隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和紡織市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)加劇，紡織行業(yè)對(duì)紗線的質(zhì)量要求也越來越高，條干儀的使用不僅僅局限于試驗(yàn)室的細(xì)紗測(cè)試分析，更注重于前紡或粗紡工序中的質(zhì)量監(jiān)測(cè)和跟蹤。為此，長(zhǎng)嶺紡電公司及時(shí)推出專門用于測(cè)量棉、毛、麻及化纖短纖維純紡及混紡紗條的新一代CT500T條粗條干儀，對(duì)紡織工業(yè)保證紗線質(zhì)量具有重要的意義。
    任何一個(gè)產(chǎn)品的組成都離不開檢測(cè)電路（即傳感器），信號(hào)的預(yù)處理，信號(hào)的數(shù)據(jù)采集與計(jì)算以及計(jì)算結(jié)果的處理，區(qū)別在于用什么軟件來處理，用什么硬件來實(shí)現(xiàn)。長(zhǎng)嶺紡電公司最新研制的CT500T條粗條干儀也不例外，它的關(guān)鍵在于利用平行板電容器作為信號(hào)的檢測(cè)區(qū)，實(shí)現(xiàn)由檢測(cè)電路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的目的，這個(gè)功能塊稱作檢測(cè)頭。信號(hào)的預(yù)處理部分無疑是它的重要組成部分，用來實(shí)現(xiàn)無材料時(shí)的零點(diǎn)調(diào)整，有信號(hào)時(shí)的均值調(diào)整，信號(hào)的歸一化處理以及數(shù)據(jù)采集與緩存。計(jì)算與計(jì)算結(jié)果的處理是它的核心部分，主要以C++語(yǔ)言編制，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)與非實(shí)時(shí)處理的計(jì)算，人機(jī)對(duì)話界面，測(cè)試結(jié)果的存儲(chǔ)、打印、顯示等。通過合理的硬件設(shè)計(jì)，充分利用計(jì)算機(jī)的功能，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話及數(shù)據(jù)處理。

1.組成原理
    CT500T條粗條干儀由檢測(cè)分機(jī)、主處理機(jī)（包括顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)）、打印機(jī)及成套附件組成。整機(jī)工作原理框圖見圖1。
    試樣以一定的速度受羅拉牽引通過檢測(cè)槽，將其單位長(zhǎng)度的質(zhì)量（線密度）的變化轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)，經(jīng)放大后，送到信號(hào)調(diào)理板進(jìn)行均值調(diào)整，然后進(jìn)入數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行高速采樣。
    在主處理機(jī)內(nèi)部插有一塊信號(hào)處理板，通過ISA總線方式連接。信號(hào)處理板上包括信號(hào)調(diào)理、高速采樣、與主機(jī)數(shù)據(jù)傳送接口、系統(tǒng)定時(shí)等功能。信號(hào)調(diào)理部分采用89C51單片機(jī)子系統(tǒng)，控制A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器構(gòu)成回路完成自動(dòng)調(diào)零和自動(dòng)調(diào)整均值的功能；高速采樣部分采用高速A/D轉(zhuǎn)換器（ADS774芯片）,受主機(jī)控制啟停，定時(shí)器（選用8253芯片）控制轉(zhuǎn)換，對(duì)調(diào)理后的信號(hào)分別經(jīng)過帶寬為300Hz（波譜）與6.4kHz（CV值等）的模擬低通濾波器后進(jìn)入高速A/D轉(zhuǎn)換器；轉(zhuǎn)換完成后，由狀態(tài)位控制FIFO（先進(jìn)先出）存儲(chǔ)器（IDT72240）自動(dòng)將數(shù)據(jù)存入，F(xiàn)IFO存儲(chǔ)器與主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送采用向主機(jī)發(fā)中斷的方式進(jìn)行。主機(jī)讀取數(shù)據(jù)后，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并由CV實(shí)時(shí)處理軟件處理及顯示，為了節(jié)省時(shí)間，這些實(shí)時(shí)處理軟件中嵌套匯編語(yǔ)言。每次測(cè)試結(jié)束后，由波譜處理軟件、頻率分布圖處理軟件等進(jìn)行非實(shí)時(shí)處理，得出波譜圖、頻率分布圖等指標(biāo)并顯示、打印或存盤。
    顯示器采用高分辨率17寸液晶顯示器。
    打印機(jī)采用24針打印機(jī)，可打印各種測(cè)試數(shù)據(jù)和圖形。
    主處理機(jī)選用新型工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。

2.檢測(cè)方式
　　檢測(cè)頭是CT500T條粗條干儀的一個(gè)關(guān)鍵組成部分，用來測(cè)量條子和粗紗,其功能是將通過測(cè)量電橋電容器極板間單位長(zhǎng)度的棉條或粗紗的質(zhì)量變異轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)放大后送到主處理機(jī)的信號(hào)調(diào)理板進(jìn)行預(yù)處理。
    條干儀檢測(cè)頭是電容式的傳感器，它由兩平行板電容器和高頻電感線圈構(gòu)成的電橋、振蕩源、乘法器、低通濾波器組成，平行板電容器由振蕩源通過高頻電感線圈供電。
    電容式傳感器是將被測(cè)量的紗條變化轉(zhuǎn)換成電容量變化的一種傳感器，在不考慮邊界效應(yīng)時(shí)，平行板電容器的電容量為
    C = ε S / d= ε0εr S / d
式中： ε——極板間的介電常數(shù)
       εr——介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)
       ε0——真空的介電常數(shù)
        S——兩平行極板的有效覆蓋面積
        d——兩平行極板間的距離
　　如果平行極板間有紗條通過，其介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)就發(fā)生變化，也就是說電容量發(fā)生了變化，電容量的每一細(xì)小變化都反映出了紗條不勻的變化，由于電容量變化是微小的，后面還需乘法器處理，對(duì)于多數(shù)被測(cè)信號(hào)來說，都是有符號(hào)（或方向）變化的，所以需要用乘法器中的相敏檢波電路把調(diào)制波的振幅和相位變化同時(shí)解調(diào)出來。圖2為調(diào)幅和相敏解調(diào)電路的原理框圖，其中虛線框內(nèi)為相敏檢波器的原理框圖。
    輸出電壓u的大小，也正是檢測(cè)頭輸出的靈敏度。檢測(cè)頭由三塊平行板組成兩個(gè)測(cè)量槽，其紗條測(cè)量范圍：160tex～12ktex。

3.傳動(dòng)方式
    選用進(jìn)口步進(jìn)電機(jī)，兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，89C51控制脈沖頻率，羅拉與步進(jìn)電機(jī)的速比設(shè)計(jì)為1：1.8 ，步進(jìn)電機(jī)齒輪齒數(shù)與羅拉齒輪齒數(shù)比為20：36 ，兩齒輪用皮帶聯(lián)接，電機(jī)需要采取足夠好的減震措施。在CT500T條粗條干儀中設(shè)計(jì)的線速度有三檔：50m/min，25m/min，8m/min。

4.信號(hào)處理模式
    信號(hào)處理包括四個(gè)重要環(huán)節(jié)：零點(diǎn)調(diào)整、均值調(diào)整、極性歸一、數(shù)據(jù)采集。
4.1零點(diǎn)調(diào)整
　　零點(diǎn)的概念是指平行板電容器間無材料時(shí)檢測(cè)頭輸出的零電壓，可能是正電壓，也可能是負(fù)電壓，已出廠的機(jī)器允許零點(diǎn)電壓在±500mV范圍內(nèi)，當(dāng)然值越小越好。但是實(shí)際調(diào)整的范圍約在±1.5V范圍內(nèi)，這是為了避免檢測(cè)頭輸出零點(diǎn)電壓在1V左右時(shí)就不能使用的情況，如果檢測(cè)頭輸出零點(diǎn)電壓的絕對(duì)值大于1.5V，將拒絕零點(diǎn)的調(diào)整，此時(shí)就需要對(duì)檢測(cè)頭進(jìn)行維護(hù)。
    調(diào)整精度可達(dá)到±2.44mV范圍內(nèi)，足以滿足儀器的使用要求。
4.2 均值調(diào)整
    均值調(diào)整是指電路中信號(hào)增益（信號(hào)的平均值）的設(shè)定，這個(gè)功能塊由程控放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D、單片機(jī)組成。首先設(shè)置程控放大器的輸出與輸入比為1：1，再由單片機(jī)通過A/D采集程控放大器輸出并計(jì)算，在CT500T條粗條干儀中設(shè)定為3V。均值調(diào)整方法為：
　?、偈紫戎贸?：1比例放大器（每次在上電初始化時(shí)完成）。
    ②取樣數(shù)為十個(gè)點(diǎn)平均（取平均值）。
    ③放大系數(shù)的計(jì)算：3V/V0 =XX.XX 。
    ④置放大系數(shù)的整數(shù)倍（XX.）。
    ⑤置放大系數(shù)的小數(shù)倍（.XX）。
    ⑥取樣放大后的十個(gè)數(shù)據(jù)平均。
    ⑦若V0不等于3V（即V0不在2.95V～5V范圍內(nèi)）。
    ⑧則用小數(shù)倍數(shù)（.XX）加1或減1來調(diào)整。
    ⑨直到滿足為止（⑥到⑨為細(xì)調(diào)，可重復(fù)執(zhí)行）。
    假定信號(hào)為1V，則能夠反映的最小倍數(shù)為1V/28=3.9mV。
    假定信號(hào)為10V，則能夠反映的最大倍數(shù)為10V/28=39mV。
    ⑩輸出與輸入的關(guān)系：
    V0=（D3 23 + D2 22 + … + D0  20 + D-1 2-1 + … + D-8 2-8 ）Vi
    由于  V0 = D Vi
    所以  (XX.XX) Vi = V0
          (XX.XX) Vi + 0.YY Vi = 3V
           0.YY Vi = 3V – V0
           0.YY = (3V – V0 )/ Vi