- 文献综述（或调研报告）：
1.研究背景及研究意义
我国纺织行业具有劳动成本低、产业链完整、加工配套水平高以及拥有众多发达产业集群等明显竞争优势，是世界上最大的纺织品加工和生产国[1]。然而，我国纺织行业目前普遍存在着企业管理水平和信息化程度较低、增长方式仍以粗放型为主的问题[2]。西方国家集中力量建立高度自动化、断流程的新型纺纱生产线，竞争力已然超越中国现阶段纺织行业发展水平。为保证我国纺织行业在世界上的竞争力，调整纺织行业产业结构、优化生产流程、提高企业管理水平和信息化、智能化程度成为行业发展的重中之重[3]。
细纱工序是纺织工程中重要一环，其成纱质量好坏直接影响后续络筒、织造和成品检测等工序。成纱质量的好坏、产量高低、劳动效率和设备生产效率是纺纱企业生产技术水平和管理水平高低的标志[4]。纺纱质量和效率受到多种条件的影响，纱线的原材料的选择、纺纱装备、技术工艺、加工车间温湿度控制等都是重要的影响因素。除技术层面外，通过维护设施设备、完善工艺管理、优化纺纱工艺、连续运转过程中交接班管理以及车间温湿度控制同样可以提升纱线质量和生产效率。如何提高纱线生产的质量和效率一直以来都是每个纺纱企业不断追求的主要目标。
在新型纺纱技术不断进步的今天，传统环锭纺纱也在不断结合新科技实现技术革新。环锭纺纱凭借生产品种广、原料适用性强、纱线质量好等优势，占全国总纱线产量80%以上，在纺纱领域有着不可替代的地位[5]。在环锭纺纱的过程中，对纱线加工效率以及加工质量影响最大且频率最高的情况是细纱断纱现象。细纱断纱不仅会导致回棉、废棉、飞花现象的增加，导致生产成本增加，产品质量下降等各种不良影响，严重时飞花可能会导致粗砂缠绕皮辊，使环锭细纱机效率降低。目前我国环锭纺纱自动化信息化技术水平仍较低，细纱断头检测当前的处理主要方式是人工处理，挡车工巡回检测，通过肉眼判断断头，并完成接头工作。而人工检测必然会存在巡检路线的固化、工人劳动强度大等问题使得大量的断头无法及时有效的处理[6]。如何能以较低成本检测并清晰的显示细纱断头，提高挡车工处理断纱的效率，成为现阶段细纱断头检测系统亟待解决的问题。根据统计分析表示，通过细纱监测设备监测细纱机生产状况，可以降低55%的维护成本，减少80%设备故障，提高纱线质量[1]。
2.国内外研究现状及分析
全世界的细纱机械主要集中在欧洲和亚洲，欧洲是动力细纱机的发源地，技术水平处于世界领先水平，其中德国、瑞士、意大利等国尤为突出。中国、日本、印度等国的细纱机行业则发展较为成熟，竞争相对充分。细纱断纱检测设备早在三十多年前就已经提出[7]，德国、瑞士、意大利等欧洲一些国家率先着手研究细纱断纱检测系统。瑞士立达公司的ISM（Individual Spindle Monitoring）系统通过在钢领座旁安装光学传感器[4]，及时找出弱捻的纱锭，为挡车工规划更合理的巡回接头路线，同时可以统计纺纱断头数，找出故障锭子。在此之后，印度普美瑞的RingI/Ringeye系统以钢丝圈为检测目标，采用巡回检测方式。当高速圆周运动的钢丝圈经过固定的永磁磁场和感应线圈时，将钢丝圈的运动信号转换为电信号，计算器频率，以获得钢丝圈的转速，从而判断是否有断纱现象产生。在2011年，土耳其Uludag University又提出了基于激光的纱线光影断头检测传感器[3]，通过工业相机获取纱线信息，与预定纱线数量进行比较，完成是否断纱判断。这些系统技术相对成熟，性能可靠，但对生产设备要求高，且价格较高，难以满足我国中小型企业的需求[8]。
针对我国的断纱监测系统，上海太平洋机电有限公司提出了两种断纱检测方案，包括在导纱钩下方设置光电传感器监测头的断纱监测方案和导纱钩摩擦热敏传感的断纱监测方案。[9-10]气压传感器监测钢丝圈运动的检测方案由顾金华等人提出[11]，以钢丝圈运动为检测对象，包括对射气压式细纱机纱线断头监测机构和反射气压式细纱机纱线断头检测机构。但以上的监测方案，又由于灵敏度较低等原因，未见大规模推广使用。
在对国内外研究现状的对比分析中，现有的监测设备主要存在的问题有：国外纺纱断头检测设备成本过高，无法在国内进行大范围的推广。国内检测设备技术水平不足，智能化水平不够高，不能很及时的完成断纱现象的监测及反馈功能。为此，如何设计一套高灵敏度并且可以适应工厂复杂的环境的环锭断纱实时监测系统，在此基础上将成本降低，适合大规模推广使用，这是本课题研究的重点与难点。
图1 环锭纺纱示意图
