運算放大器18的輸出端；運算放大器18的輸出端一方面和自己的“－”端相聯，另一方面和A／D轉換器相接，送出濾波后的信號。
4.按照權利要求
1所說的全數字型波譜分析儀，其特征在于把負責處理20個信道信息的微型計算機1、2、3、4、5、11和保護濾波器16、A／D轉換器14封裝在一個箱體內(稱為A箱)；把負責處理35個信道信息的微型計算機6、7、8、9、10、12和保護濾波器17、A／D轉換器15封裝在另一個箱體內(稱為B箱)。
5.按照權利要求
1或4所說的全數字型波譜分析儀，其特征在于所說的微型計算機1、2、3、4、5的輸入端均和A／D轉換器14的輸出端相聯接，它們的輸出端和微型計算機11的輸入端相聯接，從而完成對信息的實時運算和非實時處理；與此對應，微型計算機6、7、8、9、10的輸入端與A／D轉換器15的輸出端相聯接，它們的輸出端與微型計算機12的輸入端相聯接。
6.按照權利要求
1或4所說的全數字型波譜分析儀，其特征在于所說的微型計算機1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12是采用單板微型計算機。
7.按照權利要求
5所說的全數字型波譜分析儀，其特征在于所說的微型計算機1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12是采用單板微型計算機。
專利摘要
本實用新型涉及一種全數字型波譜分析儀，主要用于紡織行業。以它為核心部件所組成的條桿均勻度儀可以測定紡織品紗條中纖維的平均長度、纖維長度的分布、紗條質量的均勻性以及紡織機的好壞等多種重要參數，并能繪出波譜圖，從而確定紡織品的等級，還可以在生產過程中監督紡織品的質量。本實用新型采用了全數字型電路，用12臺微型計算機并行處理信息；在濾波器的應用上也作了重大創新。達到了世界先進水平。
文檔編號G01N27/00GK87206251SQ87206251
公開日1988年2月24日 申請日期1987年4月10日
發明者鄒理和, 李友仁, 王婉南, 殷勤業, 賈玉蘭 申請人:西安交通大學, 國營第782廠導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan