基于壓電黏合體的電磁選針檢測技術

王羅俊，彭來湖，史偉民，張偉中

(1.浙江機電職業技術學院，浙江 杭州 310051；2.浙江理工大學 現代紡織裝備技術教育部工程研究中心，浙江 杭州 310018；3.浙江理工大學 浙江省現代紡織裝備技術重點實驗室，浙江 杭州 310018)

在針織行業高質量發展的重要時期，“中國制造 2025”戰略進入了攻堅階段，在我國針織裝備控制技術的整體水平亟需穩步提高的背景下，推動針織裝備系統的核心控制技術智能化的研究是行業發展的必然趨勢[1]。

電磁選針器作為針織圓緯機控制系統中的核心器件，其機械構造精密，往復擺程微小，于工況下難以避免也出現錯花、亂花等毀布現象。目前對選針器性能的檢測技術研究普遍依靠外部系統，在非工況下針對選針器的工作狀態進行監測分析，設計的電子選針檢測儀基于電磁閥的工作原理進行選針動作檢測[2]；還有研究基于頻閃原理設計了選針器頻率檢測系統，可提高選針器出廠前的人工肉眼判斷效率[3]。由于選針器內嵌于機臺導致結構布局的限制，這些研究在監測選針刀頭于真實工況下是否提花到位存在局限性。

電磁選針性能與選針器的動態特性緊密相關，主要由選針驅動部件的工作原理及工況下的運動參數等要素決定，選針器于雙穩態間進行小尺度往復擺動，刀頭在磁場力的驅動下獲得初始動能并進行勻加速運動，并以最大沖量與擋板發生碰撞，實現其動能與擋板內能的轉換，通過應力波的形式傳播，并伴隨著損耗、消散的過程[4]。

本文將利用激光測振儀對金屬擋板受迫振動特性所呈現的關鍵參數進行實驗數據采集、擬合分析來探討擋板振動特性檢測的可行性；并制備“壓電晶體+擋板”的黏合體，針對壓電黏合體建立等效電路模型，設計信號檢測硬件電路，并于軟件層面設計振動信號檢測機制，以實現電磁選針自檢錯半閉環控制。

1 電磁選針驅動原理分析

電磁選針器為緯編針織機控制系統的關鍵部件之一，其電磁驅動模塊分為磁能供給和動作執行2個部件組，如圖1所示。磁能供給部件組由線圈繞組和鐵磁質組成，永磁塊和刀頭部件繞固定軸完成選針提花。

圖1 電磁選針器驅動模塊示意圖Fig.1 Schematic diagram of drive module of electromagnetic needle selector.(a) Driving component;(b) Tool head model of electromagnetic needle selector;(c) Uniform magnetization of ferromagnetism (macro);(d) Sketch of needle selection mechanism

根據安培的分子電流假說可得，當多層線圈繞組通電產生磁場，對線圈中鐵磁質材料充磁后，磁介質中各分子磁矩將根據磁場強度轉向外加磁場方向[5]，其宏觀狀態如圖1(c)所示。當供給磁場撤去，線圈中鐵磁質仍保持定量的剩余磁感應強度(剩磁Br)。選針動作的改變通過線圈換向通電的方式，使鐵磁質磁化以改變其產生的磁場方向，線圈電流被關斷后剩磁仍會與動作執行部件組的磁鋼(2塊極性相反的永磁塊)產生作用，保持刀頭位置狀態不變(刀頭擺動極限位置受擋板位置所限，分為上、下限位)。

根據電磁選針的工況需求，選針器的動作執行部分需依據指定花型文件繞固定軸擺動至上、下限位(選針動作執行部件于雙穩態位置的選針機構簡圖見圖1 (d))，與針鐘碰撞并發生端面間作用。刀頭擺至上限位則其前端面與針鐘處于相對位置，以致提花針被頂入槽內為不出針狀態；當刀頭擺至下限位則其前端面與針鐘處于相錯位置，由于針三角的存在，以致提花針向上擺動，完成出針動作即實現成圈編織。

2 選針器擋板振動特性檢測實驗

2.1 擋板受迫振動檢測原理

由于電磁選針器的動作執行部件組與金屬擋板裝配緊湊、間距窄，傳統的接觸式測量易影響耦合體自身結構上的機械特性，從而引起對刀頭部件擺擊過程參數的測量誤差，據此選用單點式激光多普勒測振儀，采取非接觸式測量方式[6]。

利用測振儀對金屬擋板的振動進行檢測，原理如下。首先從干涉儀發出偏振光(設頻率為fa)[7]，其通過分光鏡后生成參考和測量2束光；參考光束經聲光調制器后的頻移為fc；測量光束于金屬擋板中心位置穩定聚焦。模擬選針動作時，刀頭部件以特定頻率撞擊上下擋板，擋板的受迫振動使得測量光束發生頻移Δf，其計算公式為

式中：V1為偏振光的速度,mm/s；λ為偏振光的波長，nm；V2為金屬擋板的振動速率，mm/s。

通過信號處理器針對光電探測器的輸出信號進行采集、處理及分析，基于參考光束的方向、頻率等基本特性，確定擋板的振動方向，獲取振動位移、頻率等關鍵參數，分析擋板的振動特性[8]。

2.2 激光測振實驗

1)挑選在工廠進行穩定提花作業2個月的8刀電磁選針器作為實驗對象，將反光膜準確貼在金屬擋板的中心，調整激光測振儀，使得激光光斑穩定呈現在擋板中心位置。

2)通過采集卡將激光測振儀的數據導至信號處理軟件QuickSA。采樣頻率設為16 384 Hz，單幀采樣點數設為4 096，采用高通濾波器(280 Hz)，激光測振實驗平臺如圖2所示。

圖2 擋板振動檢測實驗平臺Fig.2 Experimental platform of baffle vibration detection.(a) Architecture of experimental platform;(b) Schematic of laser point

由于驅動電壓直接影響電磁選針器是否能夠有效完成選針動作，據此本文實驗采用控制變量的方法，以電源驅動電壓為變量，通過改變驅動電壓數值，模擬選針器有外界條件影響時其刀頭部件所受電磁驅動力發生變化致選針動作出錯的現象。通過穩壓源控制電源驅動電壓在18～28 V之間，每組電壓間隔2 V，共計6組。選針器在3.3 Hz的工作頻率下(改變驅動電壓所得金屬擋板受迫振動的位移信號的波形如圖3所示。以刀頭部件組向下擺擊過程為例，擋板振動位移的峰值Xmax、速度的峰值Vmax數據如表1所示。

圖3 擋板振動特性檢測示意圖Fig.3 Schematic diagram of characteristic of baffle vibration detection

表1 擋板振動位移、速度峰值(動作向下)Tab.1 Vibration displacement and velocity peak of baffle (downward movement)

2.3 擋板振動實驗數據分析

由圖3可知，擋板振動特性檢測可在一定程度上反映擋板振動過程的位移峰值、波形周期等時域特性。選針器刀頭部件向下擺擊至與擋板發生碰撞時，位移信號發生躍變，達到峰值后波形變為衰減振蕩，持續一小段時間，即碰撞瞬時，部件組與擋板發生撞擊，并存在一段刀頭微幅抖動直至平穩的狀態，驗證了刀頭動作到位后波形存在微幅回彈現象的可靠性[4]。

分析不同驅動電壓時的位移波形可知：擋板受迫振動時自身位移變化呈現周期穩定性，其一方面呈現出與電磁選針動作執行部件組擺動頻率的一致性；另一方面反映了選針動作執行部件(刀頭)在上下擺擊到位時，其作用于擋板的碰撞瞬時力(主要為垂直作用于擋板的分力)的衰減振蕩變化過程呈現出周期穩定性。

利用多圖橫向對比分析振動特性的信號強弱程度可知：一方面，相同電壓下擋板受到刀頭向下擺擊的沖擊力強于其受到向上的沖擊力；另一方面，以刀頭部件向上擺擊過程為例，相同電壓下擋板受迫振動信號的波峰具有較高的一致性，即處于穩定提花作業下的選針器動作執行到位與擋板碰撞時產生的瞬時沖擊力峰值基本一致。據此可通過采集瞬時沖擊力信號的數據，搭建信號數據庫，建立容錯機制，通過數據分析，設置合理的波峰閾值作為有效選針信號的判定依據。

利用多圖縱向對比分析并結合表2分析可知，擋板振動位移峰值正比于電壓變化的整體趨勢(驅動電壓為24 V時的數據存在一定實驗誤差)，而驅動電壓為18 V時擋板振動位移信號明顯衰減，受到向上沖擊力時振動位移過于微小，說明此時刀頭部件組盡管擺動到位，但是由于沖擊力過小易出現刀頭與提花錘表面接觸時壓針不到位的現象，甚至選針失效。

上述分析一定程度上驗證了在多圖橫向對比分析中提出的通過采集擋板受迫振動的沖擊力信號，設置合理的波峰閾值作為選針動作檢測關鍵數據的可行性。

3 壓電黏合體設計及可靠性分析

3.1 壓電黏合體總體設計

壓電晶體是一種具備正、逆壓電效應2種特性的智能材料[9]，可作執行、傳感器兩用，實現對機械結構的應變特性監測[10]。基于激光測振實驗所得電磁選針器刀頭部件與金屬擋板碰撞的沖擊載荷特性以及金屬擋板受迫振動的周期穩定性，設計金屬擋板黏合壓電晶體構成“壓電黏合體”以感知擋板于選針器工況下的應力應變特性，并通過焊點引出正負電極線，將壓電晶體上、下表面電荷分布特性的變化以模擬電壓信號的形式輸出，從而獲取選針器有效動作信號的方案。總體設計考慮3個要點。

1)黏合的參考位置選擇。金屬擋板與刀頭碰撞時，刀頭帶給擋板的沖擊力直接作用于擋板齒槽部位，由于齒槽受力擴散過程中齒槽根部產生的應力變化最為強烈，據此將其作為壓電晶體黏合的關鍵參考位置。

2)黏合定位基準。基于金屬擋板為線切割的軸對稱設計，據此將壓電晶體以擋板中心為參考點，以齒槽根部為參考位置，使其整體感知區域覆蓋擋板受迫振動所形成的應力波傳遞的發散面，能夠實現對撞擊過程產生的應變實況作有效數據采集、檢測。

3)實驗制備耗材、儀器選用。根據金屬擋板的機械結構，避免壓電晶體黏合后對金屬擋板的機械特性產生較大影響，選購厚度約為0.28 mm的方形壓電晶體作為實驗主要耗材；實驗所需的基本耗材有超細纖維無塵布、丙酮溶劑、光纖棉簽、聚四氟乙烯膠帶、495膠水、軟泡沫、高硬度鋼板、雙氧水及金屬導線等；實驗所需儀器有高精度三維手動平移臺、精密刻度尺、電烙鐵等。

3.2 壓電黏合體制備及建模

以8刀電磁選針器為測試原型，實驗對象同2.2小節，將其擋板拆卸備用。實驗制備關鍵步驟如下：首先基于實驗需求通過金屬尖頭雕刻刀完成壓電晶體的切割塑形，利用無塵布、丙酮溶劑等對擋板表面進行深度清洗；接著用膠帶固定擋板和壓電晶體的相對位置形成穩定的鉸鏈狀結構，如圖4(a)所示，并將擋板表面除鉸鏈結構外的部分用聚四氟乙烯膠帶粘貼覆蓋；再次清洗后于黏合面上均勻涂抹495膠水，蓋上壓電晶體后通過重鋼板按壓使其黏合過程受力均勻，并于晶體上覆蓋一層聚四氟乙烯膠帶，依序蓋上泡沫、鋼板，利用金屬夾扣完成固定，靜置24 h后取下聚四氟乙烯膠帶，黏合過程分層示意圖如圖4(b)所示；清洗后取雙氧水滴于黏合體左側表面，將電極線置于雙氧水中配以特制焊錫絲完成電極制作。引出電極待焊點冷卻完成黏合體制備，其物理結構模型如圖4(c)所示。

圖4 壓電黏合體制備關鍵步驟及物理模型示意圖Fig.4 Schematic diagram of key steps and physical model of piezoelectric adhesive assembly.(a) Fixed a position by means of hinges before fusing;(b) Hierarchical diagram of bonding process;(c) Physical structure model of adhesive body

3.3 壓電黏合體可靠性分析

由于所設計的壓電黏合體的制備方案在實驗室制備過程中易出現工藝誤差，存在以下常見問題：晶體定形過程中易因受力不均勻造成晶體內部出現分層及不規則裂紋等現象；黏合過程中易因495膠層涂制不均勻導致黏合效果不理想；電極制備過程中易因焊點過大而致黏合體自身機械特性發生改變。

以上問題皆會直接影響壓電黏合體的阻抗頻譜特性，以致其導納特性圓圖存在寄生小圓或其電導曲線圖呈現多峰等現象，據此對制成的壓電黏合體進行阻抗計算、分析以驗證實驗制備成品的力學性能、耦合效果是否滿足選針器穩定工作的條件，篩選性能優良的成品進行可靠性分析。

本文實驗選取WK6500B系列(深圳市穩科電子儀器有限公司)1J6520B型阻抗分析儀，通過阻抗分析儀對實驗所制多組黏合體進行阻抗特性分析。測試電壓設置為1 V，不加設偏置電流，初始掃頻區間為0 ～100 kHz，以黏合體的優良成品為例，掃頻所得導納曲線如圖5所示。

圖5 壓電黏合體(成品)的電導曲線Fig.5 Conductivity graph of piezoelectric adhesive assembly (end product)

由圖5可得，實驗所制性能優良的黏合體其前四階自振頻率約為36、42、48、86 kHz，遠高于實際電磁選針器的工頻(40～80 Hz)，據此將第一階自振頻率作為黏合體于選針器工況下的主要特征頻率，并對其并進行頻譜特性分析。針對實驗所制黏合體的第一階自振頻率所處區間進行重復掃頻獲得清晰曲線，實驗所制黏合體的成品和次品及二者的RLC(由電阻R、電感L、電容C組成的電路結構)電路等效模型的電導曲線分別如圖6所示。

圖6 壓電黏合體等效電路模型擬合曲線Fig.6 Fitting curve of equivalent circuit model of piezoelectric adhesive assembly.(a) Finished product and its equivalent circuit model;(b)Ungraded product and its equivalent circuit model

從圖6可看出，在外部條件一致的前提下壓電黏合體成品與次品的電導曲線差異明顯。圖6 (a)所示成品圖中電導曲線光滑無雜波，呈現穩定的波峰，一定程度上驗證了成品具備優良的耦合特性，其第一階自振頻率約為36.31 kHz，滿足電磁選針器工況要求。圖6 (a)中還示出由阻抗分析擬合所得等效電路模型下的電導特性曲線，其RLC參數分別為R1=401.43 Ω，L1=649.13 mH，C1=29.796 pF，C0=4.749 7 nF。其中：R1、C1和C0分別為壓電黏合體的動態電阻、電容和靜態電容；L1為壓電黏合體的等效電感。L1、R1、C1實際與壓電黏合體的質量、內摩擦因數以及彈性系數相關，在簡易處理求等效電路模型時將這三者模擬為電學量處理[11]。二者特性曲線基本貼合進一步驗證了成品的可靠性。

圖6(b)中次品的電導曲線平滑度不高，局部波動明顯，存在多峰現象，呈現出壓電黏合體耦合性能較差的阻抗特性，也一方面驗證了工藝誤差帶來的不穩定性。圖6(b)中還示出次品等效電路模型的擬合電導特性曲線，其RLC參數分別為：R1=1 kΩ，L1=12.5 mH，C1=105.60 pF，C0=4 nF。盡管其第一階自振頻率接近145.5 kHz，滿足工況需求，但等效電路的擬合曲線與次品特性曲線差異較大，進一步驗證了次品在等效電路模型的構建上存在不可靠性。據此認為，壓電黏合體成品的耦合性能較佳，符合實驗及選針工況要求。

4 選針動作檢測方案可行性分析

將實驗制備所得的壓電黏合體成品與選針器殼體完成裝配，將正負電極通過導線引至高性能示波器，實驗控制變量為電源驅動電壓(與激光測振實驗一致)，檢測選針器于不同驅動電壓下壓電黏合體輸出電壓的信號波形，通過時、頻域進行綜合分析以驗證利用壓電黏合體完成動作信號檢測方案的可行性。

4.1 壓電黏合體的振動檢測實驗

實驗平臺同激光測振實驗，完成壓電黏合體裝配后，引出黏合體表面的正負電極線至MSO9404A型示波器，采樣頻率設為每秒10萬個樣本，其他變量控制及實驗條件同測振實驗。以驅動電壓24 V為例，圖7為壓電黏合體輸出電壓波形示意圖。

圖7 壓電黏合體輸出電壓波形示意圖Fig.7 Schematic diagram of waveform of output voltage of piezoelectric adhesive assembly.(a) Part of complete waveform of output voltage;(b) Output voltage waveform when head swings upward;(c) Output voltage waveform when head swings downward

實驗以2 V電壓為電壓間隔，電壓測試區間為18～28 V，于不同驅動電壓下分別存儲100組壓電黏合體的輸出電壓波形，將其采樣點數據導出后通過電腦端進行數據處理，篩選不同驅動電壓下100組輸出電壓波形的峰值進行取算數平均處理，所得波峰均值數據如表2所示。

表2 壓電黏合體輸出電壓信號波峰均值Tab.2 Average value of output voltage signal peaks of piezoelectric adhesive assembly

4.2 振動檢測實驗數據時頻域分析

時域分析：從表2數據看出，驅動電壓接近 18 V 時，由于壓電黏合體自身應變傳遞較為微弱，壓電晶體無法有效感知應力傳播信號，輸出電壓為等幅雜波，無明顯波峰，判斷刀頭向上動作為失效狀態。驅動電壓為20～28 V時，伴隨驅動電壓的升降，壓電黏合體輸出電壓信號成正比例升降趨勢，且輸出電壓區分度合理，可設定工況下黏合體輸出電壓峰值的有效誤差區間，將其作為選針器動作是否有效的依據。

頻域分析：由于壓電黏合體完成實際裝配后其機械耦合特性發生變化，趨向于復雜化，根據此對振動信號進行頻譜分析以驗證壓電黏合體在實際應用場景下的可靠性。利用MatLab軟件的快速傅里葉變換算法[12]，針對驅動電壓于20～28 V區間變化時壓電黏合體的輸出電壓信號進行頻域計算分析。

為突出輸出電壓信號點數據在頻域分析中的表象直觀性，選用Hann窗函數，可使信號在結束處能夠逐步衰減平滑過渡到截斷處[13]。據此對壓電晶體輸出電壓信號的采樣點數據進行快速傅里葉變化處理。改變驅動電壓數值時，圖8(a)、(b)分別示出驅動電壓為28 V時刀頭向上擺擊和向下擺擊時的輸出電壓信號頻譜圖，以驅動電壓26、24 V為例時刀頭部件向下擺擊所得壓電黏合體的輸出電壓信號頻譜圖如圖8(c)、(d)所示。

圖8 不同驅動電壓下壓電黏合體輸出信號頻譜圖Fig.8 Frequency spectra of output signal of piezoelectric adhesive assembly under different driving voltages.(a) 28 V(up);(b) 28 V(down);(c) 26 V(down);(d) 24 V(down)

由圖8(a)、(b)對比可得：驅動電壓不變，刀頭部件向下擺擊時的信號幅值在黏合體受迫振動的前三階特征頻率下均高于其向上擺擊時的幅值，據此說明激光測振實驗中單圖橫向對比分析結果的合理性；驅動電壓不變，壓電黏合體的前三階特征頻率在刀頭上下擺擊過程中呈現一致性，側面驗證了成品壓電黏合體與外殼的耦合特性較佳；獲取黏合體第一階特征頻率的取值區間(200 Hz附近)，將其作為選針動作時黏合體的第一階自振頻率，由于工況下選針頻率一般接近50 Hz，高頻選針時趨于80 Hz，據此可得其第一階自振頻率為工頻的2.5～4倍，滿足選針器作業條件，工況下不會引起黏合體自振。

由圖8 (b)～(d)可得，驅動電壓等幅降低時，壓電黏合體前三階特征頻率的分布區間基本一致，其信號幅值呈現出正向比例的降低趨勢，與激光測振實驗中的多圖橫向分析趨勢一致。

由于壓電黏合體受迫振動時產生的應力波在壓電晶體有效感應面積內擴散，導致晶體內部電荷分布差異從而以電壓信號的形式進行反饋；而激光測振實驗是針對選針動作時擋板中心點的振動參數進行采集分析，據此驗證了擋板的點、面特性與驅動電壓的變化一致性，即通過壓電黏合體(作為傳感元器件)實時監測其自身受迫振動過程的電壓信號，以判斷工況下電磁選針可靠性的方案具備一定可行性。

5 選針器動作信號檢測方案設計

5.1 動作信號檢測電路設計

由4.2節頻域分析可得壓電黏合體與選針器完成裝配后其具備新的機械耦合特性，其電導曲線與圖9(a) 示出的成品特性曲線會存在差異，以致影響其等效電路模型的建立。據此針對其作為裝配體一部分時的阻抗特性進行測量、分析，測量過程同3.3節，初始掃頻范圍改為400 Hz～1 MHz，并根據具體波形逐步縮小掃頻區間以獲得第一階特征頻率的完整曲線，基于此利用阻抗分析儀獲得等效電路模型，其RLC參數分別為：R1=814.26 Ω，L1=12.34 mH，C1=104.35 pF，C0=4 nF。

圖9 信號檢測電路部分示意圖Fig.9 Schematic diagram of signal detection circuit.(a) Charge amplifier module;(b) Supplementary module for actual circuit design

壓電黏合體由于受到刀頭擺擊的沖擊力發生應力應變時，其上、下電極面會產生等量的極性相反的電荷從而輸出電壓信號[14]。為直觀地體現其作為一個容性為主的電荷發生器，據此將其等效為一個電荷源Q和電容Cq的并聯形式，如圖9(a)所示。

信號檢測電路設計關鍵點(信號獲取為主)包括：1)由于壓電晶體的輸出阻抗極高，考慮其實際輸出電荷量極小且在實際裝配及電路設計應用中存在其他影響因素，據此選用合適的電荷放大器搭建振動信號初級放大電路，通過測量壓電晶體產生的電荷量[15]等效測量其應變程度：2)壓電晶體本身存在電荷泄露現象，考慮其泄露電阻R2；其通過正負電極線將信號傳遞至電磁選針器驅動電路板，考慮電極線之間的等效電容C3；3)其輸出信號需經過驅動電路板上的電荷放大器進行信號放大再處理，據此電荷放大器的等效輸入電容C4及輸入電阻R3不可忽視。

圖9(a)中C5為電荷放大器A的反饋電容，選用高容值的聚苯乙烯電容(穩定性高)。由于壓電黏合體受力產生的電荷量非常微弱，為減少電荷泄露，選擇具備高等效輸入阻抗、低偏置電流、高增益等特性的電荷放大器[16]。由于選針器工作頻率處于低頻段，因此為保證盡可能低的下限截止頻率，R4采用高反饋電阻[17]。

實際信號檢測電路設計補充方案如圖9(b)所示，考慮壓電黏合體引出的正負電極線傳輸過程存在的噪聲干擾，在電荷放大器的反向輸入端增加電阻Rs，防止信號由于噪聲干擾直接作用于反向輸入端而導致電荷放大器損壞；為防止傳輸電壓出現過高、過低現象影響電荷放大器工作，設計使用D1和D22個穩壓二極管構成穩壓保護電路，器件設計可選擇低泄露開關二極管BAV199來實現D1和D2的功能。

5.2 振動信號檢測機制構建及程序架構設計

基于電磁選針器實際提花工況構建振動信號檢測機制，如圖10 (a)所示。機制構建原理為：以選針器16個1組為例，圓緯機主控模塊發出的每條選針器動作指令等效于改變每組中指定選針器刀頭部件的狀態。當選針器主控芯片接收主控指令并進行解析后，執行動作指令到芯片接收到刀頭撞擊黏合體產生的振動信號之間的時間差基本一致，因此可以設置選針器刀頭部件上、下擺擊過程所對應的 2個時間差的容錯范圍來判斷選針器刀頭執行動作指令的提花有效性。

圖10 振動信號檢測程序架構及容錯機制Fig.10 Program architecture and fault tolerance mechanism of vibration signal detection.(a) Fault-tolerant mechanism of vibration detection;(b) Architecture of vibration detection program

由4.1節實驗中觀察多組壓電黏合體的輸出電壓波形可得，驅動電壓不變時，在刀頭部件往復擺擊過程中，其對應刀頭部件上、下擺擊到位的振蕩波形峰值具有一定的穩定性，重復性擺擊過程中基本保持一致，因此通過設置2個合理的波峰閾值作為核心芯片接收到黏合體反饋的有效振動信號的判斷依據。據此設定有效的動作時間容錯范圍，控制針織圓緯機主控系統重復性下發動作指令，通過選針器控制芯片記錄每次執行動作指令開始至接收到中斷觸發信號之間的時間差，分別建立對應刀頭上、下擺擊動作執行過程的2個關于時間差的數據庫，再對其進行數據分析后設置合理的容錯區間。

程序架構設計主要包括程序執行流程和異常處理機制。程序執行流程：當選針器核心芯片解析動作指令后進入動作執行模塊前定時器開始計時，核心芯片實時接收黏合體反饋的振動采樣點信號，當振動信號數據值進入合理的峰值閾值容錯區間內，即產生中斷觸發信號，計算時間差數據并判斷時間差是否在合理的容錯范圍內。異常處理機制：當振動信號數據值長時間未進入合理的峰值閾值容錯區間或觸發中斷后其時間差數據不在合理容錯范圍內，則記錄電路異常信號，停止執行后續選針信號，控制報警燈以固定頻率閃爍，并將電路異常信號反饋至主控系統。振動信號檢測程序框圖如圖10(b)所示，其中Rup和Rdown分別表示刀頭部件上、下動作的容錯范圍。

據此構建基于選針器動作狀態檢測的反饋機制，為判斷工業現場下選針器提花是否有效提供了新的思路。

6 結束語

本文基于壓電陶瓷傳感特性，針對電磁選針器選針動作信號的自檢測技術進行了研究。首先通過設計激光測振實驗，驗證通過采集擋板受迫振動的沖擊力信號的數據并將其作為選針動作有效性判定依據的可行性。其次設計制備壓電黏合體，通過阻抗分析儀測量實驗驗證其作為振動檢測載體的可靠性；并將其裝配于選針器殼體，通過振動檢測實驗校對驗證其于電磁選針工況頻率下作為選針動作檢測部件的合理性。最后通過設計信號檢測電路，構建振動信號檢測機制以完善基于振動信號檢測反饋機制的電磁選針器自偵錯技術，為解決因圓緯機臺的封閉式布局導致無法檢測選針動作有效性的問題提出了新的實施策略，可于工況下實時監測提花動作，有效降低了因選針提花動作失效帶來的布匹錯花、亂花等現象，提高布匹出廠的成品率，具備一定的工程應用前景。

由于實驗條件限制，考慮壓電黏合體的批量化生產以及有效應用，提高壓電黏合體的制備成品率，優化振動信號檢測容錯機制是后續需要深入研究的工作。

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