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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(cè)技術(shù)在大容量棉纖維長(zhǎng)度檢測(cè)中的應(yīng)用兩個(gè)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(cè)
引言
隨著光電技術(shù)的迅速發(fā)展以及人們對(duì)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(guò)程中都具有新的應(yīng)用。這對(duì)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(guò)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(yáng)能技術(shù)整合起來(lái)，作為一個(gè)重要的紡織結(jié)構(gòu)材料。由此看來(lái)，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(lái)，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(yáng)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(yáng)能電池中，在考慮柔韌性、經(jīng)濟(jì)性以及使用性能等多個(gè)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(duì)在紡織材料中添加光電太陽(yáng)能電池方面進(jìn)行了研究。而且對(duì)這種光電織物在推廣過(guò)程中需要注意的問(wèn)題進(jìn)行了分析，諸如在設(shè)計(jì)的過(guò)程中更具有針對(duì)性，以市場(chǎng)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(lái)自太陽(yáng)的能量。與傳統(tǒng)的樹(shù)脂基太陽(yáng)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(yíng)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(cè)技術(shù)在大容量棉纖維長(zhǎng)度檢測(cè)中的應(yīng)用
當(dāng)前的棉纖維長(zhǎng)度檢測(cè)設(shè)備主要可以分為三個(gè)基本類型：光電檢測(cè)設(shè)備、分組稱量型設(shè)備以及全自動(dòng)測(cè)量設(shè)備。其中，分組稱量型設(shè)備雖然具有原理簡(jiǎn)單、明了的特點(diǎn)，但是其操作過(guò)于繁瑣、勞動(dòng)強(qiáng)度較大，導(dǎo)致其誤差的來(lái)源較多，難以控制；而光電檢測(cè)設(shè)備則具有測(cè)量速度快、檢測(cè)效率高以及靈敏度高的特點(diǎn)，在精密測(cè)試設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。其基本的原理就是對(duì)被測(cè)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(cè)量數(shù)據(jù)的變化。
2.1 系統(tǒng)測(cè)試原理
在對(duì)棉纖維的長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)試的過(guò)程中，光電檢測(cè)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(guò)梳刷的初步處理之后，將其中的浮游纖維去掉，通過(guò)這個(gè)過(guò)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(kāi)來(lái)，然后將其通過(guò)光電檢測(cè)設(shè)備。之后，使用棉纖維跟隨梳夾在支架上伴隨移動(dòng)，隨著棉纖維的移動(dòng)會(huì)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(zhǎng)度的光信號(hào)轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)，最終得到所有棉纖維的長(zhǎng)度分布曲線圖，最終統(tǒng)計(jì)得到棉纖維長(zhǎng)度的各種指標(biāo)曲線。這種棉纖維長(zhǎng)度檢測(cè)技術(shù)是典型的透射式光強(qiáng)度信號(hào)檢測(cè)技術(shù)，其具有技術(shù)原理簡(jiǎn)單，操作方便，檢測(cè)的靈敏度、可靠度以及精度較高的特點(diǎn)。
2.2 棉纖維長(zhǎng)度光電檢測(cè)系統(tǒng)基本組成框圖
根據(jù)上面對(duì)棉纖維長(zhǎng)度光電檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)原理的表述，在對(duì)實(shí)際的檢測(cè)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，首先要設(shè)計(jì)出該系統(tǒng)的光電檢測(cè)系統(tǒng)框圖，其基本的流程如下圖1所示。
1）檢測(cè)設(shè)備光學(xué)部分的設(shè)計(jì)流程。該檢測(cè)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(guò)精心選擇，且光線強(qiáng)度經(jīng)過(guò)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(cè)工作進(jìn)行的過(guò)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(duì)應(yīng)的提高，便于檢測(cè)設(shè)備捕獲到光信號(hào)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(guò)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(cè)的棉纖維之上，使得檢測(cè)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(gè)梯形的形狀，使得經(jīng)過(guò)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(zhǎng)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(guò)光源導(dǎo)板之后，直接照射到被檢測(cè)的棉纖維束上，而透過(guò)的光則通過(guò)接收聚光透鏡，將處于有效測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(duì)場(chǎng)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(duì)背景噪聲的大小進(jìn)行有效控制，提高光電檢測(cè)系統(tǒng)的信噪比，確保光學(xué)部分的信號(hào)傳輸盡可能的準(zhǔn)確。
2）檢測(cè)設(shè)備光電轉(zhuǎn)換部分的設(shè)計(jì)。測(cè)量光路傳輸過(guò)來(lái)的光信號(hào)包含了被檢測(cè)纖維束不同長(zhǎng)度處的光信號(hào)，在經(jīng)過(guò)光電池之后可以將之轉(zhuǎn)換成為電壓信號(hào)，便于分析和處理。與此同時(shí)，在參考光路上直接傳輸過(guò)來(lái)的光信號(hào)在經(jīng)過(guò)光電二極管的處理之后也形成電壓變化信號(hào)。
其次，在檢測(cè)設(shè)備的設(shè)計(jì)過(guò)程中，光電池的長(zhǎng)度要適當(dāng)長(zhǎng)出接收聚光透鏡光面長(zhǎng)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(guò)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(hào)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(duì)于光強(qiáng)度檢測(cè)系統(tǒng)的調(diào)制設(shè)備而言，導(dǎo)致信號(hào)的檢測(cè)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(hào)受到干擾。為了達(dá)到有效去除由于測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)光污染出現(xiàn)的干擾光以及光強(qiáng)的漂移問(wèn)題，需要對(duì)光源進(jìn)行調(diào)制處理，然后在兩個(gè)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(cè)精度。
在長(zhǎng)度檢測(cè)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(duì)光源的調(diào)制。然后利用和輸入信號(hào)同頻率、同相，而且幅值足夠大的方波信號(hào)作為檢測(cè)光源信號(hào)的參考信號(hào)，利用相敏解調(diào)電路來(lái)對(duì)光電轉(zhuǎn)換信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，達(dá)到對(duì)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(cè)的精度。
3 結(jié)語(yǔ)
本文對(duì)紡織纖維的高性能光電池，光電檢測(cè)技術(shù)在大容量棉纖維長(zhǎng)度檢測(cè)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(guò)程中的應(yīng)用起到了一定的促進(jìn)作用。
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