色纱染料的光电检测

色纱染料的光电检测

0电容检测技术随着纺织工业的发展和电子科学技术的水平的提高，各种新传感器技术在纺织工业中得到了广泛应用，蚕茧检验技术也得到了显著发展，基于不同传感器的电子纺织机的性能得到了显著提高。机械式清纱器作为最早使用的清纱器,其接触式的测量原理存在很大的缺陷,纱疵的清除效率低于50%,所以,早已被电子清纱器所替代。目前应用最广的是电容式电子清纱器,它应用的电容检测技术是纱疵检测领域的主流技术,能有效地感知纱线的平均密度,并在一定程度上可以检测纱线材质的变化,同时,电容传感器造价较低,相对稳定性较好。但是,电容检测技术受环境湿度影响较大,对检测环境要求相对较高,对当今纱线检测中的难点—“异色纱疵”的检测效果很差。异色纱疵包括异色同质纱疵、异色异质纱疵以及特殊纱疵如丙纶丝等,要满足这些检测要求,需要采用光电检测的方式。本文在分析现有光电传感器原理的基础上,提出一种改进型光电式电子清纱器方案,以解决“异色纱疵”检测难题。1清除纱瑕疵的方法光电检测是指利用光电传感器来获取纱线信息的检测方法。光电检测原理如图1所示。光源发出的光经过测量区,其中的一部分被纱线反射和吸收,剩余部分到达光接收器。光接收器将接收到的光信号转换为电信号,经后续电路整理输出。当有粗细变化明显的疵点通过时,输出信号发生相应的幅度变化,将该信号送交鉴别电路,即可判断该纱疵属于有碍纱疵还是无碍纱疵,若超过预先设定的工艺标准,则判定为有碍纱疵,鉴别电路发出一个清除信号,驱动电路驱动切刀将其切除,完成一次清除纱疵的过程。在理想条件下,这种方法感知的是纱线沿光束方向的投影直径。其优点在于它是纱线外观的直观表达,接近视觉效果。但由于检测易受环境光线和检测区清洁度的影响和长周期稳定性差的因素,这种检测方法无法很好地解决异色纱疵的检测问题。2反射光光照测试本文针对色泽异常纱疵,通过对现有光电传感器的改进,来达到将其检出的目的。本文选用光电二极管作为光电接收器,设计原理如图2所示。该传感器由一路光源和两路光电接收器按一定的角度放置,形成固定的检测光路。光源发出的光照在纱线上,会有一部分被吸收和反射,反射光被反射路光电接收器接收。反射光不仅包含纱线的颜色(灰度)信息,也包含了纱线的直径信息。当纱线上有颜色变化时,反射光光强会发生相应的变化;当纱线的直径变化时,反射光光强也会发生相应的变化。为了去除反射光光强中的直径信息,得到所要的颜色信息变化,在系统中引入了透射光接收器来检测纱线的直径变化,综合这两路信号会得到单纯的颜色信息。由于异色纱疵颜色各异,要对各种颜色的纱疵都可检出,必须选择合适的光源和光电接收器。本系统采用特殊材料制成的白光LED,该LED亮度高、在可见光波段发光光谱比较平坦,在RGB上的分量相对比较均衡。光源要在检测区内形成与纱线方向相垂直的切平面光斑。尽量使光强在沿与纱线垂直方向上处处均匀,以保证纱线高速运行过程中的抖动不影响检测。检测光斑沿纱线方向应尽量小,以提高检测的灵敏度。同时为保证在可见光波段对各个颜色有相同的感应灵敏度。3icol6550的工作原理由于光电二极管正常工作的光生电流在μA级别,所以,要求选用的运放有足够的放大倍数,较小的输入偏置电流和输入失调电流,较强的噪声抑制能力。本文采用的运算放大器为ICL7650。ICL7650是利用动态校零技术和CMOS工艺制作的斩波稳零式高精度运算放大器,它具有输入偏置电流小、失调小、增益高、共模抑制能力强、响应快、漂移低等优点。ICL7650的工作原理如图3所示。图中,MAIN是主放大器(CMOS运算放大器),NULL是调零放大器(CMOS高增益运算放大器)。电路通过电子开关的转换来进行两个阶段工作,一是在内部时钟(OSC)的上半周期,电子开关A和B导通,和C断开,电路处于误差检测和寄存阶段;二是在内部时钟的下半周期,电子开关和C导通,A和B断开,电路处于动态校零和放大阶段。利用ICL7650设计如图4所示前置放大电路。4光电传感器检测实验中给LED施加频率为25kHz、波形为方波的调制信号,则LED发出调制光。用相同直径的无疵纱线制作具有黄、绿等异色疵点的纱规,用设计的光电传感器分别对各颜色纱规进行检测,并记录实验结果。图5所示为各个检测各纱规时前置放大器的输出。图5(a)为传感器中无纱线的情况,其峰峰值为与传感器中有纱线的(b),(c),(d)三图的峰峰值相差较大,可知该传感器对有无纱线检测效果明显。同时,图5(b)与(c),(d)差别明显,(c),(d)之间也有一定的差别,由实验结果可知:本系统可有效地检测出纱线上的异色纱疵,且对不同颜色的纱疵也有一定的辨别能力。5光电式电子清纱器在“异色纱瑕疵”检测中的应用本文在分析光电式电子清纱器传感原