14.1.2. Застосовування оптичних методів для контролю різних параметрів текстильних матеріалів

Серед неруйнівних методів контролю параметрів текстильних матеріалів виділяється група оптичних методів, що дозволяють контролювати такі показники як: подовження при розтягуванні, поверхнева густина, товщина і маса плоских волокнистих матеріалів.

Ця група методів базується на оптичних властивостях текстильних матеріалів, що проявляються при опроміненні різними джерелами світла.

Так, наприклад, відомо, що при розтягуванні волокнистих матеріалів орієнтація волокон відбувається переважно уздовж напряму витягування. Ця залежність дозволяє створити експрес-метод контролю ступеня паралелізації волокон у волокновмісному матеріалі. При цьому визначається коефіцієнт оптичної анізотропії і коефіцієнт розпрямленості волокон у бавовняних стрічках.

1. 2

3. 4

6. 7

5. 5

Рис. 14.1. Схема пристрою для контролю фізичних параметрів волокнистих

Матеріалів:

1,2 - ідентичні джерела випромінювання; 4 - еталонний зразок; 6,7 - фотоприймачі.

3 - контрольований матеріал; 5 - мікроамперметр;

Існує також оптичний пристрій для контролю фізичних параметрів плоских волокнистих світлопропускальних матеріалів, що рухаються. Схема пристрою наведена на рис. 14.1. Пристрій містить перше джерело випромінювання, оптично з’єднане з першим фотоприймачем через контрольований матеріал; друге джерело випромінювання, оптично з’єднане з другим фотоприймачем через нерухомий еталон, а також реєструвальний пристрій, сполучений з обома фотоприймачами.

Відстань між відповідними площинами поверхонь і площинами чутливих майданчиків фотоприймачів відповідає нерівності:

, (14.1)

де S_о – переріз пучка випромінювання на контрольованому матеріалі;

S_ФП – площа чутливого майданчика фотоприймача, причому величину S_ФП вибирають з умови:

, (14.2)

де - середній розмір допустимих оптичних неоднорідностей в еталонному зразку;

Е_max – максимально допустима похибка вимірювання.

Як еталон використовується зразок контрольованого матеріалу стандартної товщини d₀, причому товщина контрольованого матеріалу відповідає величині різниці Δr світлових потоків, що випускаються одиницею освітленої поверхні контрольованого матеріалу і еталона, а маса М проконтрольованого за час τ матеріалу визначається за формулою:

, (14.3)

де η і l – об'ємна густина і ширина контрольованого матеріалу;

V – швидкість руху матеріалу;

К – коефіцієнт пропорційності між вимірюванням товщини і величиною Δr, який визначається експериментально.

Дана установка рекомендується і для оцінки вмісту лляних волокон у прочосі з бавовною.

У даній лабораторній роботі визначення параметрів якості модифікованого лляного волокна, таких як: вміст костриці і смітних домішок, розщепленість, лінійна густина, відсотковий вміст льону в суміші з бавовною здійснюється за допомогою розробленого на кафедрі ПС і СС ХНТУ неруйнівного оптичного методу і лабораторної установки.

Функціональна електрична схема установки наведена на додатку 3 і складається з двох незалежно працюючих блоків:

1. блок випромінювача з системою стабілізації інтенсивності потужності випромінювання випромінювача;

2. блок фотоприймача, який перетворює випромінювання, що приймається, у цифровий код.

Хід променів у даній оптичній системі такий: випромінювальний світловід утворює пучок інфрачервоного випромінювання, який розходиться і потрапляє на ділильний елемент – напівпрозоре дзеркало.

У дослідному зразку приладу як світлоділильне дзеркало використовується звичайне плоске скло, при цьому 7 % потужності відображається від його поверхні, що цілком достатньо для роботи системи стабілізації потужності випромінювання.

Решта енергії, не змінюючи свого шляху, потрапляє на лінзу проекційного об'єктива, де з розбіжного потоку виходить паралельний пучок світла, направлений на досліджуваний зразок. Паралельність променів, які освітлюють матеріал, обумовлена тим, що положення зразка в проміжку між лінзами не завжди постійне. Це пов'язано з тим, що досліджуваний матеріал має неоднакову «пухнастість», і при паралельному світловому потоці виникла б ситуація, коли один і той самий потік перекривається в різних перерізах різною кількістю досліджуваного матеріалу, що призвело б до значної похибки вимірювання. Далі по ходу променів, частина яких поглинається досліджуваним матеріалом, знаходиться збиральна лінза об'єктива основного фотоприймача, яка фокусує на ньому випромінювання, що пройшло через досліджуваний матеріал.

Знаючи, що геометричні розміри всіх зразків так само, як і їх маса – однакові, відповідно фотострум, що виникає в приймальному фотодіоді, пропорційний поглинальній здатності матеріалу або частинам його складових.

Таким чином, при різній поглинальній здатності компонентів можна визначити відсотковий вміст одного в іншому.

Аналогічно одержуємо залежність вимірюваного сигналу від інших якісних показників модифікованого лляного волокна: розщепленості, лінійної густини і вмісту костриці та смітних домішок

Використовуючи розроблені програми для обробки результатів визначення розщепленості (У₁), вмісту костриці (У₂), відсоткового вмісту лляного компонента в суміші (У₃) і лінійної густини (У₄), одержали залежності які дозволяють за величиною вимірюваної напруги фотоструму (x) визначити досліджувані параметри:

У₁ = 493,7 - 0,6x; У₂ = 421,1 - 59,6x.

У₃ = 65,6+4,4x; У₄ = 469,2 - 313,6x.

Рис. 14.2. Функціональна електрична схема установки контролю якості

короткого лляного волокна поглибленої переробки