СПОСОБ КОНТРОЛЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕЙ ДЛИНЫ СТЕБЛЕЙ ЛЬНЯНОЙ ТРЕСТЫ И ИХ РАЗБРОСА ПО ВЕРШИНОЧНЫМ И КОМЛЕВЫМ КОНЦАМ Российский патент 2003 года по МПК G01N33/36 G01B5/02 

Изобретение относится к системам контроля свойств лубоволокнистых материалов и может быть использовано для контроля средней длины стеблей лубяных культур и их разброса по вершиночным и комлевым концам.

Известен способ определения средней длины стеблей лубяных культур, включающий определение положения центра тяжести пробы с последующим определением расстояния между ним и комлевым концом пробы. С учетом этого параметра по эмпирической формуле определяется средняя длина стеблей [1] (наиболее близкий аналог).

Недостатком способа [1] является невозможность определения разброса стеблей, что не позволяет комплексно оценить их геометрические параметры.

Известен также способ оценки вариации стеблей конопли по их длине в горсти, заключающийся в том, что подбирают горсть стеблей, измеряют геометрические параметры стеблей горсти и по полученным данным оценивают их вариацию по длине. При измерении геометрических параметров стеблей горсти замеряют расстояния от торца выровненных друг относительно друга с одной стороны стеблей горсти до их центра тяжести. Удаляя из горсти все стебли, длина которых меньше средней горстевой длины, повторно замеряют расстояние от торца выровненных друг относительно друга с одной стороны оставшихся стеблей горсти до их центра тяжести и на основании предложенной формулы производят оценку вариации [2].

Недостатком способа [2] является необходимость значительных затрат ручного труда и невозможность определения средней длины стеблей при движущемся слое и автоматизации контроля их разброса по вершиночным и комлевым концам.

Задачей изобретения является возможность реализации контроля важнейших структурных параметров слоя во время его движения, что может быть использовано в системах управления механизмами, перерабатывающих стебли.

Технический результат, заключающийся в устранении указанных недостатков в способе контроля и определения средней длины стеблей льняной тресты и их разброса по вершиночным и комлевым концам, включающий измерение и расчет параметров стеблей, достигается за счет того что, что контроль производят при движущемся слое путем определения его толщины в нескольких точках по ширине, затем совокупность значений толщины разделяют на две одинаковые группы, одна из которых включает измерения вблизи вершиночных концов стеблей, другая - комлевых, каждую из совокупностей аппроксимируют интегральной функцией нормального закона распределения с последующим расчетом средней длины стеблей и среднеквадратических отклонений по их вершиночным и комлевым концам.

Контроль толщины слоя в нескольких точках позволяет получить экспериментальную зависимость толщины слоя по его ширине. Аппроксимация совокупности значений толщины интегральной функцией нормального закона распределения в комлевой и вершиночной группах позволяет выявить зависимость между показаниями толщины слоя и искомыми величинами и осуществить их расчет.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема измерения толщины слоя h(t,x) по ширине х в процессе разматывания стеблей в момент времени t₁<t₂<t₃.

Двойной стрелкой отмечено движение материала.

На фиг. 2 изображена схема автоматического контроля толщины слоя. Слой стеблей 1 движется по раскладочному столу 2, над которым размещают несколько датчиков толщины 3 (G), количество и метрологические характеристики которых определяет точность измерения необходимых параметров. Сигналы, функционально связанные с толщиной, с каждого датчика поступают на анализирующее устройство, где они преобразуются в значения толщины слоя.

Совокупность значений датчиков толщины 3 (фиг.2) в один момент времени t₁ образует независимую реализацию процесса h(t₁,x) (фиг.2). Усредненные по реализациям (то есть по времени), эти значения образуют массив значений толщины слоя, который подвергается дальнейшему анализу.

Сигналы, снимаемые с датчиков толщины, поступают на анализируемое устройство непрерывно. Последовательно через интервал времени Δτ данные усредняются. Таким образом формируется массив значений толщины слоя h_i, где i= 1...N, N - количество датчиков.

Этот массив осредненных значений толщины слоя изображен в графическом виде на фиг.3, где также указаны соответствующие доверительные интервалы измеренных значений.

Допускается, что для вершиночных и комлевых концов существует прямолинейная зависимость между толщиной слоя h(x) и интегральной функцией нормального распределения F(х) (фиг.3, фиг.4а), т.е. F(x)=α h(x), где α- коэффициент пропорциональности.

Для нахождения центра распределения а (фиг.4б) и среднеквадратического отклонения σ используем метод наименьших квадратов. При обозначениях фиг.4 учтено правило "трех сигма" [3]. Составляем целевую функцию

где H=max(h(i)) (2)
N- количество датчиков;

Применяя любой численный метод нахождения минимума функции для двух переменных (например, метод Хука-Дживса [4]), определяют среднеквадратическое отклонение по вершиночным концам, а также центр распределения вершиночных концов. Воспользовавшись предложенной методикой для комлевых концов, находят для них аналогичные параметры. Для этого, взяв за первый элемент нового массива последний элемент старого и последовательность дальнейших точек в старой системе координат рассматривается с уменьшением номера точки.

Разница между центрами распределения и определяет среднюю длину стеблей.

Пример конкретного выполнения.

По раскладочному столу пропускают часть рулона. Вдоль раскладочного стола размещены 20 датчиков толщины, расположенных на расстоянии друг от друга ΔХ= 5 см, которые зафиксировали значения толщины слоя, приведенные в табл.1.

По формуле (2) Н=30 мм.

Для аппроксимации вершиночной части стеблей берут показания датчиков с 1 по 10 и составляют целевую функцию (1), по методу Хука-Дживса [4] находят ее минимальное значение S=3,45, которое достигается при а=92,31 мм и σ₁ = 33,011 мм.
Промежуточные шаги приведены в табл.2.

Для аппроксимации комлевых частей стеблей вводят переобозначение датчиков:
h_i=h_21-i, i=1..10
Применяя аналогичную процедуру, получают S= 0,84 при а₂= 189,01 и σ₂ = 48,99 мм. Промежуточные данные приведены в табл.3.

Тогда средняя длина стеблей L= 1000-a₁-a₂=718,68 mm; σ₁ = 33,011 мм; σ₂ = 48,99 мм, где L - расстояние между крайними датчиками.

Был проведен контрольный замер каждого стебля с последующим определением их средней длины и разброса по концам, который определил, что погрешность измерения средней длины согласно предложенному способу составляет не менее 0,1%, а измерения σ - не менее 6%, что более чем в 10 раз меньше погрешности известного способа.

Способ достаточно прост в реализации и не требует значительных затрат времени, так как измерение искомых параметров полностью автоматизировано.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 977921, кл. G 01 В 5/02. Опубликовано 30.11.82. Бюл. 44.

2. Авторское свидетельство СССР 1320645, кл. G 01 В 5/02, 1985 г. Опубликовано 30.06.87. Бюл. 24.

3. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. - М.: Высш. школа, 1972. - 368 с.

4. Банди Б. Методы оптимизации. Вводный курс. Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1988. - 128 с.: ил. с.37.

Способ контроля включает измерение и расчет параметров стеблей. Контроль производят при движущемся слое путем определения его толщины в нескольких точках по ширине, затем совокупность значений толщины разделяют на две одинаковые группы, одна из которых включает измерения вблизи вершиночных концов стеблей, другая - комлевых, каждую из совокупностей аппроксимируют интегральной функцией нормального закона распределения с последующим расчетом средней длины стеблей и среднеквадратических отклонений по их вершиночным и комлевым концам. Использование данного изобретения обеспечивает возможность реализации контроля важнейших структурных параметров слоя во время его движения, что может быть использовано в системах автоматизации. 4 ил., 3 табл.

Способ контроля и определения средней длины стеблей льняной тресты и их разброса по вершиночным и комлевым концам, включающий измерение и расчет параметров стеблей, отличающийся тем, что контроль производят при движущемся слое путем определения его толщины в нескольких точках по ширине, затем совокупность значений толщины разделяют на две одинаковые группы, одна из которых включает измерения вблизи вершиночных концов стеблей, другая - комлевых, каждую из совокупностей аппроксимируют интегральной функцией нормального закона распределения с последующим расчетом средней длины стеблей и среднеквадратических отклонений по их вершиночным и комлевым концам.