确定目标物基本参数的方法和设备

摘要

本发明公开了确定目标物基本参数(firstpara-meters)的方法和设备。该设备包括：把目标物(101)固定在测量作用空间中的装置(150，151，152，153)；和测量作用空间有应用联系的光吸收背景(100)；至少一个光源(120)，使测量光束穿过测量作用空间，并和目标物(101)相互作用，以产生测量输出光，测量光束包括至少两种光谱不同的光波长；至少一个探测器(108、109、110)。来探测至少两个光谱不同的测量输出光部分(105，106，107)，并由此产生信号，该信号是基本参数的函数，探测器(105，106，107)和光源有应用联系；滤波装置(102，103，104)，把来自测量作用空间的测量输出光滤波为至少两个光谱不同的测量输出光部分(105，106，107)，该滤波装置与光源及(或)至少一个探测器有应用联系；以及由上述信号确定基本参数的装置(125)，该确定装置和探测器有应用联系。

说明书

                          技术领域

本发明涉及确定目标物的一个或多个基本参数(firstparameters)的方法；确定目标物基本参数的设备；确定基本参数的方法，其中基本参数为选自纱线直径、纤维物直径、纤维物颜色和纱线颜色中至少一个参数的函数；确定基本参数的装置，其中基本参数为选自纱线直径、纤维物直径、纤维物颜色和纱线颜色中至少一个参数的函数。

                           技术背景

需要有一种方法和设备，可用来检测目标物中，特别是纤维或纱线中的缺陷、杂质和(或)不均匀度。

                           发明目的

本发明的目的是提供确定目标物基本参数的方法；确定目标物基本参数的设备；确定基本参数的方法，其中基本参数是选自纱线直径、纤维物直径、纤维物颜色和纱线颜色中至少一个参数的函数；以及确定基本参数的设备，其中基本参数是选自纱线直径、纤维物直径、纤维物颜色和纱线颜色中至少一个参数的函数。

                           发明内容

根据本发明的第一实施方案，提供了一种确定目标物基本参数的方法，包括：

(a)把目标物定位在具有光吸收背景的测量作用空间中；

(b)使测量光束穿过测量作用空间，该测量光束包括至少两种光谱不同的光波长；

(c)使测量光束和目标物相互作用，以产生测量输出光；

(d)把来自测量作用空间的测量输出光滤波为至少两个光谱不同的测量输出光部分；

(e)检测上述至少两个光谱不同的测量输出光部分并产生信号，该信号是基本参数的函数；以及

(f)由上述信号确定基本参数。

步骤(a)可以步骤(b)之前、同时或之后进行。

光吸收背景一般是黑色背景，该背景可以是平坦无光泽的黑色背景。

一般地，目标物选自纱线和纤维物，其中：

步骤(a)包括把目标物固定在具有光吸收背景的测量作用空间中，该背景是黑色背景；

步骤(c)包括使测量光束和目标物相互作用，以产生从目标物反射回的测量输出光；以及

步骤(d)包括把测量作用空间反射回的测量输出光滤波为至少两个光谱不同的测量输出光部分。

或者：

步骤(d)包括把测量输出光的至少两个不同部分滤波为至少两个光谱不同的波段；

步骤(e)包括检测上述至少两个光谱不同的测量波段，每一个波段由不同的探测器同时或在不同时间进行检测，或者由同一探测器在不同时间进行检测，所产生的信号是基本参数的函数。

在另一可选方案中：

步骤(d)包括把测量输出光的至少两个不同部分滤波为至少两个光谱不同的波段；以及

步骤(e)包括检测上述至少两个光谱不同的测量波段，每一个波段由不同的探测器同时或在不同时间进行检测，或者由同一探测器在不同时间进行检测，所产生的信号是基本参数的函数。

优选地：

步骤(a)包括把目标物固定在具有光吸收背景的测量作用空间中。

滤波一般可选用频域滤波和时域滤波。

本发明的方法还可包括：

(g)输出基本参数的信号，该信号是基本参数的函数。

在本发明的一种方式中：

步骤(e)包括检测至少两个光谱不同的测量输出光部分并产生信号，该信号和上述至少两个光谱不同的测量输出光部分各自的强度有关，而且是基本参数的函数；以及

步骤(f)包括通过把上述信号和参考信号或参考值进行比较，从而由这些信号确定基本参数。

本发明的方法还可包括：

(f′)由基本参数确定目标物是合格目标物还是不合格目标物。

根据本发明的另一个实施方案，提供了一种确定目标物基本参数的方法，包括：

(a)把目标物固定在具有光吸收背景的测量作用空间中；

(b)使测量光束穿过测量作用空间；

(c)使测量光束和目标物相互作用，以产生测量输出光；

(d)把来自测量作用空间的测量输出光滤波为至少两个光谱不同的测量输出光部分；

(e)检测上述至少两个光谱不同的测量输出光部分，并产生信号，该信号是基本参数的函数；以及

(f)由上述信号确定基本参数。

步骤(a)可以步骤(b)之前、同时或之后进行。

根据本发明的又一个实施方案，提供了一种确定基本参数的方法，其中基本参数是选自纱线直径、纤维物直径、纤维物颜色和纱线颜色中至少一个参数的函数，该方法包括：

(a)把纤维固定在具有黑色光吸收背景的测量作用空间中；

(b)使测量光束穿过测量作用空间；

(c)使测量光束和目标物相互作用，以产生从纤维反射回来的测量输出光；

(d)把测量作用空间反射回来的测量输出光滤波为至少两个光谱不同的测量输出光部分；

(e)检测上述至少两个光谱不同的测量输出光部分并产生信号，该信号是选自纤维直径和纤维颜色中至少一个参数的函数；以及

(f)由上述信号确定基本参数，该基本参数是上述至少一个参数的函数。

这一实施方案还可包括：

(g)输出基本参数的信号，该信号是基本参数的函数。

根据本发明的另一个实施方案，提供了一种确定目标物基本参数的方法，包括：

(a)把目标物固定在具有光吸收背景的测量作用空间中；

(b)使测量光束穿过测量作用空间；

(c)使测量光束和目标物相互作用，以产生测量输出光；

(d)检测来自测量作用空间的测量输出光，并产生至少两个不同的测量信号，每一个信号对应于测量输出光的不同光谱部分，这些信号是基本参数的函数；

(e)由上述信号确定基本参数。

步骤(a)可在步骤(b)之前、同时或之后进行。

根据本发明的另一个实施方案，提供了一种确定基本参数的方法，其中基本参数是选自纱线直径、纤维物直径、纤维物颜色和纱线颜色中至少一个参数的函数，该方法包括：

(a)把纤维固定在具有黑色光吸收背景的测量作用空间中；

(b)使测量光束穿过测量作用空间；

(c)使测量光束和目标物相互作用，以产生从纤维反射回来的测量输出光；

(d)检测来自测量作用空间的测量输出光，并产生至少两个不同的测量信号，每一个信号对应于测量输出光的不同光谱部分，该信号是选自纤维直径和纤维颜色中至少一个参数的函数；以及

(e)由上述信号确定基本参数，该基本参数是上述至少一个参数的函数。

后一方法还可包括：

(f)输出基本参数的信号，该信号是基本参数的函数。

根据本发明的第二实施方案，提供了一种确定目标物基本参数的设备，包括：

(a)把目标物固定在测量作用空间中的装置；

(b)和测量作用空间有应用联系的光吸收背景；

(c)至少一个光源，用来使测量光束穿过测量作用空间，并和目标物相互作用，从而产生测量输出光，上述测量光束包括至少两种光谱不同的光波长；

(d)至少一个探测器，用来检测上述至少两个光谱不同的测量输出光部分并产生信号，该信号是基本参数的函数，探测器和光源有应用联系；

(e)滤波装置，用来把来自测量作用空间的测量输出光滤波为至少两个光谱不同的测量输出光部分，该滤波装置和光源和/或至少一个探测器有应用联系；

以及

(f)由上述信号确定基本参数的装置，该确定装置和探测器有应用联系。

一般地，光吸收背景是黑色背景，可以是平坦的无光泽黑色背景。

一般地：

至少有两个探测器，使每一个光谱不同的测量输出光部分由不同的探测器同时或在不同时间进行检测，并产生信号，该信号是基本参数的函数。

一般地，滤波装置选自频域滤波装置和时域滤波装置。

该设备还可包括：

(g)用于输出基本参数的信号的装置，该信号是基本参数的函数，该输出装置与确定基本参数的装置有应用联系。

该设备还可包括：

(f′)由基本参数确定目标物是合格目标物还是不合格目标物的装置，该确定装置和确定基本参数的装置有应用联系。

根据本发明的另一个实施方案，提供了一种确定目标物基本参数的设备，包括：

(a)把目标物固定在测量作用空间中的装置；

(b)和测量作用空间有应用联系的光吸收背景；

(c)光源，用来使测量光束穿过测量作用空间，并和目标物相互作用，从而产生测量输出光；

(d)滤波装置，用来把来自测量作用空间的测量输出光滤波为至少两个光谱不同的测量输出光部分，该滤波装置和光源有应用联系；

(e)探测器，用来检测上述至少两个光谱不同的测量输出光部分并产生信号，该信号是基本参数的函数，探测器和滤波装置有应用联系；以及

(f)由上述信号确定基本参数的装置，该确定装置和探测器有应用联系。

测量光束可以是聚焦或不聚焦的。

根据本发明的又一个实施方案，提供了一种确定基本参数的设备，其中基本参数是选自纱线直径、纤维物直径、纤维物颜色和纱线颜色中至少一个参数的函数，该设备包括：

(a)把纤维固定在具有黑色光吸收背景的测量作用空间中的装置；

(b)光源，用来使测量光束穿过测量作用空间，并和纤维相互作用，从而产生从纤维反射回的测量输出光；

(c)滤波装置，用来把测量作用空间反射回来的测量输出光滤波为至少两个光谱不同的测量输出光部分，该滤波装置和光源有应用联系；

(d)探测器，用来检测上述至少两个光谱不同的测量输出光部分并产生信号，该信号是选自纤维直径和纤维颜色的至少一个参数的函数，探测器和滤波装置有应用联系；以及

(e)由上述信号确定基本参数的装置，其中基本参数是上述至少一个参数的函数，该确定装置和探测器有应用联系。

该设备还可包括：

(f)输出基本参数信号的装置，该信号是基本参数的函数。

根据本发明的另一个实施方案，提供了一种确定目标物基本参数的设备，包括：

(a)把目标物固定在测量作用空间中的装置；

(b)和测量作用空间有应用联系的光吸收背景；

(c)光源，用来使测量光束穿过测量作用空间，并和目标物相互作用，从而产生测量输出光；

(d)探测器，用来检测来自测量作用空间的测量输出光，并产生至少两个不同的测量信号，每一个信号对应于测量输出光的不同光谱部分，该信号是基本参数的函数，探测器和光源有应用联系；以及

(e)由上述信号确定基本参数的装置，该确定装置和探测器有应用联系。

根据本发明的另一个实施方案，提供了一种确定基本参数的设备，其中基本参数是选自纱线直径、纤维物直径、纤维物颜色和纱线颜色中至少一个参数的函数，该设备包括：

(a)把纤维固定在具有黑色光吸收背景的测量作用空间中的装置；

(b)光源，用来使测量光束穿过测量作用空间并和纤维相互作用，从而产生从纤维反射回的测量输出光；

(c)探测器，用来检测来自测量作用空间的测量输出光，并产生至少两个不同的测量信号，每一个信号对应于测量输出光的不同光谱部分，该信号是选自纤维直径和纤维颜色的至少一个参数的函数，探测器和光源有应用联系；以及

(d)由上述信号确定基本参数的装置，其中基本参数是上述至少一个参数的函数，该确定装置和探测器有应用联系。

该设备还可包括：

(e)输出基本参数信号的装置，该信号是基本参数的函数。

测量光束可以是聚焦的或不聚焦的。

一般来说，基本参数是选自纱线直径、纤维物直径、纤维物颜色和纱线颜色中至少一个参数的函数。

目标物可以是流体或固体或其他状态物质。目标物一般是纱线。目标物实例包括矿物(比如金刚石以及其他晶体等)、有机和无机杂质、纤维物、任意形状物体、球形物或柱形物。目标物一般是纤维物，包括网状纤维物或绞状纤维物。纤维物可以是合成纤维或天然纤维，特别是染色纤维，诸如单纱、长丝或纱线的纺织产品。纤维或绞合线可以是玻璃丝纤维或绞合线、棉麻纤维或绞合线、尼龙纤维或绞合线、玻璃纤维或绞合线、高温模量粘胶和聚酯纤维或绞合线、阿尔帕卡纤维或绞合线、丝绸纤维或绞合线、黄麻纤维或绞合线、亚麻和纤维素纤维或绞合线(包括纸、回收纸、农作物杆、甘蔗、木材、刨花、蔗渣、木片)、细绳、再生纤维或绞合线(比如粘胶、人造丝、铜铵人造丝和乙酸纤维素)、剑麻纤维或绞合线、碳纤维或绞合线、不锈钢纤维或绞合线、植物纤维材料、聚烯烃纤维或绞合线(比如聚乙烯和聚丙烯)、钢纤维或绞合线、硼纤维或绞合线、紫铜纤维或绞合线、黄铜纤维或绞合线、其他金属纤维或绞合线、聚四氟乙烯(特氟隆)纤维或绞合线、涤纶纤维或绞合线、聚酯树脂纤维或绞合线、铝纤维或绞合线、铝合金纤维或绞合线、聚酰胺纤维或绞合线、聚丙烯酸纤维或绞合线、或吸收性纤维或绞合线(比如尼龙66、聚丙烯腈、聚乙烯醇或吸收性聚酯或聚现烯酸)、可食植物纤维或绞合线(如小麦纤维或绞合线)，或者不可食植物纤维或绞合线如木浆或棉花纤维或绞合线，动物纤维或绞合线如肉类纤维或绞合线，绒毛纤维或绞合线如羊毛纤维或绞合线、毛发如人体毛发、山羊毛、牲畜毛或羽毛、包括绒毛和棉线在内的纱线(特别是染色羊毛、兔毛、袋鼠毛、马海毛和棉线)、细绳、电线、光学纤维或绞合线等等。

一般来说，目标物选自纤维和纱线，基本参数选自纤维直径、纤维直径与参考纤维直径之间的差值、纤维瞬时直径除以纤维连续测量的平均直径的比值、纤维颜色、纤维颜色和参考  纤维颜色之间的差异、纤维瞬时颜色除以纤维连续测量的平均颜色的比值、纱线直径、纱线直径和参考纱线直径之间的差值、纱线颜色、纱线瞬时颜色除以纱线连续测量的平均颜色的比值，以及纱线颜色和参考纱线颜色之间的差异。

更一般地，目标物选自绒毛纤维(wool fibre)和毛纱基本参数选自绒毛纤维直径、绒毛纤维直径和参考纤维直径之间的差值、绒毛纤维瞬时直径除以绒毛纤维连续测量的平均直径的比值、绒毛纤维颜色、绒毛纤维颜色和参考纤维颜色之间的差异、绒毛纤维瞬时颜色除以绒毛纤维连续测量的平均颜色的比值、毛纱直径、毛纱直径和参考纱线直径之间的差值、毛纱瞬时直径除以毛纱连续测量的平均直径的比值、毛纱颜色、毛纱瞬时颜色除以毛纱连续测量的平均颜色的比值、以及毛纱颜色和参考纱线颜色之间的差异。

一般地，在本发明的设备中，确定基本参数的装置选自确定纤维直径的装置、确定纤维直径和参考纤维直径之间差值的装置、确定纤维瞬时直径除以纤维连续测量的平均直径的比值的装置、确定纤维颜色的装置、确定纤维颜色和参考纤维颜色之间差异的装置、确定纤维瞬时颜色除以纤维连续测量的平均颜色的比值的装置、确定纱线直径的装置、确定纱线直径和参考纱线直径之间的差值的装置、确定纱线颜色的装置、确定纱线瞬时颜色除以纱线连续测量的平均颜色的比值装置，以及确定纱线颜色和参考纱线颜色之间的差异的装置。

一般地，在本发明的设备中，确定基本参数的装置选自确定绒毛纤维直径的装置、确定绒毛纤维直径和参考纤维直径之间的差值的装置、确定绒毛纤维瞬时直径除以绒毛纤维连续测量的平均直径的比值的装置、确定绒毛纤维颜色的装置、确定绒毛纤维颜色和参考纤维颜色之间的差异的装置、确定绒毛纤维瞬时颜色除以绒毛纤维连续测量的平均颜色的比值的装置、确定毛纱直径的装置、确定毛纱直径和参考纱线直径之间的差值的装置、确定毛纱瞬时直径除以毛纱连续测量的平均直径的比值的装置、确定毛纱颜色的装置、确定毛纱瞬时颜色除以毛纱连续测量的平均颜色的比值的装置、以及确定毛纱颜色和参考纱线颜色之间的差异的装置。

基本参数可以是，例如，形状、直径、面积、化学成分、颜色、组分数目、厚度、宽度、吸收率、反射率、荧光性、表面结构或其他表面细节、或者表面粗糙度，或上述任一参数的变化等等。以纤维物为例，基本参数可以是直径和(或)颜色或其变化等。

光源可以是相干、部分相干或不相干的，可发射紫外光、可见光、红外光或远红外光。光源一般是多色的，发射的光至少具有两种不同的波长，波长范围在远紫外到远红外之间(包括远紫外和远红外)。或者，可以使用至少两个不同的窄带光源，每一个窄带光源发射的光的波长在远紫外到远红外之间(包括远紫外和远红外)，其中任一光源所发射的波长均与其他光源发射的波长不同。

光源的实例包括白炽光源(比如钨丝光源)，蒸气灯(比如卤气灯(包括钠和碘蒸气灯))、放电灯(比如氙弧灯和汞弧灯)，固态光源，比如光电二极管、超辐射二极管、发光二极管(LED)、激光二极管、电致发光光源，倍频激光器，激光光源，包括稀有气体激光器如氩激光器、氩氪激光器、氖激光器、氦氖激光器、氙激光器和氪激光器、一氧化碳和二氧化碳激光器，金属离子激光器如钙、锌、汞或硒离子激光器，铅盐激光器，金属蒸气激光器如铜和金蒸气激光器，氮激光器，红宝石激光器，碘激光器，含钕玻璃和钕YAG激光器，染料激光器如使用若丹明640、奇通红620或若丹明590染料的染料激光器，以及掺杂光纤激光器。光源可以是针孔光源。光源可包括光纤，其出光端实际上可作为针孔光源。

一般地，波长在390nm到800nm之间的光波用作测量光束。测量光束同时或顺序地含有至少两种不同波长的光(一般2到5个不同波段)。例如，测量光束可以是白光或宽波段光或含有几个不同波段的光。一般来说光含有至少三个波段(测量光束一般由一个光源或多个光源提供)，一般来说，三个不同滤波选自红光带、橙光带、绿光带、横光带、紫光带和蓝光带，更一般的是红光带、绿光带和蓝光带。

光束可以是准直的、发散的或会聚的。光纤可以包括玻璃或塑料成分或它们的混合物。光波导可以是单模或多模光纤。光波导可以是光纤束。光源和控制器的光波导部分可以是相同的光波导部分。

探测器可包括单个探测元件或探测元件列阵。探测器可包括耦合到探测元件上的光纤。

对输出光进行测量的实例包括：

(a)把测量输出光的至少两个不同部分滤波为至少两个光谱不同的波段，每个波段由不同的探测器同时或在不同时间进行检测，或者由同一探测器在不同时间进行检测；

(b)把测量输出光的至少两个不同部分滤波为至少两个光谱不同的波段、每个波段由同一探测器在不同时间进行检测。

光源、滤波器、探测器的配置实例包括：

(1)一个白色光源+3个不同色段的滤波器+3个不同的探测器，每个探测器检测一个不同的色段；

(2)三个不同色段的光源(比如红、绿、蓝LED)+3个不同色段的滤波器(红、绿、蓝滤波器)+3个不同的探测器，每个探测器检测一个不同的色段；

(3)三个按时间排序的不同色段的光源(如红、绿、蓝LED)+1个探测器，分时复用检测不同的色段；

(4)三个工作在三个不同频率的不同色段的光源(比如红、绿、蓝LED)+1个探测器+3个频率滤波器，对每个不同的色段进行光谱滤波，并输出与其有关的信号+至少一个探测器，用来检测输出信号；

(5)一个白色光源+n个不同色段的滤波器+n个不同的探测器，每个探测器检测一个不同的色段，其中典型的n为2-20，比较典型的是2-10，更典型的则为2-5；

(6)n个不同色段的光源(如红、绿、蓝LED)+n个不同色段的滤波器(红、绿、蓝滤波器)+n个不同的探测器，每个探测器检测一个不同的色段，其中典型的n为2-20，比较典型的是2-10，更典型的则2-5；

(7)n个以时间排序的不同色段的光源(如红、绿、蓝LED)+1个探测器，分时复用检测不同的色段，其中典型的n为2-20，比较典型的是2-10，更典型的则为2-5；

(8)n个工作在n个不同频率的不同色段的光源(如红、绿、蓝LED)+1个探测器+n个频率滤波器，对每个不同的色段进行光谱滤波，并输出与其有关的信号+至少一个探测器，来检测输出信号，其中典型的n为2-20，比较典型的为2-10，更典型的为2-5。

该设备可包括使目标物经过作用空间的传递装置，该传递装置和固定装置有应用联系。传递装置可以是纤维卷绕器，比如纱线(特别是毛纱)或棉线卷绕器；样品传送器，比如光吸收(如黑色)传送条；直线台上的样品支撑器。该设备可包括一个扫描器，该扫描器与光源和(或)目标物及(或)样品传送器有应用联系，并在作用空间中相对于目标物扫描光束。或者，可以相对于光束扫描目标物，或同时扫描目标物和光束(在测量中也可对目标物或光束相对于另一个都不进行扫描)。扫描器可以是压电体、磁芯磁线圈组合、机械振动器、电动机械振动器、机械或电动机械扫描机构(比如伺服电动机)、声耦合电光扫描装置或其他任何合适的装置。

光源可以包括位于光源和作用空间之间的光偏转器，其中光束的一部分穿过偏转器，偏转器和光源有应用联系，用来改变作用空间中至少一部分光束的形状、尺寸、波长、强度、极化、相位、传播方向或焦点。

在作用空间和(或)探测器之间的输出光路上，可放置第二个光偏转器，当输出光穿过第二偏转器时，该偏转器会改变光束的尺寸、形状、强度、极化、相位、传播方向、焦点等。

第一或第二光偏转器可包括光聚焦器或光反射器。光聚焦器可以是折射透镜，包括显微镜物镜，反射透镜，以及(或者)全息光学元件。如果光的频率不是在紫外到近红外之间或其他能量的光，就用模拟聚焦元件来作为光学聚焦元件。反射器可以是镜面或部分镀银镜，分束器包括由极化决定的分束器，光波导分束器(如光纤耦合器)或由波长决定的分束器等。光纤耦合器可以是熔合双锥体耦合器，抛光体耦合器，瓶状的(bottled)和腐蚀的耦合器，或含有光纤入口和出口接头的大型光学耦合器，基于光刻或离子扩散制备技术的平面波导器件，或者其他耦合器。相互作用一般是以下各项之一或其组合：折射、衍射、反射、散射、荧光、受激辐射、白炽、阴影、极化旋转、相位延迟和其他极化效应、封闭(occlusion)、光学吸收、干涉效应、和频产生、产生衍射图形的作用、折射、相位变化、二次、三次或四次谐波产生、差频产生、光双稳、自漂白(self bleaching)、喇曼散射或布里渊散射。作为加热、折射率变化、电荷积累和电荷迁移的结果，可以产生非线性作用。

对测量输出光可以进行强度调制(包括与空间或时间有关的强度调制，比如是或不是时间函数的强度峰或谷)，幅度、波长或频率调制、相位、极化、波长、传播方向调制等。探测器、确定基本参数的装置以及(或)固定装置可以包括一个计算器，该计算器可包含光学、电子、光电子、机械或磁性元件等，或者包含诸如光学和(或)电子外差作用、积分运算、多区探测器或锁相环技术等。确定基本参数的装置可以记录和分析探测器的信号，或者记录和分析基本参数。

探测器可包括探测元件和(或)孔径的阵列。阵列中的孔径可以是光波导的进光部分，以聚集输出光部分并引导至探测器。

阵列中的探测元件可以是光电二极管，光电倍增管、部分电荷耦合器件(CCD)阵列或类似元件。阵列可以是一维或二维阵列，或者是平面阵列。测量输出光不是封闭光(occluded light)。测量输出光一般是目标物上的反射光。

如果所测的基本参数是直径，测量函数就是测量输出光在整个光谱的幅度变化。如果所测的基本参数是颜色，测量函数就是光谱形状的变化。本发明的方法和设备的一些优选方式依赖于这样的事实，即被检测目标物的基本参数的值基本上是所期望的值或者在一段所期望的取值范围之中，这样，不合格的基本参数值的出现频率不会严重改变基本参数的平均值。也就是说，在测量纤维、绞合线、纱线等的直径时，整个纤维是所期望的直径和颜色，并且每一段纤维长度的主要部分是所期望的直径或者在一段合格的直径范围内。确定基本参数的装置一般包括数字和(或)模拟处理过程。固定装置可包括计时器和(或)计数器。

                        方法说明

本发明的方法和设备可通过和已知参考标准相比较来确定基本参数，或者在相对的基础上进行鉴别。确定目标物基本参数变化的基本原理如下。

目标物O一般具有多个可测参数pn，其中n＝1，2，…i，…k，…j。例如，需要测量参数pn中至少一个参数是否有变化。对于参数pn，在沿目标物O的长度方向上的X点，O的反射光在给定波长或波段λn的强度Ir是O和X的函数Fn，表示如下：

            I_r(λ_n)＝F_n(O，x)    1.1在沿O的长度X方向上pn没有变化时，有： $>>>d>dx>>>I>r>>>(>>\lambda >n>>)>>=>0>->->->>(>1.2>)>>>s>$

如果函数F在长度方向的平均值表示为F，而且pn没有变化，可得到： $>ver>>>>F>n>>>(>O>,>x>)>>>‾>>->>I>r>>>(>>\lambda >n>>)>>=>0>->->->1.3>>s>因此对于pn没有变化时有：$ >>>>>I>r>>>(>>\lambda >n>>)>>>>>F>n>>>(>O>,>x>)>>>>=>1>->->->>(>1.4>)>>>s>如果pn有变化：$ >>>d>dx>>>I>r>>>(>>\lambda >n>>)>>\ne >0>>s> 1.5$ >ver>>>>F>n>>>(>O>,>x>)>>>‾>>->>I>r>>>(>>\lambda >n>>)>>=>0>>s> 1.6$ >>>>>I>r>>>(>>\lambda >n>>)>>>>>F>n>>>(>O>,>x>)>>>>\ne >1>->->->>(>1.7>)>>>s>$$$$$

如果目标物O在测量空间中移动，时间变量t可代替变量X的位置。

显而易见，由方程式(1.2)-(1.7)，在这一阶段如果有需要的话，可采用一种或多种条件检测方法来确定某个pn的变化，即Δpn，比如一种确定Δpn是否在所期望的范围内的检测方法。可以通过把某次测量的Ir(λn)和参考值进行比较的方法进行一种这样的检测，该参考值可优选基于时间平均测量的连续测量平均值。或者该参考值基于空间平均或取固定参考值。

使用基于时间测量的连续测量平均值有一些优点，即：·用一个探测器组件就可获取信号，从而形成参考值并测量瞬时值或定点值。这里不需要采用双组件的调节和参数测量。·由连续测量的平均值产生的参考信号适合作为被测目标物的标准参数。

参数pn可以是在几个不同波长或波段的组合效应，这样： $>>>P>n>>=>>\Sigma >>j>=>1>>n>>>k>>n>,>j>>>>I>r>>>(>>\lambda >j>>)>>->->->>(>1.8>)>>>s>$

其中k_n，j是该参数的特定系数。pn的平均值表示为pn。

通过把pn和pn相比较，可应用条件检测来确定Δpl是否在所期望的范围之中。

一种确定F(O，x)平均值的特别优越的方法，是对n个目标物O(p1)…O(pn)测量Ir(λn)，或者对一个目标物O(pi)在其一段有效长度上测量Ir(λn)。

本发明的一个特殊实施方案提供了由目标物产生多个信号的设备，比如由纤维等来产生。这些信号可通过照射纤维并在可见光谱的特定波段上检测反射能量来产生。这些信号可以这样产生：使用不同波长或波段的光源，这些光源在不同时间或者按已知的时间安排反复接通，再用一个信号检测器来检测信号。这一方法产生包含有关信息的时间序列信号。接着，该时间序列信号在适当时刻被反复采样和存储，以产生并行数据。

另一可选方法是用一个或多个光源，产生白光或含有几个波段的光来照射目标物，比如纤维，然后用多个检测器在不同波段检测反射能量，每个检测器前面都有一个选定的滤波器。这一方法以并行方式产生有关信息。

假定这些信号是并行方式的，可得到以下关系。用B1、B2、…Bn表示在可见波段1到n检测到的光能量。如果颜色是恒定的或者整个颜色没有明显偏移，纤维直径和在每一波段检测到的能量总和成正比：

纤维(直径)反射率 $>>>\propto >>\Sigma >>j>=>1>>n>>>B>j>>->->->>(>1.9>)>>>s>$

在纤维的特定区域(或时间段t1…t2)对式1.9进行积分。可以得到和纤维“标准”直径有关的纤维平均值。通过把这一标准(平均)值分成瞬时值，我们可得到和照射强度以及纤维直径无关的信号(1.10)。如果当前被测区域的直径是“标准”的，那么这一比值约等于1；并且是稳定的。如果存在“均匀性”的变化，这一比值会以和直径变化大小成正比的量变化而不等于一。(直径)反射率变化量 $>>\alpha >[>>>>\Sigma >>j>=>1>>n>>>B>j>>>>>1>>>t>2>>->>t>1>>>>>\int >>t>1>>>t>2>>>>\Sigma >>j>=>1>>n>>>B>j>>dt>>>]>->->->>(>1.10>)>>>s>$

通过把这一变化量和固定参考值相比较，可以产生表明均匀性偏差是否存在的输出量。

在本发明的一个实际的实施方案中，一般使用有限多个波段。在具体的应用中，检测颜色缺陷所需的灵敏度会决定波段数(即所需的颜色分辨率越高，被检测的不同颜色的波段数就越多)。

通过把每一波带的相对能量和其他波段的相对能量进行比较，可得到该颜色的“特征”。以下关系式显示了三波段系统的一个实例：颜色 $>>\alpha >>>B>1>>>B>2>>>+>>>B>1>>>B>3>>>+>>>B>2>>>B>3>>>->->->>(>1.11>)>>>s>$

在纤维的特定区域(时间段t1……t2)对式1.11进行积分，可得到纤维的“标准”颜色值。通过把这一标准值分成瞬时值，可得到和照射强度以及纤维直径无关的信号。如果当前被测区域的颜色是“标准”的，那么这一比值约等于一，并且稳定。如果有颜色变化，这一比值会以和颜色变化大小成正比的量变化而不等于一。

纤维(直径)反射率 $>>\alpha >>\Sigma >>j>=>1>>n>>>B>j>>->->->>(>1.12>)>>>s>$

通过把这一变化量和固定参考值进行比较，可产生表明是否存在颜色偏差的输出信号。

另一种分析这些用于颜色分析的信号的方法可以通过测量以BRi表示的量来实现，BRi是每一个波段的能量和反射总能量的平均值或有限积分值的比值。对使用n个波段的系统我们可得到n个归一化信号，这些信号可和从连续时间或空间测量平均值得到的参考值相比较。对使用n个波段的系统，可采用下式表示BRi： $>>BR>,>\alpha >[>>>B>,>>>>1>t>>\int >>\Sigma >>j>=>1>>n>>>B>j>>dt>>>]>->->->>(>1.13>)>>>s>$

在这些比值每一个都被产生后，就可和参考值进行比较，参考值可以是固定值或所得到平均值的固定比例。这些比较器的输出被综合起来。以使任何一个或多个波段的变化都会产生数字信号，并可传送给其他设备。

在测量纤维的直径和颜色时，在探测器的每一个结果信号中，都含有以下分量：·入射光颜色温度和强度(不需要的分量)；·入射光角度(不需要的分量)；·被测量纤维的直径；·被测量纤维的颜色。

这些信号用比率表示，以消除信号和直径中不需要的分量。这一比率技术可以使系统有更加全面的设计。进行光谱分析可能具有更高的灵敏度，从而更有效地检测颜色偏差。本发明的方法和设备可具有获得颜色和(或)直径特征的能力，并适合于相对于标准颜色和(或)直径缓慢变化的情况。

本发明的方法和设备的特定实施方案，能确定设备内的现有纤维部分是否在未染色纤维或染色纤维的以下参数的容差之内：·用来确定“均匀性”或线性密度变化量的纤维直径。·纤维或其他材料上的明显部分，即没有吸附染料的部分或者未染色纤维被变色或粘污成不同颜色的部分，到未染色纤维的部分的明显变化，由此确定为杂质。

在采用这一特定方法和设备时，可以不考虑纤维上所用染料的颜色。当纤维的参数被确定在容差之外时，一般就给另一个设备传送一个信号，使该设备采取合适的操作。容差一般是可变的，而且可由外部装置设定。

本发明的方法和设备的特定实施方案可确定纤维或纱线的现有部分是否含有以下项：·纤维或纱线中不同颜色物质和(或)外来物，包括不同颜色的外来纤维。·纤维和纱线中不同颜色的纤维或纱线，包括不同颜色的外来纤维或外来纱线。

在采用这种方法的设备中，函数Ir(λ)设置为在所考虑的每一个光波段中纱线所反射的能级。这些信号被综合起来，产生和被测纤维的直径成正比的信号。通过使用一个近似为定积分函数的低通滤波器，可产生和被测纤维的连续测量平均值成正比的信号。如果假定纤维基本上为正确的颜色，这一连续测量的平均值会得到正确的直径。通过把所得到的直径分成直径的瞬时测量值，可以检测到线性密度或直径的变化量。

使用函数Ir(λn)，并把比例部分和总和进行比较可得到每一波段中的强度测量值。这一测量和直径无关。通过使用一个近似为定积分函数的低通滤波器，可得到和每一波段的比例部分的连续测量平均值成正比的信号。如果假定纤维基本上为正确的颜色，这一连续测量的平均值会得到正确的颜色。通过把所得到的颜色分成颜色的瞬时测量值，可以检测到颜色的变化量。

通过把所测瞬时直径和颜色的变化量与所得到的直径和颜色的连续测量平均值进行比较，可以测量到颜色变化量或直径变化量。

                     附图简述

图1是确定纱线直径变化和颜色变化的第一个设备的方框图；

图2是确定纱线直径变化和颜色变化的第二个设备的方框图；

图3是取自线124(图1的设备中)的信号曲线；

图4是在时间滤波后取自线124(图1的设备中)的信号曲线；

图5、图6和图7分别是取自线111、112和113(图1的设备中)的信号曲线；

图5a、6a和7a是未标度的曲线图，显示了的所检测到的红色、蓝色、绿色波段中每一个对图3或图4所示总信号所贡献的信号比例；以及

图8、图9和图10是在采用图2配置的实验中取自线213(该线传送的信号对应于反射光能量的时间序列)信号曲线，分别显示了在红色、黄色和蓝色纱线上颜色变化序列。

                实施本发明的最佳方式和其他方式

参照图1，描述了确定纱线101直径变化和颜色变化的设备1000。设备1000包括光吸收背景100，该背景一般包括平坦的黑色表面(或平坦的无光泽黑色表面)，可基本上均匀地吸收照射到其上的光。纱线导向器150和151相互靠近，但与导向器152和153隔着一段距离，以限定测量作用空间。两套纱线导向器150、151和152、153被置于紧靠背景100的位置，以固定和引导纱线101，使得纱线101经过其间时，其方向基本上和背景100平行，结果纱线101和背景100之间的距离基本上是恒定的。光源120位于适当位置，以引导测量光束穿过测量作用空间，并和纱线101相互作用，从而产生从纱线101反射回的测量输出光。

宽波段光源120一般用白炽钨丝灯泡。滤波器102、103和104相对光源120放置，以便光线在和纱线101相互作用后，把从测量作用空间反射回的测量输出光进行光谱滤波，分别形成三个光谱不同的测量波段105、106和107(比如滤波器102可通过400-500nm的光，滤波器103可通过500-650nm的光，而滤波器104可通过650-800nm的光)。

光探测器108、109和100分别置于滤波器102、103和104之后，以分别检测光谱不同的测量波段105、106和107并由此产生信号，该信号是纱线直径和纱线颜色至少之一的函数。设备1000包括由光探测器108、109和110的信号确定参数的装置，这些参数是纱线101直径和纱线101颜色的函数。确定装置包括时域滤波器114、115和116，分别经过线111、112和113与光探测器108、109和110相连；信号处理单元125，分别经过线111及111a、112及112a、113及113a与光探测器108、109和110相连；加法放大器123，分别经过线111、111a及111b，112、112a及112b、113、113a及113b与光控制器108、109和110相连，并和输出线124相连；参考电压发生器121，经过线122和加法放大器123相连；以及差值鉴别器126，具有输出线129和130，并经过线127和128与信号处理单元125相连。线124经过线124a和信号处理单元125相连。时域滤波器114、115和116分别经过线117、118和119与信号处理单元125相连。线117、118和119，线112、112a和112b，以及线113、113a和113b分别传送和光探测波段105、106和107所产生的现有能量成正比的电信号。线117、118和119分别传送对应于波段105、106和107产生的连续测量平均能量的电信号。线122把参考电压信号由参考电压发生器121传送到加法放大器123。线124和124a传送和纱线101直径成正比的电信号。线127传送对应于纱线101颜色变化量的电信号。线128传送对应于纱线101直径变化量的电信号。线129传送的是指示所测得的纱线101颜色变化量是否合格的数字电信号。线130传送的是指示所测得的纱线101直径变化量是否合格的数字电信号。这些数字电信号被传输到单元131，单元131是触发消除杂质颜色偏差的外部器件。

在应用中，纱线101被纱线导向器150、151、152和153的张力所导引，其方向基本上和背景100平行，这样纱线101和背景100之间的距离基本上保持恒定。在测量过程中，光源120、滤波器102、103和104，以及光探测器108、109和110相对于背景100处于固定位置。光源120发射的宽波段光(如400-800nm)被引导到纱线101。一般在测量过程中，纱线101是移动的，从而使测量是一个沿纱线轴向的前进过程。光源120的光能大部分被背景100吸收。光源120的光能有一小部分和纤维101相互作用，并反射回光谱滤波器102、103和104。滤波器102可通过400-500nm的光波段，滤波器103可通过500-650nm的光波段，而滤波器104可通过650-800nm的光波段。

光探测器108、109和110分别产生和纱线101在各个波段的反射能成正比的电信号。这三个电信号分别经过线111、111a和111b，112、112a和112b，以及113、113a和113b被送到加法放大器123。这三个信号和由线122来的参考电压发生器121产生的参考信号，由加法放大器123相加，产生和式1.9一致的、与所测纱线101直径成正比的电信号，并输出到线124和124a。这三个信号还分别经过线111、112和113送到时域滤波器114、115和116。这些时域滤波器近似为在式1.10的分母中所用的定积分。每一个滤波器输出的信号对应于纱线101在各个波段的反射能的连续测量平均值。后面的这些信号分别在线117、118或119上被传送到信号处理单元125。

信号处理单元125由运算放大器和模拟除法器组成，它们连接的方式可实现式1.10、1.11和1.12所描述的函数。或者，信号处理单元125可以连接来实现式1.10、1.12和1.13所描述的函数。信号处理单元125从线111和111a，112和112a以及113和113a取得输入信号，从线117、118和119取得连续测量的平均信号，并把它们和来自线124a的信号结合起来，经过线127和128产生输出信号，输出信号分别和颜色(线127)与直径(线128)的当前值和平均值之间的差值成正比。产生直径的当前值和平均值之间差值的过程根据式1.10来进行，从而产生直径变化信号，并经过线128输出。产生颜色的当前值和平均值之间差值的过程根据式1.12或1.13来进行，从而产生颜色变化信号，并经过线127输出。

差值鉴别器126由运算放大器，比较器和参考值发生器组成，它们连接的方式可实现式1.3到1.7所描述的测试。差值鉴别器126通过和参考值相比较来处理从线127和128来的信号，并向线129输出数字电信号，该信号可指示所测得的纱线101颜色变化量是否合格，此外还向线130输出数字电信号，该信号可指示所测得的纱线101直径变化量是否合格。这些数字电信号传送到外部器件131，以触发校正操作。

参照图2，该图描述了确定纱线201直径变化和颜色变化的设备2000。设备2000包括光吸收背景200，该背景一般包括平坦的黑色表面，可基本上均匀地吸收照射到其上的光。纱线导向器250和251相应靠近，但与纱线导向器253和254隔开一段距离以限定测量作用空间。两套纱线导向器150、151和152、153被置于靠近背景200的位置，以固定和引导纱线201，使得纱线201经过其间时，其方向基本上和背景200平行，结果纱线201和背景200之间的距离基本上是恒定的。光源220位于适当的位置，以引导测量光束穿过测量作用空间并和纱线201相互作用，从而产生从纱线201反射回来的测量输出光。

光源202、203和204一般采用在可见光谱区主波长不同的发光二极管。它们的光谱带宽使得可见光谱具有最小的重叠覆盖区。这些光源通过序列发生器206顺序点亮，序列发生器206由振荡器207通过线208来控制。线209连接到解调单元220。

探测器205相对光源202、203和204放置，以便在和纱线201相互作用后，把从测量作用空间反射回来的测量输出光转换成电信号，并送到线213上。线213连接到采样保持单元210、211和212。采样保持单元210、211和212分别由线215、217和219控制。采样保持单元210、211和212分别把检测到的信号保持在线214、216和218上。

解调单元220分别通过线215、217和219控制采样保持单元210、211和212。解调单元220分别输出线225、221和222到低通滤波器223、224和225。解调单元220还输出与信号处理单元229相连的线225a、221a和222a。信号处理单元229接收线225a、221a和222a上从解调单元220来的信号。信号处理单元229分别接收线226a，227和228上来自低通滤波器223、224和236的信号。信号处理单元经过经230和231将信号输出到鉴别器232。鉴别器单元232接收线230和231上来自信号处理单元229的信号。外部单元235接收线233和234上来自鉴别器单元232的信号，还接收线233上来自信号处理单元229的信号。

在应用中，纱线201被纱线导向器250、251、252和253的张力所导引，其方向基本上和背景200平行，这样纱线201和背景200之间的距离基本上保持恒定。在测量过程中，光源202、203和204用可见光谱上不同波带的光顺序照射纱线201。在测量过程中，光源202、203和204以及探测器205相对于背景200处于固定位置。一般在测量过程中，纱线201逐渐移动，从而使测量是一个沿纱线轴向的前进过程。光源202、203和204的光能大部分被背景200吸收。光源202、203和204的光能的一小部分和纱线201相互作用，并反射回探测器205。

一般地，振荡器207的工作频率相对于纱线201的轴向移动速度应足够快，以使每一波段反射光的采样基本上在空间上是一致的。序列发生器206包括计数器和译码器，用来产生三个在时间上相互错开的离散输出。这些输出一般通过驱动三个开关来顺序接通光源202、203和204。因为光源202、203和204是顺序照射纱线201，即在下一个光源接通前的一段固定时间内，只有一个光源被接通，所以探测器205把反射光谱时间序列转换成线213上的电子时间序列。采样保持单元210、211和212对这一电子时间序列进行采样，并把和特定波段中反射能量成正比的信号存储下来。在线214、216和218上可以得到每个波段的信号。解调器220在线209上的同步信号控制下，分别由线215、217和219控制采样保持单元210、211和212。解调单元220还含有运算放大器，来补偿可见光谱不同部分的信号和灵敏度。解调单元220的信号输出和纱线201在每个光波段的反射能量成正比，并分别由线225、221和222送到低通滤波器223、224和236。这些信号还分别由线225a，221a和22a送到信号处理单元229。

低通滤波器223、224和236近似为在式1.13分母中所用的定积分函数。信号处理单元229包括运算放大器和模拟除法器，它们的连接方式可实现式1.9、1.10、1.11和1.12所描述的函数。或者，可以连接信号处理单元229来实现式1.9、1.10、1.12和1.13所描述的函数。和颜色与直径参数成正比的信号由信号处理单元229分别经过线230和231送到鉴别器单元232。

差值鉴别器232由运算放大器、比较器和参考值发生器组成，它们的连接方式可实现式1.3到1.7所描述的测试。差值鉴别器232通过和参考值相比较来处理从线230和231上来的信号，并输出数字电信号到线233，该信号可指示所测得的纱线201颜色变化量是否合格，此外，还向线234输出数字电信号，该信号可指示所测得的纱线201直径变化量是否合格。这些数字电信号被传送到外部器件131，以触发校正操作。

                          实例1

使用图1的配置结构，对白色纱线进行了实验(该白色纱线由天然绒毛制成)，在沿纱线的不同位置直径有变化，并且沿着纱线的不同位置有各种非白纱线缠绕。图3是取自线124(图1设备中)的信号曲线，该信号对应于所检测到的反射光总和。图4是在时域滤波后取自线124(图1设备中)的信号曲线。该时域滤波信号对应于所检测到的反射光总和。图5、图6和图7分别是取自线111、112和113(图设备中)的信号曲线。一般地，这些信号分别对应于在光谱滤波后所检测到的光，光谱滤波产生的信号分别对应于被检测的红、绿、蓝光波段。图5a、6a和7a是未标度的曲线图，显示了所检测到的上述波段中，每一个波段对图3或图4所示的总信号的信号贡献比例。在测量白色纱线时，通过把每个波段在沿纱线特定点的比例能量和其他波段在相同特定点的比例能量进行比较，就可获得白色的“特征”。这种方法的一个实例已在式1.11中给出。通过在纤维的特定区域(时间段t1……t2)对式1.11进行积分，可以得到纤维的“标准”颜色值。通过把这一标准值分成瞬时值，可得到和照射强度以及纤维直径无关的信号。如果当前测量区域是“标准”白色，那么这一比值约等于一，并且是稳定的，如果存在颜色变化，这一比值会以和颜色变化大小成正比的量变化而不等于一。

通过把这一变化量和固定参考值相比较，可产生输出信号，以显示是否存在颜色偏差。

                          实例2

使用图2配置结构，分别对红色、黄色和蓝色纱线进行了实验。图8、9和10是取自线213(该线传送的信号对应于反射光能量的时间序列)的信号曲线，分别显示了在红色、黄色和蓝色纱线上的颜色变化序列。