光電技術在紡織中的運用論文

　　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在大容量棉纖維長度檢測中的應用兩個方面出發(fā)，探討光電技術在紡織中的應用。

　　關鍵詞：光電技術；紡織生產(chǎn)；光電池；電檢測

　　引言

　　隨著光電技術的迅速發(fā)展以及人們對紡織品更新的需求，光電技術在紡織品的設計以及紡織生產(chǎn)過程中都具有新的應用。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 光電技術在高性能紡織纖維設計中的應用

　　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，光電技術在高性能、多功能紡織品中的應用正在不斷拓展。在設計紡織材料的過程中，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，可以采用光電技術將纖維和紡織材料制成為光電池。因些，可以利用光電技術制成的光電紡織物制作成輕便的新產(chǎn)品，或者是采用電子設備的形式將光電紡織材料整合起來，形成新的應用產(chǎn)品。最終，使用光電技術應用在紡織中制造出新復合材料之外，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用，在太空科技中有更高的應用，而使得傳統(tǒng)的硅基材料使用程度有所減小。

　　在當前各種形式的太陽能電池中，在考慮柔韌性、經(jīng)濟性以及使用性能等多個特征的基礎上，這種基于紡織纖維的高性能電池更適合于在織物中使用。當前，已經(jīng)有文獻對在紡織材料中添加光電太陽能電池方面進行了研究。而且對這種光電織物在推廣過程中需要注意的問題進行了分析，諸如在設計的過程中更具有針對性，以市場的需求為導向，以客戶的要求為基準，以免產(chǎn)生負面的商業(yè)影響。同時，光電膜也應該設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中，便于其推廣和應用。例如，可以將之設置到野營的帳篷或者是遮蔽材料中，有時還可以設置到戶外背包中，使得在野外也可以獲得電能。

　　2 光電檢測技術在大容量棉纖維長度檢測中的應用

　　當前的棉纖維長度檢測設備主要可以分為三個基本類型：光電檢測設備、分組稱量型設備以及全自動測量設備。其中，分組稱量型設備雖然具有原理簡單、明了的特點，但是其操作過于繁瑣、勞動強度較大，導致其誤差的來源較多，難以控制；而光電檢測設備則具有測量速度快、檢測效率高以及靈敏度高的特點，在精密測試設備中得到了廣泛的應用。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行測試的過程中，光電檢測設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備之上，然后利用光電轉(zhuǎn)換設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)計得到棉纖維長度的各種指標曲線。這種棉纖維長度檢測技術是典型的透射式光強度信號檢測技術，其具有技術原理簡單，操作方便，檢測的靈敏度、可靠度以及精度較高的特點。

　　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，在對實際的檢測電路進行設計的過程中，首先要設計出該系統(tǒng)的光電檢測系統(tǒng)框圖，其基本的流程如下圖1所示。

　　1）檢測設備光學部分的設計流程。該檢測系統(tǒng)的光學部分主要包括光源、光源導光板、接收光線的聚光透鏡以及光電接收設備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，且光線強度經(jīng)過嚴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度也對應的提高，便于檢測設備捕獲到光信號的變化。而光源導光板則是利用特殊的材料制成，保證通過該設備可以將光源所發(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備的接收器Pa之上。其中，光電接收設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備Pa之上。這時，被檢測的纖維束是處于光源導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備Pb之上，進而形成一條參考光通路。同時，將參考光路之上的光源以及光電接收設備Pb封裝在一起。其中，在測量光通路上，光源導光板、光電接收設備Pa以及接收透鏡，一起對場角的大小進行控制，這樣可以將進入光電接收設備Pa的雜散光線，進而對背景噪聲的大小進行有效控制，提高光電檢測系統(tǒng)的信噪比，確保光學部分的信號傳輸盡可能的準確。

　　2）檢測設備光電轉(zhuǎn)換部分的設計。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，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，在檢測設備的設計過程中，光電池的長度要適當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。確保光電池能夠很好的使用電信號描述出光強度的變化。

　　3）調(diào)制和解調(diào)電路的設計。對于光強度檢測系統(tǒng)的調(diào)制設備而言，導致信號的檢測出現(xiàn)誤差的重要因素是由于光源強度的漂移以及光信號受到干擾。為了達到有效去除由于測量現(xiàn)場光污染出現(xiàn)的干擾光以及光強的漂移問題，需要對光源進行調(diào)制處理，然后在兩個光電接收設備的輸出處進行解調(diào)，實現(xiàn)快速高效地提高設備的檢測精度。

　　在長度檢測系統(tǒng)當中，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行通斷操作，實現(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)換信號進行解調(diào)，達到對噪聲進行抑制的目的，有效的提高了系統(tǒng)的信噪比，進一提高檢測的精度。

　　3 結(jié)語

　　本文對紡織纖維的高性能光電池，光電檢測技術在大容量棉纖維長度檢測中的應用進行了較為詳細的論述，分析了光電技術在紡織中的應用，拓寬了光電技術在紡織過程中的應用起到了一定的促進作用。

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