專利名稱：纖維強度測試系統的制作方法
背景技術：
本發明通常涉及一種處理諸如棉線等纖維材料的方法和裝置。更具體地，本發明涉及一種軋棉機處理方法和裝置，用于優化棉線的質量。
術語“棉花”可以用于指代“籽棉”或“皮棉”。籽棉是內部有花的纖維中具有植物籽的最初的自然花。皮棉是與籽分離的開花植物的纖維。
軋棉去籽包括干燥，從籽棉中除去雜質，從皮棉中分離植物籽，再從皮棉中除去雜質，皮棉固結和捆束打包。根據處理設備的機械容量，軋棉機最多將每小時150000磅籽棉處理成每小時12000磅皮棉，打包成500磅的包。這意味著，一個軋棉去籽系統可以由幾個不同類型的處理機器或裝置構成。每種機器設計成影響皮棉產品的一個或多個物理屬性。
軋棉去籽之后的皮棉質量與其原有質量、自然屬性以及在軋棉去籽處理的過程中所接受的清洗、干燥或潮濕的類型和程度相關。纖維顏色、長度、強度和密度是質量的自然屬性。但是，潮氣和雜質的出現是外界施加的質量特性，容易受機械影響的改變。研究已經證實棉纖維的外觀強度與纖維潮氣的含量直接成比例，并且因此潮氣含量越高強度越大。進而，隨著通過干燥，纖維潮氣含量降低，外觀強度降低并且在軋棉去籽的過程中纖維斷裂的頻率增加。
作為吸濕的材料，棉花的自然潮氣含量相對于周圍空氣的相對濕度變化。在濕度高的季節收獲的棉花軋棉時達到高達12％或更多的潮氣含量，與之相反在濕度低的季節收獲的棉花包含4％或更少的纖維潮氣。由于這些原因，對于試圖以預定的潮氣含量進行皮棉的軋棉去籽的軋棉，必須準備向正在處理的棉花添加或除去潮氣。但是，在美國大多數棉花按照標準的程序處理，而不考慮在中間的批處理中出現的雜質或潮氣的實際含量。因此，盡管比棉花中原始存在的雜質級別所需要的更干凈，有些棉花可能是過干燥的或過處理的。這種不需要的或者甚至是有害的處理可能導致纖維質量的下降和成本和/或處理時間的增加。
由于在美國大部分棉花作物在濕度低的季節收獲，軋棉時通常達到4％～5％的纖維潮氣，通過減少纖維在軋花機機座和飛花清潔機中的斷裂的數量，在進行纖維棉籽的分離和皮棉清潔之前加入潮氣，可以改善這種棉花的平均纖維長度。但是，軋棉處理后的皮棉中的潮氣的重新吸入將不會改善纖維長度。另一方面，具有9％或更多的纖維濕氣的棉花可能在穿過飛花清潔機過程中既不會光滑地軋棉也不會恰當地處理。因此，推薦的6.5％～8％的纖維濕氣具有軋棉生產方面的問題以及生產質量方面的問題。
雜質的去除最初涉及市場等級和價格的經濟情況。但是，存在一個收益遞減的點，在此處通過纖維和棉籽損害和重量的過渡損失彌補進一步去除雜質的益處。大多數現代軋棉機包括清潔設備，來控制在它們的服務領域中所希望的最嚴格的雜質條件。該設備的實際使用最好應當以棉花進料的雜質含量為基礎，并且較清潔的棉花不應當僅僅因為它是可以利用的，而經過軋棉機中每個清潔機器的處理。雜質的去除應當對那些由棉花的顏色決定的生產等級需要很嚴格。進一步的清潔減少重量而沒有增加捆的數量。
一種優化棉花處理程序的方式是控制設備例如干燥機的溫度，和旁路特定的機器例如對特定的棉花處理不是必需的籽棉清潔機和皮棉清潔機。傳統地，在軋棉處理過程中不監測例如雜質含量、潮氣含量、顏色、纖維長度、長度變化、纖維強度、纖維的伸長和纖維厚度等物理屬性。因此，不存在確定處理程序的系統或方法，來優化皮棉生產質量、等級或價值。由于沒有確定最優化的質量等級的方法，也沒有執行最優化質量等級的裝置或設備。
改變在傳統的軋棉系統中使用的清潔機的數量需要系統的停工期以及手工改變閥結構的勞動力成本。已經估算出改變單個軋棉標準皮棉清潔機裝置上的閥需要至少五分鐘，用于那些裝配有流動順序改變閥的軋棉機系統。一個軋棉機通常具有三組或更多組處于串聯或并聯處理線中的皮棉清潔機，但并不是全部都裝配有旁通閥。
為了繞過傳統軋棉系統中的例如皮棉清潔機等機器，棉花的流動穿過直接位于皮棉清潔機之前的軋花機機座停止。如果裝配有，則通過將要繞過的機器的材料流動管道中的閥關閉，通常是手動實現。然后旁路的機器停止。為了使得繞過的備用機器聯線，必須逆轉該處理。為了繞過例如籽棉清潔機或干燥機等機器，位于前面的所有機器必須停止，在幾分鐘的時間內依次停止穿過整個軋棉系統的棉花流動，在此期間手動地改變籽棉清潔機閥。
最近以來，美國農業部和其它部門已經贊助了用于測量顏色、潮氣和雜質值的在線傳感器的開發。這些開發的一部分由屬于W.S.Anthony等人的美國專利5,058,444、屬于W.S.Anthony的美國專利5,087,120和屬于W.S.Anthony的美國專利5,639,955所代表。作為與本發明有關的，通過引用的方式將這些現有技術的專利公開的全部內容合并進來。
通過引用也將序列號為08/691，069的待審查美國專利申請完整地合并，其描述一種軋棉系統，具有顏色和潮氣這一物理屬性的在線傳感器。另外，專利申請08/691，069教導了系統流動物流中雜質的相對含量的在線測量。對應于這些測量的數據傳遞給中央處理單元(CPU)。CPU是具有計算機程序邏輯的中央控制計算機，接收和處理在線傳感器的數據來產生軋棉決策矩陣，根據此矩陣確定優化流體的經濟價值的流動程序決策。利用得到的特定流動程序，向例如籽棉或皮棉運輸管道中的電機操作的閥等有電源的流動控制器發出適當的操作信號。
盡管待審查專利申請08/691，069為在線質量發展表現出明顯的進步，程序邏輯可以利用的變量數據基礎仍然只是顏色、潮氣和雜質。現有技術的程序邏輯沒有考慮纖維長度、纖維長度變化、纖維強度、纖維的申長能力、和與馬克隆尼(micronaire)相關的纖維周邊和壁厚度等屬性。
因此，需要一種自動軋棉控制系統，在優化質量處理程序的過程中，與顏色、潮氣和雜質一同考慮纖維強度、纖維長度、纖維長度變化、纖維的申長能力和馬克隆尼棉花屬性。因此，本發明的一個目的在于提供一種軋棉控制系統，它具有用來測量纖維強度、纖維長度、長度變化、伸長能力和馬克隆尼以及顏色、潮氣和雜質的在線傳感器。
本發明的再一個目的在于提供一種基本上成套的設備組件，其可以沿著軋棉系統的材料流動通道定位在任何位置上。
本發明的又一個目的在于提供一種設備，其從運行的軋棉處理流中提取物理樣品，而基本上沒有中斷棉花流體的連續性，其中通過對這一物理樣品的自動處理來確定運輸中的纖維的平均長度、纖維長度的變化、纖維的延長的值和纖維樣品的斷裂長度。
本發明的另一個目的在于提供幾種新儀器，用于測量馬克隆尼。
本發明的再另一個目的在于提供一種方法和設備，用于進行馬克隆尼確定，避免需要對樣品進行稱重。
本發明的又一個目的在于提供一種改進的方法和設備，用來確定棉花樣品的成熟度。
本發明的又一個目的在于提供一種方法和裝置，用來從活動的流體中獲得馬克隆尼屬性測量，不需要手動的干涉或基本上不中斷流體。
本發明的又一個目的是提供一種基本上成套的儀器組件作為單機件的設備，其可以用來測試已經從一個源頭例如軋棉機取走的棉花纖維，并且手工地表示為單機件的設備的樣品。
此外本發明的又一個目的在于提供一種基本上成套的儀器組件作為單機件的設備，其可以用來測試已經從一個源頭例如軋棉機取走的棉花纖維，并且不需要手工幫助可以獲得和制備要測試的樣品。
發明概要在具有多個處理單元和用來運輸夾帶有空氣的棉花流的傳輸管道的軋棉機中，例如遙控的馬達閥等流動控制裝置定位在傳輸管道中，來有選擇地包括或排除特定的處理單元。每個流動控制裝置的傳輸管道控制狀態由軋棉控制計算機排序，對該計算機編程以從在線棉花屬性測量的數據為基礎選擇軋棉處理順序。進行用于纖維強度、纖維長度、纖維長度變化和長度延伸以及潮氣、顏色污染物、馬克隆尼和成熟度的棉花屬性測試。如所希望的，可以針對皮棉生產質量、皮棉等級、皮棉價值或其他這種控制目標編寫程序。由計算機控制的程序流程的整體性的關鍵是傳遞給計算機的棉花屬性數據的精確度和連續性。
本發明提供通過攪拌型取樣機隔離在材料運輸管道中的在線棉花流體樣品，該取樣機暫時收集一定量的管道流體的樣品和靠著管道中的透明窗壁擠壓該樣品。位于透明窗壁的外側上的反射型或光譜儀型光學傳感器相對于擠壓窗壁的內側的樣品塊反射的亮度值反應。這些反射的亮度值由光傳感器檢測并且用來確定樣品的顏色和雜質含量。
通過具有電阻抗柵格的傳感器測量由在線攪拌機收集的流體樣品的潮氣含量。在一個優選實施例中，該阻抗柵格可以埋入到管道壁中，或者，埋入到攪拌機中。由于攪拌機向壁擠壓收集的樣品，樣品塊密實地擠壓阻抗柵格，從而產生低的但可以測量的穿過樣品的漏電流，其具有與樣品的潮氣含量成正比的電流值。
還可以使用同樣的或獨立的攪拌樣品收集器，來相對于管道壁中的篩子或光柵擠壓管道中的流體樣品。在管道壁的外側上但與外部空氣隔絕的，是運載多個精梳機的閉合回路的帶式運送機。隨著皮帶圍繞閉合回路驅動，精梳機靠著光柵的外表面穿過，在攪拌機的壓縮力的作用下從穿過柵格的縫隙伸出的成包的纖維布上收集纖維樣品。利用象須子一樣粘在精梳機線上的纖維樣品，通過銷條牢固地固定樣品。隨著傳送機皮帶的前進，精梳機和上面系著的纖維到達精梳臺，在此處精梳由帶式精梳機固定的纖維樣品。第二次運動增量使帶式精梳機前進并且由此使纖維樣品保持到刷洗臺，完成須子纖維的平行化和除去疏松的纖維和外來雜質。帶回路中的第三臺首先光學地掃描樣品須子的長度輪廓的成份，從而提供長度分布數據(fibergram)，由此得出平均長度、短纖維長度和長度一致性。
接下來，拉伸后的樣品須子夾在安裝在負載單元上的老虎鉗鉗夾之間，在夾合的精梳機和老虎鉗鉗夾之間作用待測量的拉伸力，直到須子斷開。該測量的拉伸力涉及纖維拉伸強度和纖維延長度。
緊隨長度測量/斷裂臺，保留在夾合的精梳機中的須子殘留物前進到落卷臺，在此處取出與精梳機齒接合的銷條，來將纖維顆粒釋放到真空除塵系統中。對于傳送帶運輸回路中的每個工作臺，提供一個采樣精梳機，從而產生與測量的纖維長度、纖維長度變化、纖維拉伸強度和纖維延長度成比例的電傳送數據的增量的連續流動。
馬克隆尼氣流式纖維細度測試儀是與以纖維周長和纖維壁厚為基礎的紡織品工業不同的棉花細度的經驗測量。通過則量穿過樣品的空氣流動確定馬克隆尼氣流式纖維細度值。總的纖維表面決定流動的阻力。通過傳統的馬克隆尼氣流式纖維細度測試程序，已知的空氣流動速率穿過具有預定體積的成捆纖維圓柱的預定的軸向長度。測量在該軸向長度上損失的壓力，通過該成捆的體積中的纖維的重量標準化該測量的值。也就是說，馬克隆尼氣流式纖維細度比值測試需要幾個不連續的步驟，包括隔離一定量的測試纖維；將測試的量放在圓柱形測試單元中；向測試單元作用測試流體并且穿過該一定量的測試纖維；測量穿過軸向長度的空氣流的壓降；和稱量該測試量的纖維。
在本發明中，通過來自主材料運載管道的管道旁路形成在線馬克隆尼氣流式纖維細度測試。纖維懸掛流體導入到該旁路中，來正對構成測試單元端壁的多孔的或穿孔的活塞的表面。隨著旁路中流體繼續前進，纖維正對著多孔活塞表面并沿著活塞表面前端中的圓柱孔積累。壓力差動地監測一對沿著圓柱孔軸向分隔的壓力絲錐區域作為圓柱孔中積累的纖維數量的指示器。在預定的積累點，旁路緊鄰主纖維運輸管道，第二穿孔活塞進入到纖維累積體積中來擠壓位于正對的活塞表面之間的堆積物。堆積物擠壓成的容積是一個已知的常量或通過測量的測定而已知。在后一種情況中，擠壓活塞的表面使堆積的纖維塊達到一個預定的壓力或壓力值。然后對一個對應的體積容量測量基于擠壓力的活塞表面的位置。這樣設置后，確定一個穿過位于正對的活塞表面之間的固定容積中的堆積的纖維的已知空氣流動速率和相對的測量壓力差值。緊隨穿過已知容積的壓力差值的測量，第一多孔活塞縮進來將堆積物圓柱的一個軸向延伸打開到相切的出口管道。相對于堆積的纖維樣品的第二活塞末端的突然的空氣壓力脈沖，將樣品從測試位置推動到出口管道。沿著出口管道的通道將測試樣品堆積到臺秤上，由此進行測試樣品的稱重，對于這些需要進行重量測量的方法。與測試的壓力差值成比例的信號和測試樣品的重量(或者是測量的或者是憑經驗確定的)傳遞給用于馬克隆尼氣流式纖維細度測試的CPU。
附圖的簡要描述從下面參照附圖對優選實施例進行的說明中，可以得出本發明的其它目的和優點。其中
圖1A是籽棉給料控制部分的軋棉流動示意圖；圖1B是圖1A流動示意圖的繼續，包括兩個籽棉干燥機和一個中間制棉棒和綠葉清潔機；圖1C是圖1B流動示意圖的繼續，包括另外兩個籽棉清潔機，軋花機機座和兩個皮棉清潔機；圖1D是圖1C皮棉打包臺的流動示意圖的繼續；圖2是根據本發明的軋棉去籽的流動控制示意圖；圖3是在本發明的實踐中可以應用的就地設置的棉花流體采樣設備；圖4是沿著圖3和圖9中的切割平面4-4所示的設備的剖面圖；圖5是根據本發明的第一種類型的管道流動控制設備的示意圖；圖6是圖5中的圓圈6中的圖5的設備的放大視圖；圖7是根據本發明的第二種類型的管道流動控制設備的示意圖8是根據本發明的第三種類型的管道流動控制設備的示意圖；圖9是根據本發明的就地設置的纖維長度和強度采樣和測試設備的機械視圖；圖10是根據本發明的纖維長度和強度屬性測試設備的側剖視圖；圖11是根據本發明的纖維長度和強度屬性測試設備的局部剖開的頂視圖；圖12是根據本發明的纖維長度和強度屬性測試設備的側剖視圖，表示為分解的機械圖；圖13是根據本發明的纖維長度和強度屬性測試設備的端視圖；圖14是圖13中的設備沿著切割平面14-14的光學掃描元件的剖面圖；圖15是圖13中的設備沿著切割平面14-14的纖維強度測量元件的剖面圖；圖16是圖15中圓圈16部分的元件的放大圖；圖17是在樣品提取模式中根據本發明的就地采樣和馬克隆尼氣流式纖維細度測試設備的第一個實施例的機械圖；圖18是在空氣流動測量模式中的就地采樣和馬克隆尼氣流式纖維細度測試設備的第一個實施例的機械圖；圖19是在樣品卸除模式中的采樣和馬克隆尼氣流式纖維細度測試設備的第一個實施例的機械圖；圖20是馬克隆尼氣流式纖維細度測試設備的第一個實施例的空氣流動測量部分的放大剖面圖；圖21是第一個替換的樣品提取裝置的正面圖；圖22是第一個替換的馬克隆尼氣流式纖維細度測試設備；圖23是第二個替換的馬克隆尼氣流式纖維細度測試裝置；圖24是第二個替換的樣品提取裝置的正面圖；圖25是為測試制備的須子樣品的放大視圖；圖26是半自動的單機使用的測試設備的示意圖；圖27是半自動的單機使用的測試設備的帶盒的示意圖；和圖28A-28D是手動使用的測試設備的主視和平視圖。
優選實施例的詳細描述處理流動系統參照附圖中的圖1A-D，其中同樣的附圖標記代表附圖的幾個圖中相同或相似的機器或元件，表示典型的棉花軋棉去籽系統。通常，棉花順序地穿過在空氣輸送管道中限定的空氣流體中的每個處理站之間。在用于籽棉的液態輸送的套筒式拾取系統中的空氣流動速度可以是5500至6000ft/min。用于皮棉的液態輸送的空氣流動速度可以是2000至3500ft/min。
棉花可以以松散的批量或以統一的體積從田地運送到軋棉機。通過真空牽伸將松散包裝的貨物經過套筒式拾取管子10拉入到供料輸送管道20。另一方面，機動軌道車或高速有蓬火車尺寸的統一組件16可以放在給料傳送機15上，將給料控制進入分配頭12中并靠著一組旋轉驅動的釘齒輥14。釘齒輥沿著工作面梳散該組件，來釋放單個的籽棉棉鈴，它們通過風扇18的牽引落入到進料斗17中。吸入拾取管子11穿過籽棉流體進入到供料輸送管道20中。
接下來沿著籽棉處理線可以是一個綠棉鈴和石頭分離器22。機器剝離的棉花通常包含許多綠色的未成熟的棉鈴，這些棉鈴引起軋棉問題，例如軋棉機鋸齒的阻塞，籽輥不能運轉，輥盒的內表面上和鋸齒上以及軋花機機座和其他及其的運動表面上粘性材料的堆積等等。許多綠色棉鈴通過清潔機斷裂開，它們的成份將潮氣添加到鄰近的棉花中。此外，來自其它濕的植物材料的潮氣轉移到干棉花中，引起軋棉問題。特別是不成熟時的棉花和棉花籽包含少量的物質，這些物質潮濕時變成粘生并且造成軋棉機械的樹膠分泌。此外，紡錘摘棉機和機械摘棉鈴機會撿起田地中的石頭、土塊、金屬碎片、植物根部和其它重的物體。這些成分必須在棉花到達軋棉處理機器之前取走，防止引起機器故障、流動堵塞或火災。
一種綠色棉鈴和石頭分離機利用管道流動方向中的突然變化引起的離心力。蓬松的成熟的棉鈴比沉重的密集的材料更容易靠近空氣流動通道。這些密集的材料傾向于沿著空氣流動方向的突然變化的切線的直線運行。該切線通道導向污染物收集腔并將它們從系統中排出。
通過喘振箱24控制進入供料運送管道20和穿過綠色棉鈴和石頭分離器的籽棉供給速率。通過打開和關閉供料運送管道20中的閥門，喘振箱中的傳感器接通和斷開抽氣機。
經過喘振箱真空式集棉筒26之后，籽棉流籽棉進入到第一干燥機供料管道28，其將該流籽棉轉移進第一干燥塔30，如圖1B中所示。隨著棉花流籽棉進入到干燥機中，棉花流籽棉與干燥的加熱后的空氣混合。第一干燥機卸料管道32將液態的籽棉流體運送到第一個具有六個斜柱面的流體清潔機34中，來除去精確分離的物料和為接下來的干燥和提取處理蓬松和制備籽棉。由一組，通常是4到7個，針形滾筒組成的滾筒清潔機34，攪動和傳送籽棉經過包含小開口或狹縫的清潔表面。清潔表面可以是凹入的篩子或帶網格的桿部分或者是有鋸齒的圓盤。通過滾筒的作用從籽棉中分離出來的外來雜質落入到篩子、帶網格的桿或圓盤的開口中，通過廢料通道36收集和排出。處理后的流體傳送到真空式集棉筒38和運輸管道部分39。氣吸供料管道37保持穿過篩子或網格邊緣的壓力差，將處理后的廢料傳送穿過篩子或網格偏壓進廢料收集箱。
在典型的軋棉機系統中接下來的籽棉清潔設備可以是樹枝和綠葉機器40，其包括兩個滾筒鋸42和一個回收滾筒鋸44。清潔后的棉花繼續穿過真空式集棉筒45進入到第二個干燥塔供料通道47。通過樹枝和綠葉機器40分離的廢料和廢棄材料穿過真空式集棉筒49進入到廢料排出管道50。
潮濕棉花的合適干燥對生產者、軋棉者和紡線者在幾方面都有益處。通過除去多余的潮氣和通過使得部分蓬松的一簇棉花起毛，干燥機將籽棉調整成更光滑和更適于軋花機的連續操作。由于這些原因，為好的構思的軋花設備提供足夠的干燥能力，來適應“惡劣情況”。但是，過分的干燥可能引起質量問題。過分干燥的損害來自兩個方面纖維變得太熱和過多的纖維斷裂。由于它太干燥和易碎，經過機械清潔機、軋花機機座和鋸式皮棉清潔機處理棉花，導致纖維斷裂，從而減小纖維的平均長度。如果使用第二干燥塔52，材料流體經過第二干燥塔排料管道54排出，輸入到第二傾斜滾筒的清潔機56，如圖1C中所示。隨著針形滾筒在滾筒列的上面和下面經過籽棉，來自篩子牽引通道59的抽氣吸力推動空氣穿過棉花流體和篩子或網格。通過針形滾筒的錘擊，疏松的棉花上的干污染物被拉入穿過篩子或網格進入到廢料收集箱上，穿過廢料通道58排出。可以接受的棉花在傾斜滾筒的頂部排出到真空式集棉筒60中和進入到中間運輸通道62，傳送到第三個傾斜滾筒清潔機器64中。
但是，該第三個清潔機還包括一個皮棉回收滾筒鋸66，將從流體中捕獲的疏松的皮棉排出到真空式集棉筒68中。穿過真空式集棉筒68的皮棉可以交替傳送給空氣皮棉清潔機80或經過軋花機機座后的流體中的控制棉絮的鋸式皮棉清潔機82中。接下來，來自第三傾斜滾筒清潔機64的主要流體發送到螺旋傳送帶/分配機72中，來沿著軋花供料斜道74分配到軋花機機座進料器機構76中。進料器機構的基本功能是統一地和以可控制的速率將籽棉流體提供給軋花機機座。
軋花機機座78是軋花機的核心。該機器將棉花籽從皮棉中分離出來。系統的能力和生產的皮棉的質量以及潛在的紡紗性能取決于軋棉的工作條件。軋花機機座的運行質量可以影響除纖維強度和馬克隆尼以外每一個通常測量的纖維屬性。通常軋花機機座之后直接放置的是空氣皮棉清潔機80。通過空氣皮棉清潔機的腔室中的管道吹動來自軋花機機座的疏松的皮棉。由于它們穿過狹窄的廢料噴出槽，穿過管道運動的空氣和棉花突然改變方向。通過慣性力將比棉花纖維重并且沒有被纖維很緊密地吸住的外來雜質噴出該槽。
通過鋸式皮棉清潔機82將來自軋花機機座78和空氣皮棉清潔機80的液態皮棉形成為冷凝器篩鼓上的棉花片。該棉花片經過一組或多組擠壓輥進給，穿過緊密配合的送料輥和送料盤或棒，并且送料到滾筒鋸。每組擠壓輥比前面的一組轉動的稍微快一些，產生一些薄的棉絮。進料輥和盤抓牢棉絮使得隨著鋸齒抓住纖維產生精梳作用。滾筒鋸的齒將纖維傳送到排放點。與此同時在滾筒鋸上，通過離心力、滾筒鋸和網格棒之間的擦洗作用的組合，以及空氣流動產生的重力清潔纖維。通過轉動的刷子、氣流沖擊或抽氣，纖維可以從鋸齒上脫離。根據使用的軋花機機座的數量和能力，多個鋸式皮棉清潔機82可以協同地以并聯方式84或以串聯的方式連接。
成捆包裝是軋花機中棉花處理的最后步驟。包裝系統由一套冷凝器90、皮棉滑板94、皮棉進料器96和成捆熨壓機器98組成，如圖1D所示。來自皮棉清潔機組84的干凈的皮棉流體排放到冷凝器傳送管道86中。冷凝器90具有慢速旋轉的，篩子狀的或打有孔的金屬覆蓋的鼓92，軋花后的皮棉在其上形成棉絮。棉絮從脫棉輥之間排放到皮棉滑板94上。由軸向的葉片或高容積的離心扇提供的輸送空氣穿過鼓上的篩子，并且穿過空氣通道99從鼓的一端排出。皮棉滑板是一個將一組冷凝器90與成捆臺98的皮棉送料器96相連接的金屬槽。皮棉滑板安裝成與水平成33°至45°的角度，來保證皮棉棉絮只有滑動運動而沒有滾動。
材料運輸系統參照圖2，通過方框圖的形式表示上面相對于圖1A～1D所述的主要處理機器。連接機器方框的線表示棉花處理通道。通道線中的箭頭表示在相應的通道中主要的流動方向。簡而言之，每個處理機器表示為具有一個棉花流體進入線和一個出來線。在實際中，流動系統具有非常復雜的并聯和旁路流動，是由風扇抽氣系統提供能量和由有動力的真空式集棉筒檢查。但是，對于該目的，通過單個的四通閥門標志100足以表示進入和從對應的處理機器出來的流動控制。應當理解的是用于每個機器的實際的一個或多個流動控制裝置可以多于一個設備，流動回路可以不同于四通閥門的，或者可以完全省略部分處理機器之間的流動控制器。基于前面的說明的理解，四通閥門100A-100K提供兩個流動控制回路，通過它們，原始的材料流體可以交替地發送到相關的處理機器中或經過某一機器，如來自中央計算機200的控制信號所希望或要求的。如果原始材料流體發送到處理機器中，來自處理機器的排出流體表示為發送回用來控制返回給原始流體的四通閥門。如果處理機器是設成旁路的，來自機器的流體排出通道或者是堵塞的，或者與閉合的隔絕回路的入口流體通道相連接。
通過與具體應用的機器相匹配的形式的馬達運行每個閥門100A-K。這些馬達可以由電力、壓縮空氣或水力提供能量。這里，術語“馬達”用來廣泛地概括所有轉動的和線性生驅動的機器。因此，馬達控制包括所有這些本質上將來自計算機200的具體命令信號轉化為所需要的通道流動控制目標的功能和裝置。這種技術對于本領域中的普通技術人員是已知的，除了關于具體適用于管道流通控制的圖5-8中所示的一些機構以外，不再進一步說明。因此，圖2中將管道流動控制裝置100A-K與控制計算機200相連接的直線102A-K表示相應的管路控制信號傳遞路線。
與每個處理機器之間的棉花傳送管道相關聯的是通過信號載波通道122A-L連接的傳感器數據發送機120A-L。實際上，圖2中的每個數據發送機120可以表示多路數據發送機，多路中的每個發送機利用相應的測試儀器進行特定的棉花屬性測量。
棉花樣品提取圖3以簡要視圖的方式，表示通過帶有流動方向的箭頭112代表的含有空氣的液態棉花的傳送的典型矩形截面的管道110。沿著一個管道的邊界墻104的是樣品沉降區114，其具有位于側壁118之間的平板116。設置在沉降區平板116中的是透明窗口124和穿過平板116的小孔陣列126。鉸接在彼此正相對的側壁118之間以與相對于地板平行的軸136轉動的是翻板器件130。參照圖4的剖視圖，看到當翻板從通道流體中旋轉出來時，沉降區的平面地板116基本上遠離翻板的逆流而上的面132。最好是，當翻板130從通道流體中旋轉出來時，順流而下的面134基本上平行于通道壁104的平面。通過任何適當控制的動力裝置，例如沒有表示出來的作用在曲柄臂138上的線性支撐的電機等，可以驅動翻板。
如美國專利No.5,087,120和No.5,639,955所描述的，通過引用將其中的復雜說明合并進來，當反向地升入到流體中時，通道流體中的棉花樣品量靠著翻板的逆流而上的面132快速地堆積。翻板的進一步轉動將堆積的棉花樣品擠壓進沉降區114，成為靠著窗口124和小孔陣列126的緊密壓實的棉花塊128。在窗口124的外側上是光學分析儀器150，用來檢測顏色和廢料含量等棉花屬性。適合于該目的的是以由Motion Control,Inc和Zellweger Uster,Inc.制造的儀器為基礎的錄像機，例如在1997年10月28日遞交的美國專利申請08/962，973中描述的，這里通過引用將它的全部結合進來。由靠著窗子的內表面124壓實的棉花表面反射的光激發錄像機150的電信號。這些信號或它們調整后的形式傳遞給計算機200，作為具有與棉花顏色和廢料含量適當成比例的原始輸入數據。
粘結在沉降區114的地板116上的是包括至少兩個并聯的導體電路的充電的柵格140。當翻板轉動到靠著柵格140擠壓堆積物時，導體元件是非絕緣的，來與靠著翻板130的逆流而上的面132的棉花堆積物緊密地電接觸。通過壓實的棉花樣品作為可變的電阻來傳導并聯電路之間的泄漏電流。棉花樣品128的阻抗值與棉花樣品的潮氣含量成比例。在并聯電路之間的一個已知的電位處，樣品潮氣含量與對應的電路電流成比例。因此電流值作為樣品的潮氣數據傳遞給計算機200。
在另一個實施例中，用于傳感潮氣含量的并聯導體電路可以粘結在翻板130的朝向上游的面132上。在1997年11月4日遞交的美國專利申請08/963，855中更詳細地描述了這種潮氣傳感器，其全部內容通過引用方式結合在本申請中。
通過翻板的轉動壓實到沉降區114中的靠著翻板130朝向上游的表面132的棉花樣品堆積物，還靠著小孔陣列126壓實。結果，纖維的莢狀突出142從帶孔的地板126的外側伸出。相對于圖4和9，閉合的傳送帶或者例如具有多個安裝在上面的精梳裝置162的無端頭的運載帶160圍繞多個鏈輪齒164運行。每個精梳機配有一個由美國專利No.5,178,007描述的可轉動的尖齒傳輸機。該傳送帶安裝到通道110或者其它剛性框架上，來將精梳機162的運行路線與帶孔平板的外表面和棉花突出142的矩陣緊密地排成直線。精梳機162的運動驅動伸出的尖齒穿過突出的棉花突起142，來耙出棉花纖維的子樣品。
由于物理外形看起來是延長的、細的、扁平的不同纖維長度的簇，該子樣品定義為“須子”。最好是，傳輸帶的運動是間歇的，并且傳送帶運動距離的每個增量與幾個須子制備和測試臺166、168、170和172之間的最小間隔距離相等。沿著傳送帶的相鄰的帶式精梳機162之間的擺放間距最好對應于傳送帶運動間隔。通過多個序列之間的最大的須子樣品處理時間確定傳送帶運動之間的固定或標準間隔。通常，通過長度/強度測試裝置170的一個完整循環所需要的時間確定標準間隔。通過圖中沒有表示的與一個傳送帶鏈輪齒164耦合的電機驅動傳送帶160運動。通過中央計算機200可以操作控制整個傳送帶驅動電機，但不是必需的。除了纖維屬性數據向計算機200的傳遞以外，傳送帶160的操作基本上獨立于計算機200的操作。
由翻板130進行的樣品采集同樣是包括樣品凈化階段的間歇操作。緊隨壓實的棉花樣品128的至少一個圖像掃描和至少一個子樣品須子的耙集，翻板130轉動離開壓實的樣品128和進入位于下游的成流線型沉降區144。通過通道流體主流112引導的標準邊界層紊流和抽吸將壓實的樣品128從樣品沉降區114清除出翻板130的上游的表面132。
最好通過圖3中所示的旁路通道180提取用于馬克隆尼測試的主通道流體112的典型樣品。存在許多已知的從較大的流體中進行小流體分離的技術，并且大多數在旁路通道180接近它與主通道100的接頭182處具有一個部分真空或較低絕對氣壓的區域。在圖3的例子中，翻板130的豎起在接近接頭182的主流體中產生局部的增大的靜壓。沿著旁路通道180遠離接頭182的小的感應的出口牽引將棉花顆粒從主流體中拖出，進入到旁路通道180中。通常通過旁路通道流動路線中的盤形閥184控制用于旁路通道180的穩定的抽取力。例如通過曲柄臂186和沒有示出的線性電機可以轉動圓盤的驅動軸。
通過圖21表示用于馬克隆尼測試或其它測試的另一種樣品提取方法和裝置。通過例如反向夯實機146等任何合適的裝置壓實傳輸通道110中的棉花樣品堆積物128，反向夯實機146相對于梳理滾筒148的轉動的尖齒或齒149擠壓棉花層128。通道壁104中的長孔158提供進入到堆積的棉花層128中的齒149的周長的淺穿透曲線。通過圍繞梳理滾筒148的轉動的圓弧上的齒149，將由齒149從堆積層128鉤住的纖維運送到具有轉動的刷子246的轉動的鉗子188中。這里，更快速轉動的旋轉刷子246從梳理滾筒的齒中提取樣品。具有與刷子246周邊相鄰的采集開口的抽氣管248將由刷子的毛粘附的纖維抽入到用來傳遞到馬克隆尼測試腔的管子中。
在另一個實施例中，棉花樣品沒有自動從壓花機中的棉籽流中采集和傳送給測試設備。在這些其它實施例中，以其它一些方式得到棉花樣品和傳遞給單機工作的測試設備。單機工作的測試臺可以包括這里所描述的設備的多種不同組合的全部或任何一部分，包括纖維長度、纖維長度分布、纖維強度、纖維延長度、纖維潮氣含量、纖維廢料含量、纖維廢料識別、纖維顏色、纖維顏色分布、纖維馬克隆尼細度和纖維成熟度的測試儀。最好是，單機工作的測試臺包括纖維長度、纖維馬克隆尼細度和纖維顏色的測試臺。
如圖26所示，在一個實施例中，采集大量的棉花樣品并送入到如圖27中所示的箱柜或盒子402中的測試臺400中。箱柜或盒子402最好包括多種識別器，使得可以由測試臺400唯一地識別每個箱柜或盒子402。執行它的一種方法是在每個箱柜或盒子402上由一個可以取走的棒代碼標簽404，受到測試臺400的掃描并且與由測試臺400進行的全部測量有關系。箱柜或盒子402裝載到自動分段和加標系統中，例如運動的傳輸帶406上。在該方式中，在測試臺400仍然忙于對前面放下的箱柜或盒子402進行測量的同時，包含新的棉花樣品的箱柜或盒子402可以進入和放在測試臺400處。當結束對當前箱柜或盒子402的讀取時，分段和加標系統遞進，當其中的棉花樣品可以測量時將下一個箱柜或盒子402帶入到位置中，與此同時前一個盒子放置到輸出裝置上，例如另一個運動的傳送帶408。前一個測量完畢的棉花樣品自動移動到儲藏室，稍后由此移走。
在該實施例中，最好從包含在箱柜或盒子402中的棉花樣品中得到子樣品。在獲取子樣品的過程中，棉花樣品最好更完全地開松。換句話說，獲取子樣品的處理傾向于將棉花樣品中的纖維更大程度地相互不同。圖24中說明了一種這樣的樣品提取裝置，包括以相反的循環方式驅動的一對閉合的傳送回路350和351。傳送帶回路350的一段382與傳送帶回路351的一段384一同限定出它們之間的纖維俘獲區域380的邊界。相對于對應的回路在相反的方向中運動，傳送帶的這些段382和384交匯在一個多通路的區域386。
傳送帶351相對于包括352和353并具有相對于框板354固定位置的軸的履帶托輪驅動。但是，履帶托輪355、356和357的轉動的軸固定在平移臂358上。還通過具有與梳理滾筒362的相同的正對末端的轉動的軸的擺桿360限定履帶托輪355的轉軸。還限定履帶托輪355和350的轉軸來引導開槽的通道366和368固定到框板354上。平移臂358的平移運動與桿370從圓筒372的伸出段相對應。桿370的這種伸出使得傳送帶回路350相對于梳理滾筒362的軸平移，而引導槽366和368保持傳送帶回路350相對于傳送帶回路351的定向。這種平移有選擇地調整傳送帶回路之間的樣品俘獲區域380的容積，來將棉花顆粒壓實到它們之間的沉降喉區域386。該沉降喉區域386向梳理滾筒362和364之間的轉動的收斂區排出。從梳理滾筒的收斂區出來，完全開松的棉花顆粒抽入到抽氣噴管374，經過排出通道376傳送到馬克隆尼測試室或其它棉花屬性測試儀器，例如棉花成熟度測試臺。
在另一個實施例中，通過如圖21中所示此處不再進行更詳細描述的梳理和落卷設備，得到用于馬克隆尼和成熟度測試臺的子樣品。
最好是，利用位于迂回線路的傳送帶上的梳理采樣機(例如在別處更具體描述的)，獲得用于纖維長度、長度分布、強度和延長度測試臺422的纖維子樣品。梳理機以一種或多種不同的方式接觸盒子402中的棉花。例如，梳理機可以通過位于盒子402的頂部、底部或側面的狹縫410接觸棉花。另外，梳理機可以從位于盒子402的頂部、底部或側面的小孔412取走棉花子樣品，在此處通過從另一側進入到盒子402的柄418穿過小孔412擠壓棉花。
最好通過利用從盒子402的一側上的入口414進入的柄418擠壓盒子402中的棉花樣品，獲得用于纖維顏色、顏色分布、肥料含量和廢料識別的子樣品，并且相對于棉花屬性測試臺420的透明板擠壓棉花子樣品，該透明板緊鄰盒子402的正對的一側上的第二入口416設置。在一個實施例中纖維潮氣傳感臺緊鄰該透明板設置，在另一個實施例中位于柄418的末端。
如圖28A-28D所示，在又一個實施例中，單機工作的測試設備不需要來自箱柜或盒子402的子樣品。在該實施例中，以其它方式制備子樣品，例如通過人工開松棉花樣品，和然后將它們分別放置在進行測量的測試表面或腔室的旁邊或中間。例如，用于讀取潮氣含量的樣品放置成與潮氣傳感器陣列424接觸，用于讀取馬克隆尼的樣品放置在馬克隆尼腔室426中。另外，用于讀取長度、強度、延長度和纖維長度分布的樣品放置在帶孔的網格428的頂部，在此處梳理機可以獲取子樣品。因此，這是本發明的一個更手工化的實施例，可以在具有較低生產能力的軋花機中使用，或者在整個時間中具有非常不統一的屬性的棉花原材料的軋花機中使用，使得不需要全部自動控制的其它實施例。
在該實施例的一個優選結構中，纖維保存裝置，例如運動平板430，將纖維樣品壓實和限定在平板430與帶孔的壁例如測試表面432之間的固定格式中。纖維潮氣測試臺424可以位于運動平板430上或者測試表面432上。纖維顏色測試臺436最好緊鄰測試表面432的一個部分中的透光窗口438設置。
帶孔的平板428最好緊鄰測試表面432中的透光窗口438設置。運動的平板430穿過小孔440擠壓一部分棉花樣品。通過位于帶孔平板428的另一側上的梳理機嚙合該部分棉花樣品，并進入到纖維測試臺例如纖維長度測試臺中。該精梳機可以是迂回線路的采樣機的一部分，在別處有更詳細的說明。另外，該精梳機可以是單個的精梳機，沿著通向刷拭臺然后通向測試臺的通道運行，然后沿著同樣的通道返回來俘獲另一個子樣品。在該優選實施例中，精梳機相對于棉花樣品運動，該棉花樣品與測試裝置的其余部分保持靜止。因此，進行再采樣的精梳機相對于測試裝置的其余部分運動。這極大地簡化了再采樣處理的機械操作，并且允許在進行再采樣的纖維長度以外的同一個纖維樣品的其它部分上同時進行其它測試，例如潮氣含量和雜質含量。
利用控制臺442來輸入關于正在測試的纖維樣品的識別或其它信息。該信息可以由鍵盤446或通過棒代碼閱讀器444輸入。在顯示器448上顯示該信息和測試結果。
通道流動循環同時參照圖5和6，表示向鋸式皮棉清潔機82I供料的典型的通道流通循環。至此以后參照皮棉清潔機82I說明的相同的通道流動循環原理，同樣適用于軋花機系統中的其它材料處理和調整機器，例如干燥機和生棉鈴分離機。
對于所選擇的例子，過渡通道106I和108I將流動控制器主體100I(四通閥門)與主流體通道110I連接。在主通道110I分別與過渡通道106I和108I的連接之間是通過線性電機197I大約可以轉動四分之一象限的的通道流動門196I。流動門196I的調配堵塞位于上游的通道部分110I與下游的通道部分110J之間的主流體。當流動門196I調配成堵塞通道部分110I和110J之間的流動時，線性電機199I工作，將流動門198I轉動到打開上游的通道部分110I與入口過渡通道106I之間的流體連接的位置。另外，線性電機194I工作，將流動控制器開關板190I定位為使得進入的流體與輸出的流體隔絕。因此，將沿著通道部分110I運行的含空氣的棉花流體引導到過渡通道106I中，并且最終進入到皮棉冷凝器供料斜道81I中。從皮棉清潔機82I中出來，排出通道86I將流體運送回流動控制器100I，并由此進入到排出過渡通道108I，來返回到主流體通道的順流而下部分110J中。
在另一種情況中，圖5和6中的通道流動循環裝置使主流體動門196I轉動，來打開位于上游的通道部分110I與下游的通道部分110J之間的主流體通道。與此同時，流動門198I轉動來關閉上游的通道部分110I與入口過渡通道106I之間的流體連接。盡管進入到清潔機82I中的主流流體受到流動門198I的堵塞，為了抽取功率的管理，基本上是處理機與主運輸通道110J隔絕。因此，流動開關門轉動到將清潔機入口和排出通道81I和86I與流動控制器出口108I和主通道110J隔絕的位置。
通過圖7簡要地顯示本發明的自動流動控制的另一個實施例。在該實施例中，通過旋轉執行機構214關閉的流動門212將主流體的上游的部分110B與下游的部分110C隔離。同步地，可遙控的旋轉執行機構218將流動門216定位為打開從主流體通道110B到流動控制器入口106B的通道。此外，可遙控的旋轉執行機構211將四通閥門100B的流動轉換開關平板210定位為將進入到傾斜的圓柱清潔機34中的流體與排出的流體39隔離。與此同時，四通閥門100B將圓柱清潔機的排放通道與閥門排放管108B和主流體的下游部分110C連接。
通過材料屬性測試數據應當確定不需要進行穿過石頭和綠棉鈴清潔機40的材料流體的處理，可遙控的旋轉執行機構226操作流動門224來將機器40的入口通道106C與主流體110C閉合。通過旋轉執行機構222操作流動門220，使得主流體部分110C相對下一個連續的流動部分110D開通。
圖8中本發明的實施例涉及一種通道的Y連接部分228，位于流體控制器入口106B與主流體通道110的連接處。在本發明的該實施例中，流動門212和216基本上平行擺動，因此可以由一個執行機構控制。
纖維長度和強度測試再參照圖9，通過運載式精梳機162伴隨纖維子樣品須子161的提取的傳輸帶運動的第一個增量，將皮帶精梳機停止在第一修飾臺166的前面。第一修飾臺166最好包括帶有硬金屬鋼毛的轉動梳理滾筒167，用來矯正帶有須子的單個纖維和移去稱為“棉結”的糾纏在一起的纖維簇。空氣流遮蓋轉動的梳理滾筒來清除具有棉結和疏松纖維的滾筒鋼毛。
運輸傳送帶的第二次前進增量將支撐梳理過的須子161的皮帶運載的梳理機定位為與轉動的刷洗臺168的平移通道對齊。刷洗臺168安裝在直線軸承169上，用來控制由第二步進電機驅動的運動，該第二步進電機位于更接近于皮帶運載的梳理機162的工作位置和更遠離運動通道的梳理機162的非工作位置之間，圖中沒有顯示出來。前面梳理過的須子現在落入到位于精煉爐、軟鋼毛旋轉刷154和對應的平板156之間的輥縫中。當刷洗間隔完成時，刷洗臺168沿著由直線軸承169確定的運輸通道從皮帶退出。
運輸傳送帶160的第三次前進增量將從皮帶運載的梳理機162伸出的梳理過和刷洗過的須子161與長度/強度測試機170中的樣品狹槽230(圖9中沒有表示出來)排成一條直線。作為一個單元，長度/強度測試機170通過第三步進電機沿著直線軸承176交互運動，圖中同樣沒有顯示。參照圖10至16，通過具有前壁平板232的外殼封閉測試機170。具體參照圖14，外殼前壁平板支撐具有“浮動”架的剛性、光導平板233，其允許玻璃光導233具有相對于前壁平板232獨立運動的有限角度。引導平板233中的槽230將該平板分配在上部光導部分234和下部光導部分236之間。玻璃上部光導部分234的上邊緣238是具有磨砂凹入表面的擴散受光器。沿著受光器凹面的聚焦軸是一個多個發光二極管(LED)240的陣列。沿著下部光導236的下邊緣是延長的大面積的光傳感器242。因此該光傳感器的精密敏感元件是相對固定的，來保持對準。抽氣管244將殼體內的空氣抽出來激發進入須子槽230中的空氣流。由于在步進電機的轉動作用下測試機前壁沿著直線軸承176向運載皮帶前進，進入到槽230中的空氣流保證槽230受到須子161的穿破。
槽230受到須子161的穿破阻礙校準后的光從上部光導234發射到下部光導236中，從而影響由光傳感器242發射的信號值。隨著須子進入到槽230中，通過相對于測試機單元170的位置調整光傳感器的信號值，可以確定該批須子的纖維長度和纖維長度變化都最大的值。步進電機驅動的角度位置用信號通知測試機空制程序測試單元170的非常精密的相對位置。相對于從材料主流體中提取的每個須子子樣品的纖維長度和纖維長度變化的值與預先確定的要處理的值的數量相組合，來產生有代表生的平均值。
這將有助于核查由長度/強度測試設備得到的樣品須子的數據。隨著須子在上部和下部光導之間前進，由光傳感器242檢測到的穿過槽230的光發射的最初減小發出信號，以便通知到達了須子中最長的纖維的引導邊緣。該到達信號與位置參考點的同步步進電機信號相關。保持該相關直到須子繼續穿過時光傳感器242的信號基本上保持不變。通過控制程序通知在該定位點的步進電機信號，來解決引導邊緣參考點和信號固定點之間的線性差值。從固定的光傳感器信號中推斷出，須子中的所有纖維的長度至少為足以中斷槽230的光發射。因此，槽的該定位位置限定須子中的最短的纖維。盡管須子進一步穿透進槽中，沒有損失額外的光發射。因此，參考點和固定點之間的直線距離是纖維的長度變化。
可以用反復的演算擴展前面的程序，來使得位于參考點和固定點之間的中間槽位置與一個長度分布評價的全部差值中的每個直線增量相對應的光損失的量或百分比相關。
由于測試單元170處于相對于皮帶運輸的精梳機162最接近的位置，須子161處于穿過兩對老虎鉗鋸齒250和252(圖16)之間的須子的槽230的穿透位置。老虎鉗250具有相對于由直線軸承176支撐的測試單元170框架固定的位置。老虎鉗252具有相對于固定位置老虎鉗250的相反運動。老虎鉗252的相反運動與直線軸承176的運動相平行。固定位置的老虎鉗250包括固定位置的下鉗口250b和運動的上鉗口250a。兩個橫向平衡的一對空氣滾筒260安裝在固定位置的下鉗口250b上。從每個滾筒260伸出的活塞致動的桿262安裝在固定位置老虎鉗250的運動上鉗口250a上。分別安裝在運動上鉗口250a和固定位置下鉗口250b上的正相對的老虎鉗鉗口棒254a和254b與須子槽230的平面對齊，并且打開時接收位于它們中間的須子161。
運動的老虎鉗252還包括固定位置的下鉗口252b和運動的上鉗口252a。空氣滾筒264安裝在固定位置的下鉗口252b上。從相應的滾筒264伸出的活塞桿266固定在運動的上鉗口252a上。老虎鉗鉗口棒256a安裝在位于須子穿透平面上的運動的上鉗口252a上，而老虎鉗鉗口棒256b安裝在位于須子穿透平面下的固定的下鉗口252b上。
固定在固定位置老虎鉗250的下鉗口250b和運動老虎鉗252的下鉗口252b之間的(例如起重(千斤頂)螺旋或蝸桿和齒條等)往復式運輸機械受到高度精確的步進電機174的驅動。安裝在運動老虎鉗252的下鉗口上的校準磁鐵268與校準開關269協同工作，來保持從步進電機的角度位置信號得到的固定的和運動的老虎鉗之間的相對位置測量的精度。另外，運輸機械固定在運動的老虎鉗252至載荷或力測量單元270上。浮動連接272調整載荷單元270和運動老虎鉗252之間的校準調整。
對于一致的和有意義的纖維延長和強度測量，最好是經受不合格壓力的纖維的數量是已知的，或者至少同樣數量的樣品與測量隔絕。從光傳感器得到的長度和長度分布數據，須子161的設計圖可以如圖25所示。在該須子設計圖中，可以相對于參考平面放置平面直線163的位置。該直線163的位置選擇為穿過預先確定的總數量的纖維，不考慮穿過須子設計圖的纖維分布順序。因此，相對于須子161調整測試單元170的位置，來對準位于須子夾具鉗口254和256之間的直線163的平面。這里，空氣滾筒260和264充有壓縮空氣，來朝向各自的固定鉗口250b和252b閉合該運動鉗口250a和252a。接下來，須子161中基本上一致數量的纖維夾在每對老虎鉗鉗口棒254和256之間。在夾緊的過程中，步進電機174驅動運輸，來將運動的老虎鉗鉗口部分252與固定位置的老虎鉗鉗口250分開。由運輸速率增加的步進電機弧脈沖的累計量決定具有相當精度的一對鉗口分開的直線距離。與鉗口分開的同時，載荷單元270傳感和向控制計算機發出繼續纖維延長所需要的力的值。繼續監測該子樣品須子的延長的力直到斷開。當須子在兩對夾具棒254和256之間斷裂時，已經確定纖維延長的值和最大強度的值。至此以后，控制計算機指示老虎鉗滾筒打開。由穿過抽氣管244的槽230的抽吸力取走已經在夾具棒256之間夾緊的切斷的須子末端。須子161的前端保持固定在皮帶運載的精梳機162上。如圖9中所示，皮帶160的繼續前進將精梳機162與須子拋棄站172對準。這里精梳機162的纖維夾緊機械打開，通過刷洗和真空操作移去須子殘余物。
本領域的普通技術人員會接受在最嚴格的棉花處理例如干燥和軋棉去籽之前和之后圖9-16中的定位在線長度/強度測量系統中的值。具體地，有助于知道在穿過一組干燥機的過程中流動系統中的纖維平均長度是否減小了。同樣地，如果從軋花機機座出來的纖維經受了平均的長度縮減，可以按順序改變特定的上游處理。
馬克隆尼測試從Koxeny公式得到馬克隆尼值的基礎，該公式提供具有可以忽略的數量的“極其微小”的毛孔的允許粉塵滲透的可靠的近似值。參見American Instituteof Physics Handbook。該公式給出了一個表面上的空氣流動阻力與已知體積中的已知質量的關系。
M=(RM)＇當RM=[(HMP-LMC)(LMP-HMP)][LMC+(LMP-P)]]]>和x=1+[(w-10)100]
其中，在重量范圍為8到12克的樣品上M=矯正后的馬克隆尼值RM=原始馬克隆尼值HMC=高標準的棉花值LMC=低標準的棉花值LMP=低標準棉花值的壓力HMP=高標準棉花值的壓力P=測試下的棉花壓力
W=測試下的棉花重量，克參照圖3的例子，翻板元件130的豎起提供一個局部壓力帶，來完成穿過旁路通道180的外部抽氣，來將主流體材料樣品吸入到馬克隆尼測試裝置中。圖17至19表示樣品提取裝置，利用帶孔的擋板280，在進入到馬克隆尼旁路通道180的開口182周圍建立一個局部壓力區域。與翻板130相似，通過圖中沒有顯示出來的計算機控制的轉動執行機構，帶孔的擋板280有選擇地旋轉進入和離開主流體通道110中的工作位置。
第一個馬克隆尼測試裝置包括缸膛292，具有限定缸膛292的正對的軸向端部的活塞294和296。每個活塞294和296相對于對應的空氣壓力致動的滾筒295和297可以在伸展的位置和縮進的位置之間往復運動。活塞294和296中的任何一個或全部是帶孔的或多孔滲水的，基本上是空氣穿過的自由通道。但是，這些孔足夠小能夠堵塞和保留穿過此處的空氣流體中的任何棉絨。位于滾筒295的桿端表面298和活塞294的桿側之間的是沒有表示出來的空氣流動整流機械，允許活塞294從致動滾筒295伸出時入口處的空氣流動進入到缸膛292中。該機械可以是穿過缸膛292的壁的孔，當處于縮進位置時受到活塞294的遮蓋或者封閉。
在該馬克隆尼測試裝置的目前的優選實施例中，馬克隆尼缸膛的直徑為大約1.5英寸。缸膛192的中間長度樣品采集區域X的軸向長度是大約6.0英寸。在縮進活塞294的表面平面和采集區域X的上游的限定平面之間，樣品旁路通道180以一個交叉角度穿過馬克隆尼缸膛292的壁，該角度足夠小允許液態的皮棉從旁路通道180光滑地運輸進缸膛292中。同樣地，真空抽氣通道300以較低的交叉角度穿過位于樣品采集區域X的下游的限定平面和縮進活塞296的表面之間的缸膛292的壁。
馬克隆尼測試缸膛292的樣品采集區域X內的是壓力差測量區域Y，其大約為4.0英寸長。參照圖20，通過兩組平面對準的孔群302和304，缸膛壁292的周邊是多孔的。上游的孔群302向上游的歧管套環306開口。下游的孔群304向下游的歧管套環308開口。兩個歧管套環共同與壓力差信號發射機310連接。
可以利用圖17所示的上游的帶孔活塞294的縮進和下游的帶孔活塞296的伸出，開始馬克隆尼測試裝置的一個工作循環。此外，通過旋轉執行機構186將閥盤184返回到與旁路通道180的軸平面對齊，來使得旁路通道向馬克隆尼缸膛292的樣品采集區域X開口。當抽氣通道300中抽成真空時，穿過帶孔活塞296的空氣流將纖維從通道110拉出，經過旁路通道180進入到樣品采集區域X。靠著下游的活塞296將混有空氣的纖維從該流體中篩出來，并且堆積在樣品采集區域X中。隨著堆積物增加和擠壓，阻礙空氣流穿過堆積物的阻力也因此增大。堆積物的量與在堆積的質量上形成的壓力差相關。通過壓力差發射機310的監測，當上游的孔302和下游的孔304之間的壓力差增加到代表足夠進行馬克隆尼測試的堆積量的預定極限值時，控制計算機向旋轉執行機構186發出命令信號，來閉合閥盤184。接下來，激活上游的執行滾筒295來使得上游的活塞294伸出。在該點，所有活塞294和296充分地伸出，來在缸膛292中限定一個可變的、盡管可以確定的體積Z。該體積Z由基本上已知數量的壓縮纖維填充。
將會想到當上游的活塞294完全縮進時，進入缸膛192的外部空氣通道閉合。當上游的活塞294伸出時，這些外部空氣通道打開。現在，由真空抽氣通道300吸走的空氣流到達上游的活塞294的后面，并穿過活塞穿孔進入到兩個活塞表面之間的堆積的纖維塊中。參見圖18，由于穿過活塞的壓力損失或者是可以忽略的或者是累計值，通過壓力差發射機320測量沿著體積Z的軸向長度穿過受擠壓的纖維塊的空氣壓力損失。控制計算機接收來自發射機320的對應于沿著體積Z的軸向長度的壓力差值的信號。
參照圖19，在由發射機320測量第二個壓力差值之后，通過致動的滾筒297使得下游的活塞296縮進，從而使得真空抽氣通道300直接向缸膛292開口。不再受到活塞296的表面的抵制，堆積起來的纖維塊象塞子一樣運動到抽氣通道300中。通道300將該塞子運送到重量秤312。對應于纖維塞子重量的信號傳遞給控制計算機200，與來自壓力差發射機310的信號值一同來計算出該樣品的馬克隆尼值。
通過圖22中的分解部件圖顯示該馬克隆尼測試裝置的另一個實施例。該方案只需要一個向主管道體274開口的纖維樣品供給通道278。沿著主管道體274來自最初運送通道(沒有顯示)的空氣抽氣流穿過同心對準的測量腔276和穿過一對流動控制球元件287的沿直徑正相對的篩子部分282。球元件287還具有一個開口部分285。在由圖中沒有顯示的旋轉執行機構控制的第一個轉動位置中，篩子部分282穿過閥門體284開口。與第一位置成90°的球元件287的第二旋轉位置對準穿過閥門體284的開口部分285。
在測量腔276中提供一個如圖20中所示的壓力差測量裝置。與測量腔276同軸對準的是安裝在活塞桿324的末端的多孔滲水或帶孔的樣品壓縮活塞322。桿324的軸具有穿過主管道體274的蓋子325的滑動的伸桿。擠壓活塞桿324的外部末端安裝到并且位置受到圖中沒有表示的位置反饋空氣滾筒的控制。位置反饋空氣滾筒主要是雙運動空氣滾筒，具有可以選擇的在任何一個相對的方向中的正向壓力驅動位移。但是，此外，監測例如活塞或桿等位移元件相對于滾筒或老虎鉗的位置。在另一種情況中，位置控制信號對于指示或報告例如擠壓活塞322等運動元件的相對位置是有效的。
包含在來自原始運輸通道的空氣流中的棉花微粒緊靠著球部282的篩子堆積。通過圖20中的壓力差測量裝置檢測和監視在測量腔276中堆積的這些微粒。當檢測到對應于足夠數量的堆積的棉花樣品的預定的壓力差時，控制程序終止空氣抽氣源和額外的棉花進入到測量腔中。接下來，位置反饋空氣滾筒推進擠壓活塞322進入到測量腔276中，向堆積的樣品施加預定的壓力載荷。與此同時，活塞位置報告給控制程序，從而提供樣品體積的足夠的數據。在這種情況中，穿過壓縮樣品的已知的空氣流動速率減小，穿過擠壓活塞322和帶篩子的球部分282。從穿過壓縮的棉花樣品的壓力損失確定作為已知流動速率的函數的空氣流動阻力。接下來，通過計算機200計算馬克隆尼值作為流動阻力和其它已知參數的函數。
利用已經得出的空氣流動阻力，流動控制球元件轉動90°，來對準開口部分的孔285。通過位置反饋空氣滾筒擠壓活塞322的進一步伸出將棉花樣品從測量腔276中推出，進入到參照圖19的實施例中所描述的自動稱重臺312中。這些重量數據可以用來作為確認質量的依據。如果需要，提取出來的樣品可以拋棄或循環。在任何一種情況中，一旦樣品穿過球元件287排出，球元件角度位置返回到最初的樣品堆積位置。
本發明的第三個馬克隆尼測試實施例包括圖23中的裝置，其中棉花樣品芯129通過去核沖壓機330與更大的堆積物128隔絕。可以通過任何一種已知的手段例如具有去核孔139的翻板130加固較大的堆積物128。與去核孔139對準的具有伸出的邊端332的去核沖壓機330。去核體受到中空的芯桿334的雙向的運送，來使得伸出的邊端332有選擇地與通道壁104中的圓形密封/切割通道336配合。實質上是芯樣品129沒有完全從較大的堆積物128切斷。
在由通道336限定的圓周上具有一個或多個向大氣開口的通道壁孔338。滑動平板機械339可以定位在通道壁104的外側上，如果需要時可以有選擇地封閉孔338。在去核沖壓機330的測量腔344中同軸對準的是帶孔的擠壓活塞340。通過安裝在擠壓活塞340上并且同軸限定在桿334的內部中的桿342軸向定位活塞340。抽走空氣的通道346穿過去核沖壓機體330的圓周壁。由壓力傳感器348傳感并向控制計算機傳送測量腔344中的空氣壓力(或真空)。
圖23中馬克隆尼測試的該實施例，在可以獲得完全開松的棉花樣品的軋花機機座和皮棉清洗機之后的整個處理流中最有益處。這種完全開松的樣品對于保證測量腔344中的統一的纖維密度和樣品一致性是必需的。
沖壓機體334的致動是簡單的完全一次生的運動，與壓緊元件130相一致。但是，通過圖中沒有顯示的驅動活塞桿342的反饋控制的空氣或電動機，擠壓活塞340的位置精確地控制在測量腔344中的行程極限之間。活塞340反饋控制的一個功能在于調整預定設定點范圍內樣品129上的活塞340的壓力(或力)。其次，反饋控制給出活塞340的表面位置，來確定活塞340行程的最大極限之間的對應的精確變化的測量腔體積。
利用位于擠壓活塞340的預定載荷下的樣品129，同時填充測量腔內的已知體積，通過運算法則確定相應的樣品129的重量。穿過通道346抽走的已知空氣流動速率對應于由傳感器348測量的相應的腔室壓力。從該數據陣列，可以計算“無重的”馬克隆尼值。
作為圖23中的實施例的另一種應用，可以確定對應于“成熟度”之前的棉花樣品的屬性。根據現有技術中的“成熟度值”的測量程序，將一定數量的已知重量的完全開松的棉花擠壓到第一預先確定的容積，穿過第一擠壓的容積抽走已知的“低”空氣流并且給出壓力差值。隨后，同一個樣品進一步擠壓到第二預先確定的容積，并且穿過該第二容積抽走已知的“高”空氣流動速率。將“高”空氣流動容積的壓力差與“低”空氣流動壓力差值相結合，利用典型的ASTM公式計算纖維成熟度值。
利用圖23的實施例的操作程序可以得到一個改進的成熟度值，其中擠壓活塞340逐漸增多地編程為兩個或更多個位置。在限定對應容積的每個預先編程的活塞位置處，記錄穿過樣品的空氣流動速率、來自樣品的壓力差值和活塞載荷的數據。從這些記錄的數據，可以確定棉花成熟度值。該成熟度值確定程序可以是間歇的或連續的。
為了進行解釋和說明，已經給出了本發明的優選實施例的上述解釋。這些解釋不是排除性的或將本發明限定在所公開的形式中。在上述教導的精神內可以得到各種改進或變化。選擇和解釋這些實施例來提供本發明的原理和它的具體應用的最好的說明，因此本領域任何普通技術人員可以將本發明應用在多種實施例中和具有多種變形，因為它適合于所預期的具體應用中。當根據本發明公正地合法地和平衡地授權的范圍進行解釋時，所有這些變形和改變屬于由所附權利要求書限定的本發明的范圍內。
權利要求
1．一種用于測量纖維的物理屬性的測量設備，其包括纖維樣品容納裝置，用來將一定樣品數量的纖維以簇的形式保持在預先確定的位置，所述簇基本上沿著所述容納裝置延伸成一條直線；儀器殼體裝置，其具有帶狹縫的開口和第一可以反向驅動的裝置，用來有選擇地相對于所述樣品容納裝置在相反的方向中運輸所述殼體裝置，所述帶狹縫的開口具有正相對的第一和第二圓周邊緣；空氣抽氣裝置，用來隨著所述殼體裝置前進到所述樣品容納裝置上，通過所述帶狹縫的開口中抽走空氣流，所述空氣流便于樣品簇滲入到所述帶狹縫的開口中；光源裝置，其沿著所述帶狹縫的開口的第一圓周邊緣，用來發射穿過所述帶狹縫的開口的光；照片傳感裝置，其沿著所述帶狹縫的開口的第二圓周邊緣，用來接收來自所述光源裝置的光線，和用來產生與在所述第一和第二圓周邊緣之間的光通過量成比例的信號，對其進行處理來確定纖維的長度屬性；第一夾緊裝置，其具有緊鄰所述帶狹縫的開口的相配合的固定和運動鉗口，用來夾緊它們之間的纖維簇，與此同時所述夾緊后的纖維簇保持被所述樣品容納裝置容納；第二夾緊裝置，其具有緊鄰所述帶狹縫的開口的相配合的固定和運動鉗口，用來夾緊它們之間的纖維簇，與此同時所述夾緊后的纖維簇保持被所述第一夾緊裝置容納；第二可以反向驅動的裝置，用來將所述第二夾緊裝置相對于所述第一夾緊裝置移開，與此同時所述第一和第二夾緊裝置同時夾緊在同一個纖維簇上；和載荷測量裝置，用來測量由沿與所述第一和第二夾緊裝置之間的相對位移相反方向施加的所述夾緊的纖維簇施加的力，和產生與所述力的值成比例的信號。
2．根據權利要求1所述的屬性測量裝置，其進一步包括移動距離測量裝置，用來產生與所述第一和第二夾緊裝置之間的相對距離的值成比例的信號；和信號處理裝置，用來將測量到的力值與移動距離值相結合，來確定纖維延長的屬性。
3．根據權利要求2所述的屬性測量裝置，其中處理與光輻射成比例的照片傳感器信號，來確定纖維長度中的變化。
4．根據權利要求2所述的屬性測量裝置，其中處理與光輻射成比例的照片傳感器信號，來確定所述纖維簇中穿過基本上預先確定的數量的纖維的斷裂平面的位置，所述第一可以反向驅動的裝置將所述第一夾緊裝置定位在所述斷裂平面的一側上，并將所述第二夾緊裝置定位在所述斷裂平面的正對的一側上。
5．根據權利要求1所述的屬性測量裝置，其中所述殼體的所述第一可以反向驅動的裝置包括第一精密直線軸承，用來沿著平面運輸通道支撐所述殼體裝置。
6．根據權利要求5所述的屬性測量裝置，其中所述第二可以反向驅動的裝置包括第二精密直線軸承，用來相對于所述第一夾緊裝置運輸所述第二夾緊裝置。
7．根據權利要求1所述的屬性測量裝置，其中通過具有基本上與所述殼體裝置的運輸運動正交的運輸運動的線性空氣馬達，相對于所述第一夾緊裝置的運動鉗口壓靠在第一夾緊裝置的固定鉗口上。
8．根據權利要求7所述的屬性測量裝置，其中通過具有基本上與所述殼體裝置的運輸運動正交的運輸運動的線性空氣馬達，相對于所述第二夾緊裝置的運動鉗口壓靠在第二夾緊裝置的固定鉗口上。
全文摘要
一種軋棉工藝控制系統,其包括一傳感臺,用于在棉花向前通過軋棉機時感應該棉花的物理屬性。一濕度傳感器在一很寬的值的范圍內確定棉花中濕度的量值。一質量監測器確定棉花的顏色、顏色的分布以及夾帶于棉花中的廢料和其它雜質的量和類型。馬克隆尼單元確定馬克隆尼和棉花的成熟度。一纖維長度測試儀提供有關棉花纖維的長度分布、斷裂強度和細度。棉花樣品由軋棉流聚集并以手動、半自動和自動方式到達傳感臺。在全自動單元中,傳感臺直接連接到軋面機。該傳感臺也與軋棉工藝控制系統連通,該系統使用來自傳感臺的數據,自動的控制軋面機的操作。另一種方案,傳感臺組裝成單臺式的單元。在該單臺式的單元的半自動情況下,樣品手動聚集并到達集箱的單元中,用于由感應臺自動分樣并測試。在該半自動的情況下,感應臺可以布置成與全自動的在線單元的一樣。在單臺式的單元的手動情況下,樣品手動聚集并手動置于與各種感應臺接觸。由單臺式單元提供的信息可以用于手動控制軋面機的操作。
文檔編號G01N33/36GK1296566SQ99804831
公開日2001年5月23日 申請日期1999年1月25日 優先權日1998年2月6日
發明者H·M·戈拉施, M·E·加約恩, M·A·奧弗貝 申請人:澤韋格路瓦有限公司