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摘 要：从基于纺织品以及纤维的高性能光电池以及光电检测技术在大容量棉纤维长度检测中的应用两个方面出发,探讨光电技术在纺织中的应用.

关 键 词：光电技术；纺织生产；光电池；电检测

0引言

随着光电技术的迅速发展以及人们对纺织品更新的需求,光电技术在纺织品的设计以及纺织生产过程中都具有新的应用.这对于增加纺织品的功能,提高纺织的生产效率和产品质量具有重要的作用.

1光电技术在高性能纺织纤维设计中的应用

纺织行业中,除了传统的服装使用以及遮盖用的纺织品外,光电技术在高性能、多功能纺织品中的应用正在不断拓展.在设计纺织材料的过程中,除了在纺织材料中嵌入各种光电材料之外,还可以与太阳能技术整合起来,作为一个重要的纺织结构材料.由此看来,可以采用光电技术将纤维和纺织材料制成为光电池.因些,可以利用光电技术制成的光电纺织物制作成轻便的新产品,或者是采用电子设备的形式将光电纺织材料整合起来,形成新的应用产品.最终,使用光电技术应用在纺织中制造出新复合材料之外,还可以生产出更具有柔软性的光电结构产品,诸如柔韧性极高的高效光电纤维等.

生产这些高效能的光电纤维,其主要是采用特殊的材料和生产工艺.尤其是随着铜、铟、镓和硒等化合物光电材料的迅速发展,而且这些材料更加环保,在柔性的纺织材料中太阳能电池中得到广泛的应用,在太空科技中有更高的应用,而使得传统的硅基材料使用程度有所减小.

在当前各种形式的太阳能电池中,在考虑柔韧性、经济性以及使用性能等多个特征的基础上,这种基于纺织纤维的高性能电池更适合于在织物中使用.当前,已经有文献对在纺织材料中添加光电太阳能电池方面进行了研究.而且对这种光电织物在推广过程中需要注意的问题进行了分析,诸如在设计的过程中更具有针对性,以市场的需求为导向,以客户的要求为基准,以免产生负面的商业影响.同时,光电膜也应该设置在织物或者是纺织产品的外层,这样可以最大程度的接受来自太阳的能量.与传统的树脂基太阳能电池相比,这种基于纤维的光电池将更加的轻质和柔韧,而且可以添加到织物的土层当中,便于其推广和应用.例如,可以将之设置到野营的帐篷或者是遮蔽材料中,有时还可以设置到户外背包中,使得在野外也可以获得电能.

2光电检测技术在大容量棉纤维长度检测中的应用

当前的棉纤维长度检测设备主要可以分为三个基本类型：光电检测设备、分组称量型设备以及全自动测量设备.其中,分组称量型设备虽然具有原理简单、明了的特点,但是其操作过于繁琐、劳动强度较大,导致其误差的来源较多,难以控制；而光电检测设备则具有测量速度快、检测效率高以及灵敏度高的特点,在精密测试设备中得到了广泛的应用.其基本的原理就是对被测量的变化而引起的光参数变化,诸如光强度、相位、偏振以及频率等的变化,最终获得被测量数据的变化.

2.1系统测试原理

在对棉纤维的长度进行测试的过程中,光电检测设备需要从松散的棉纤维样品中抽取大约120g的棉纤维样品,然后采用螺旋式梳夹将其锁紧,在经过梳刷的初步处理之后,将其中的浮游纤维去掉,通过这个过程保证棉纤维的伸直和平行.然后,在一定的拉伸张力之下使得棉纤维伸展开来,然后将其通过光电检测设备.之后,使用棉纤维跟随梳夹在支架上伴随移动,随着棉纤维的移动会使得光源透射到光电接收设备之上,然后利用光电转换设备将表示纤维长度的光信号转变成为电信号,最终得到所有棉纤维的长度分布曲线图,最终统计得到棉纤维长度的各种指标曲线.这种棉纤维长度检测技术是典型的透射式光强度信号检测技术,其具有技术原理简单,操作方便,检测的灵敏度、可靠度以及精度较高的特点.

2.2棉纤维长度光电检测系统基本组成框图

根据上面对棉纤维长度光电检测系统检测原理的表述,在对实际的检测电路进行设计的过程中,首先要设计出该系统的光电检测系统框图,其基本的流程如下图1所示.

1）检测设备光学部分的设计流程.该检测系统的光学部分主要包括光源、光源导光板、接收光线的聚光透镜以及光电接收设备pa与pb等构成的两条基本管线通路,如下图2所示.

其中,光源是采用通过精心选择,且光线强度经过严格匹配之后获得的多种发光二极管,最终形成了条状的光源.在检测工作进行的过程中,由于发光二极管的发射角通常比较小,这导致立体角方向的光能量得到迅速的提高,能够保证棉纤维束所得到的光线强度也对应的提高,便于检测设备捕获到光信号的变化.而光源导光板则是利用特殊的材料制成,保证通过该设备可以将光源所发出的光便变成一道均匀而平行的光束,且光源能够平行的照射到被检测的棉纤维之上,使得检测精度得到有效控制.

而变化光源的聚光接受透镜则是利用光的全反射原理,将透镜制作成为一个梯形的形状,使得经过棉纤维束的光线在有效宽度之内能够有效的聚集到光电接收设备的接收器Pa之上.其中,光电接收设备中利用光电二极管制成Pb,而Pa则是线性的噪声度较低,且能够在光源波长处具有最大接收灵敏度的光电池.光源中发出的光在经过光源导板之后,直接照射到被检测的棉纤维束上,而透过的光则通过接收聚光透镜,将处于有效测量宽度之内的透射光聚焦到光电接收设备Pa之上.这时,被检测的纤维束是处于光源导光板以及光线接收透镜之间的通道之中的,形成了一条测量的光路.而另外一部分光线则是直接传输到光电接收设备Pb之上,进而形成一条参考光通路.同时,将参考光路之上的光源以及光电接收设备Pb封装在一起.其中,在测量光通路上,光源导光板、光电接收设备Pa以及接收透镜,一起对场角的大小进行控制,这样可以将进入光电接收设备Pa的杂散光线,进而对背景噪声的大小进行有效控制,提高光电检测系统的信噪比,确保光学部分的信号传输尽可能的准确.

2）检测设备光电转换部分的设计.测量光路传输过来的光信号包含了被检测纤维束不同长度处的光信号,在经过光电池之后可以将之转换成为电压信号,便于分析和处理.与此同时,在参考光路上直接传输过来的光信号在经过光电二极管的处理之后也形成电压变化信号.

其次,在检测设备的设计过程中,光电池的长度要适当长出接收聚光透镜光面长度大约4mm.这样