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光電技術(shù)在紡織中的運(yùn)用論文
摘 要： 從基于紡織品以及纖維的高性能光電池以及光電檢測技術(shù)在大容量棉纖維長度檢測中的應(yīng)用兩個方面出發(fā)，探討光電技術(shù)在紡織中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：光電技術(shù)；紡織生產(chǎn)；光電池；電檢測
引言
隨著光電技術(shù)的迅速發(fā)展以及人們對紡織品更新的需求，光電技術(shù)在紡織品的設(shè)計(jì)以及紡織生產(chǎn)過程中都具有新的應(yīng)用。這對于增加紡織品的功能，提高紡織的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量具有重要的作用。
1 光電技術(shù)在高性能紡織纖維設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
紡織行業(yè)中，除了傳統(tǒng)的服裝使用以及遮蓋用的紡織品外，光電技術(shù)在高性能、多功能紡織品中的應(yīng)用正在不斷拓展。在設(shè)計(jì)紡織材料的過程中，除了在紡織材料中嵌入各種光電材料之外，還可以與太陽能技術(shù)整合起來，作為一個重要的紡織結(jié)構(gòu)材料。由此看來，可以采用光電技術(shù)將纖維和紡織材料制成為光電池。因些，可以利用光電技術(shù)制成的光電紡織物制作成輕便的新產(chǎn)品，或者是采用電子設(shè)備的形式將光電紡織材料整合起來，形成新的應(yīng)用產(chǎn)品。最終，使用光電技術(shù)應(yīng)用在紡織中制造出新復(fù)合材料之外，還可以生產(chǎn)出更具有柔軟性的光電結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，諸如柔韌性極高的高效光電纖維等。
生產(chǎn)這些高效能的光電纖維，其主要是采用特殊的材料和生產(chǎn)工藝。尤其是隨著銅、銦、鎵和硒等化合物光電材料的迅速發(fā)展，而且這些材料更加環(huán)保，在柔性的紡織材料中太陽能電池中得到廣泛的應(yīng)用，在太空科技中有更高的應(yīng)用，而使得傳統(tǒng)的硅基材料使用程度有所減小。
在當(dāng)前各種形式的太陽能電池中，在考慮柔韌性、經(jīng)濟(jì)性以及使用性能等多個特征的基礎(chǔ)上，這種基于紡織纖維的高性能電池更適合于在織物中使用。當(dāng)前，已經(jīng)有文獻(xiàn)對在紡織材料中添加光電太陽能電池方面進(jìn)行了研究。而且對這種光電織物在推廣過程中需要注意的問題進(jìn)行了分析，諸如在設(shè)計(jì)的過程中更具有針對性，以市場的需求為導(dǎo)向，以客戶的要求為基準(zhǔn)，以免產(chǎn)生負(fù)面的商業(yè)影響。同時(shí)，光電膜也應(yīng)該設(shè)置在織物或者是紡織產(chǎn)品的外層，這樣可以最大程度的接受來自太陽的能量。與傳統(tǒng)的樹脂基太陽能電池相比，這種基于纖維的光電池將更加的輕質(zhì)和柔韌，而且可以添加到織物的土層當(dāng)中，便于其推廣和應(yīng)用。例如，可以將之設(shè)置到野營的帳篷或者是遮蔽材料中，有時(shí)還可以設(shè)置到戶外背包中，使得在野外也可以獲得電能。
2 光電檢測技術(shù)在大容量棉纖維長度檢測中的應(yīng)用
當(dāng)前的棉纖維長度檢測設(shè)備主要可以分為三個基本類型：光電檢測設(shè)備、分組稱量型設(shè)備以及全自動測量設(shè)備。其中，分組稱量型設(shè)備雖然具有原理簡單、明了的特點(diǎn)，但是其操作過于繁瑣、勞動強(qiáng)度較大，導(dǎo)致其誤差的來源較多，難以控制；而光電檢測設(shè)備則具有測量速度快、檢測效率高以及靈敏度高的特點(diǎn)，在精密測試設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。其基本的原理就是對被測量的變化而引起的光參數(shù)變化，諸如光強(qiáng)度、相位、偏振以及頻率等的變化，最終獲得被測量數(shù)據(jù)的變化。
2.1 系統(tǒng)測試原理
在對棉纖維的長度進(jìn)行測試的過程中，光電檢測設(shè)備需要從松散的棉纖維樣品中抽取大約120g的棉纖維樣品，然后采用螺旋式梳夾將其鎖緊，在經(jīng)過梳刷的初步處理之后，將其中的浮游纖維去掉，通過這個過程保證棉纖維的伸直和平行。然后，在一定的拉伸張力之下使得棉纖維伸展開來，然后將其通過光電檢測設(shè)備。之后，使用棉纖維跟隨梳夾在支架上伴隨移動，隨著棉纖維的移動會使得光源透射到光電接收設(shè)備之上，然后利用光電轉(zhuǎn)換設(shè)備將表示纖維長度的光信號轉(zhuǎn)變成為電信號，最終得到所有棉纖維的長度分布曲線圖，最終統(tǒng)計(jì)得到棉纖維長度的各種指標(biāo)曲線。這種棉纖維長度檢測技術(shù)是典型的透射式光強(qiáng)度信號檢測技術(shù)，其具有技術(shù)原理簡單，操作方便，檢測的靈敏度、可靠度以及精度較高的特點(diǎn)。
2.2 棉纖維長度光電檢測系統(tǒng)基本組成框圖
根據(jù)上面對棉纖維長度光電檢測系統(tǒng)檢測原理的表述，在對實(shí)際的檢測電路進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，首先要設(shè)計(jì)出該系統(tǒng)的光電檢測系統(tǒng)框圖，其基本的流程如下圖1所示。
1）檢測設(shè)備光學(xué)部分的設(shè)計(jì)流程。該檢測系統(tǒng)的光學(xué)部分主要包括光源、光源導(dǎo)光板、接收光線的聚光透鏡以及光電接收設(shè)備pa與pb等構(gòu)成的兩條基本管線通路，如下圖2所示。
其中，光源是采用通過精心選擇，且光線強(qiáng)度經(jīng)過嚴(yán)格匹配之后獲得的多種發(fā)光二極管，最終形成了條狀的光源。在檢測工作進(jìn)行的過程中，由于發(fā)光二極管的發(fā)射角通常比較小，這導(dǎo)致立體角方向的光能量得到迅速的提高，能夠保證棉纖維束所得到的光線強(qiáng)度也對應(yīng)的提高，便于檢測設(shè)備捕獲到光信號的變化。而光源導(dǎo)光板則是利用特殊的材料制成，保證通過該設(shè)備可以將光源所發(fā)出的光便變成一道均勻而平行的光束，且光源能夠平行的照射到被檢測的棉纖維之上，使得檢測精度得到有效控制。
而變化光源的聚光接受透鏡則是利用光的全反射原理，將透鏡制作成為一個梯形的形狀，使得經(jīng)過棉纖維束的光線在有效寬度之內(nèi)能夠有效的聚集到光電接收設(shè)備的接收器Pa之上。其中，光電接收設(shè)備中利用光電二極管制成Pb，而Pa則是線性的噪聲度較低，且能夠在光源波長處具有最大接收靈敏度的光電池。光源中發(fā)出的光在經(jīng)過光源導(dǎo)板之后，直接照射到被檢測的棉纖維束上，而透過的光則通過接收聚光透鏡，將處于有效測量寬度之內(nèi)的透射光聚焦到光電接收設(shè)備Pa之上。這時(shí)，被檢測的纖維束是處于光源導(dǎo)光板以及光線接收透鏡之間的通道之中的，形成了一條測量的光路。而另外一部分光線則是直接傳輸?shù)焦怆娊邮赵O(shè)備Pb之上，進(jìn)而形成一條參考光通路。同時(shí)，將參考光路之上的光源以及光電接收設(shè)備Pb封裝在一起。其中，在測量光通路上，光源導(dǎo)光板、光電接收設(shè)備Pa以及接收透鏡，一起對場角的大小進(jìn)行控制，這樣可以將進(jìn)入光電接收設(shè)備Pa的雜散光線，進(jìn)而對背景噪聲的大小進(jìn)行有效控制，提高光電檢測系統(tǒng)的信噪比，確保光學(xué)部分的信號傳輸盡可能的準(zhǔn)確。
2）檢測設(shè)備光電轉(zhuǎn)換部分的設(shè)計(jì)。測量光路傳輸過來的光信號包含了被檢測纖維束不同長度處的光信號，在經(jīng)過光電池之后可以將之轉(zhuǎn)換成為電壓信號，便于分析和處理。與此同時(shí)，在參考光路上直接傳輸過來的光信號在經(jīng)過光電二極管的處理之后也形成電壓變化信號。
其次，在檢測設(shè)備的設(shè)計(jì)過程中，光電池的長度要適當(dāng)長出接收聚光透鏡光面長度大約4mm。這樣，能夠盡可能的降低光電池在光電轉(zhuǎn)換的過程中出現(xiàn)可能存在的邊緣效應(yīng)。確保光電池能夠很好的使用電信號描述出光強(qiáng)度的變化。
3）調(diào)制和解調(diào)電路的設(shè)計(jì)。對于光強(qiáng)度檢測系統(tǒng)的調(diào)制設(shè)備而言，導(dǎo)致信號的檢測出現(xiàn)誤差的重要因素是由于光源強(qiáng)度的漂移以及光信號受到干擾。為了達(dá)到有效去除由于測量現(xiàn)場光污染出現(xiàn)的干擾光以及光強(qiáng)的漂移問題，需要對光源進(jìn)行調(diào)制處理，然后在兩個光電接收設(shè)備的輸出處進(jìn)行解調(diào)，實(shí)現(xiàn)快速高效地提高設(shè)備的檢測精度。
在長度檢測系統(tǒng)當(dāng)中，脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖能夠?qū)Ξa(chǎn)生光源的電源電壓進(jìn)行通斷操作，實(shí)現(xiàn)對光源的調(diào)制。然后利用和輸入信號同頻率、同相，而且幅值足夠大的方波信號作為檢測光源信號的參考信號，利用相敏解調(diào)電路來對光電轉(zhuǎn)換信號進(jìn)行解調(diào)，達(dá)到對噪聲進(jìn)行抑制的目的，有效的提高了系統(tǒng)的信噪比，進(jìn)一提高檢測的精度。
3 結(jié)語
本文對紡織纖維的高性能光電池，光電檢測技術(shù)在大容量棉纖維長度檢測中的應(yīng)用進(jìn)行了較為詳細(xì)的論述，分析了光電技術(shù)在紡織中的應(yīng)用，拓寬了光電技術(shù)在紡織過程中的應(yīng)用起到了一定的促進(jìn)作用。
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