近红外无纺布克重、纤维成分含量及水分一体化测量方法

技术领域

本发明属于无纺布的近红外测量方法技术领域，具体涉及到近红外无纺布克重、纤维成分含量及水分一体化测量方法。

背景技术

目前，对于无纺布克重的在线测量，采用X射线测量技术方法和β射线测量技术方法，X射线在线测量无纺布技术，是采用X射线作为发射源，利用无纺布对X射线的吸收特性，即X射线穿过无纺布后其能量因被吸收而衰减，以此来计算出无纺布的克重(单位面积重量g/m

无纺布主要由粘胶纤维、化纤纤维、水分三部分组成。粘胶纤维是以化学浆粕为原料，通过化学方法分离出天然纤维素所形成的纤维，其化学浆粕包括棉浆和木浆，两者对近红外光的特征吸收特性相同。化学纤维是指以石化原料做为初始原料的高分子化合物材料，经过一定工艺制备获得的具有纺织性能的纤维，其对近红外光具有特征吸收特性，由于无纺布各组分在近红外波段具有各自不同的特定的吸收波段和不吸收波段，当近红外光照射到无纺布上时，各组分呈现出来的物理特性各不相同，根据这个物理特征吸收特性，利用参比技术来进行比对测量。

当参比波长光信号穿过无纺布时，其信号受到粘胶纤维和化纤纤维的反射、折射等损失，而测量波长的光信号在穿过无纺布时，其信号除受到粘胶纤维和化纤纤维的反射、折射等损失外，还受到粘胶纤维、化纤纤维的吸收损失，这种吸收损失量的大小反映了粘胶纤维和化纤纤维的组分含量的多少。无纺布其中的粘胶纤维和化纤纤维的物理吸收特性不是独立存在的，而是相互影响相互关联的。为消除粘胶纤维、化纤纤维含量测量之间的相互影响，得到这两种纤维成分含量测量的准确值，需要通过修正函数运算才能消除粘胶纤维和化纤纤维含量测量值的相互影响，从而获得粘胶纤维和化纤纤维的准确的实际含量值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术的缺点，提供一种近红外无纺布克重、纤维成分含量及水分一体化测量方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：近红外无纺布克重、纤维成分含量及水分一体化测量方法，该方法包括：红外光源发出的光通过透镜照射至积分半球上，积分半球将红外光反射至无纺布上，穿过无纺布的红外光经过光锥和聚光镜汇聚，汇聚后的红外光通过调制电机带动旋转的装有调制滤光片的滤光轮获得不同波长并按时间顺序排列的近红外单色光，调制后的近红外单色光到达光电转换器，光电转换器将光信号转换为电信号，电信号进入信号处理采集系统进行处理，所述的信号处理采集系统的处理方法包括以下步骤：

S1、光电转换器输出的电信号输入高增益前置放大器进行放大，放大后的信号送至A/D转换器转换成数字信号；

S2、数字信号送至数据采集及处理系统对数字信号进行识别，将数字信号划分为参比信号和测量信号；

S3、参比信号一路通过增益控制电路送至高增益前置放大器，控制高增益前置放大器的放大倍数，使高增益前置放大器在无纺布物理状态发生变化时，保持参比信号大小不变；

S4、数据采集及处理系统对数据进行运算处理，采用积分形式，测量出无纺布中的粘胶纤维测量信号A、粘胶纤维参比信号a、化纤纤维测量信号B、化纤纤维参比信号b、水分测量信号M、水分参比信号m；

公式(1)中粘胶纤维测量信号A为V

公式(2)中，粘胶纤维参比信号a为V

公式(3)中，化纤纤维测量信号B为V

公式(4)中，化纤纤维参比信号b为V

公式(5)中，水分测量信号M是V

公式(6)中，水分参比信号m是V

粘胶纤维的测量值为：Q’

化纤纤维的测量值为：Q’

水分的测量值为：Q

无纺布中粘胶纤维的实际含量为：Q

δ

α＝1/A (12)

公式(11)中δ

公式(12)中α是粘胶纤维测量值的动态修正系数，与粘胶纤维含量成反比关系；

无纺布中化纤纤维的实际含量为：Q

δ

β＝1/B (15)

公式(14)中，δ

公式(15)中，β是化纤纤维动态修正系数，与化纤纤维含量成反比关系。

进一步的，所述的无纺布的实际总克重为Q

粘胶纤维在无纺布克重中的百分含量为：

Q

化纤纤维在无纺布克重中的百分含量为：

Q

水分在无纺布克重中的百分含量为：

Q

进一步的，所述的近红外单色光包括粘胶纤维的测量光和参比光、化纤纤维的测量光和参比光、水分的测量光和参比光。

进一步的，所述的粘胶纤维的测量光和参比光、化纤纤维的测量光和参比光四种单色光的波长的确定应满足：用纯化纤纤维含量的无纺布作为被测物测量时，所获得的粘胶纤维测量波长对应的测量信号A

本发明利用修正函数对粘胶纤维组分和化纤纤维组分在无纺布中相互关联所造成的成分含量测量影响进行量化处理，用修正系数表达其影响成反比的关系，很好的解决了一直以来无法量化消除其成分含量测量时互相之间的影响，即在测量粘胶纤维含量时，化纤纤维对粘胶纤维含量测量实际值不产生影响，同样在测量化纤纤维含量时，粘胶纤维对化纤纤维测量实际值不产生影响，从而通过本发明方法获得无纺布克重及成分含量准确的测量值。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构示意图。

图2是信号处理采集系统的处理方法流程图。

附图标记：1、反光镜；2、红外光源；3、透镜；4、积分半球；5、无纺布；6、光锥；7、聚光镜；8、滤光轮；9、调制电机；10、光电转换器；11、信号处理采集系统。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，近红外无纺布克重、纤维成分含量及水分一体化测量方法，是一种在线测量方法,其基于被测物处于生产过程中沿着一定方向相对移动状态下的一种动态测量方法。

近红外无纺布克重、纤维成分含量及水分一体化测量方法包括以下步骤：

红外光源2发出的光通过透镜3照射至积分半球4上，红外光源2一侧放置有反光镜1，积分半球4将红外光反射至无纺布5上，穿过无纺布5的红外光经过光锥6和聚光镜7汇聚，汇聚后的红外光通过调制电机9带动旋转的装有调制滤光片的滤光轮8获得不同波长并按时间顺序排列的近红外单色光，调制电机9和滤光轮8设置于光锥6之后侧，使滤光轮8上的滤光片不产生波长温度漂移，调制后的近红外单色光到达光电转换器10，光电转换器10将光信号转换为电信号，电信号进入信号处理采集系统11进行处理。

近红外单色光包括粘胶纤维的测量光和参比光、化纤纤维的测量光和参比光、水分的测量光和参比光。粘胶纤维的测量光和参比光、化纤纤维的测量光和参比光四种单色光的波长的确定应满足：用纯化纤纤维含量的无纺布作为被测物测量时，所获得的粘胶纤维测量波长对应的测量信号A

如图2所示，信号处理采集系统11的处理方法包括以下步骤：

S1、光电转换器10输出的电信号输入高增益前置放大器进行放大，放大后的信号送至A/D转换器转换成数字信号。

S2、数字信号送至数据采集及处理系统对数字信号进行识别，将数字信号划分为参比信号和测量信号。

S3、参比信号一路通过增益控制电路送至高增益前置放大器，控制高增益前置放大器的放大倍数，使高增益前置放大器在无纺布物理状态发生变化时，保持参比信号大小不变。

S4、数据采集及处理系统对数据进行运算处理，采用积分形式，测量出无纺布中的粘胶纤维测量信号A、粘胶纤维参比信号a、化纤纤维测量信号B、化纤纤维参比信号b、水分测量信号M、水分参比信号m。

公式(1)中粘胶纤维测量信号A为V

公式(2)中，粘胶纤维参比信号a为V

公式(3)中，化纤纤维测量信号B为V

公式(4)中，化纤纤维参比信号b为V

公式(5)中，水分测量信号M是V

公式(6)中，水分参比信号m是V

粘胶纤维的测量值为：Q’

化纤纤维的测量值为：Q’

水分的测量值Q

公式(7)中粘胶纤维测量信号A含有对应的折射及反射信息，同时含有对应的吸收信息。粘胶纤维参比信号a含有对应的折射及反射信息，并且该信息与粘胶纤维测量信号的折、反射信息相同，粘胶纤维参比波长对近红外没有特征吸收，因此其参比信号不含有对应的吸收信息。通过粘胶纤维测量信号与粘胶纤维参比信号的比对运算，消除了近红外光穿过粘胶纤维时产生的折射、反射能量损失影响，从而获得粘胶纤维的测量值Q’

公式(8)中化纤纤维测量信号B含有对应的折射及反射信息，同时含有对应的吸收信息。化纤纤维参比信号b含有对应的折射及反射信息，并且该信息与化纤测量信号的折、反射信息相同，化纤纤维参比波长对近红外没有特征吸收，因此其参比信号不含有对应的吸收信息。通过化纤纤维测量信号B与化纤纤维参比信号b的比对运算，消除了近红外光穿过化纤纤维时产生的折射、反射能量损失影响，从而获得化纤纤维的测量值Q’

公式(9)中水分测量信号M含有对应的折射及反射信息，同时含有对应的吸收信息。水分参比信号m含有对应的折射及反射信息，并且该信息与水分测量信号的折、反射信息相同，水分参比波长对近红外没有特征吸收，因此其参比信号不含有对应的吸收信息。通过水分测量信号M与水分参比信号m的比对运算，消除了近红外光穿过水分时产生的折射、反射能量损失影响，从而获得水分的测量值Q

公式(9)中，无纺布中水的实际含量Q

对于克重不变的无纺布，在粘胶纤维测量时，随着化纤纤维成分的不断增加，其粘胶纤维成分在不断的减少，测量信号能量值与参比信号能量值的比值在不断的增大，表示粘胶纤维成分在不断的减少，也就是吸收量不断的减少，其变化量与粘胶纤维成分成反比关系。

对于总克重不变的无纺布，在化纤纤维测量时，随着粘胶纤维成分的不断增加，其测量信号能量值与参比信号能量值之比值在不断的增大，表示化纤纤维成分在不断的减少，也就是吸收量不断的减少，其变化量与化纤纤维成反比关系。

由于粘胶纤维和化纤纤维之间相互关联互为影响，在测量无纺布其中一种纤维成分含量时，需要消除另一种纤维对其的影响，从而获得无纺布纤维成分含量的实际值。本发明所涉及的动态修正函数模型就是为这一目的创建的，通过函数运算来量化处理对无纺布成分含量的测量值修正。从而获得无纺布成分含量的实际值。

无纺布中粘胶纤维的实际含量为：Q

δ

α＝1/A (12)

公式(11)中δ

公式(12)中α是粘胶纤维测量值的动态修正系数，与粘胶纤维含量成反比关系。

无纺布中化纤纤维的实际含量为：Q

δ

β＝1/B (15)

公式(14)中，δ

公式(15)中，β是化纤纤维动态修正系数，与化纤维含量成反比关系。

公式(11)、公式(12)表示，无纺布成分分析中，在测量粘胶纤维含量时，当粘胶纤维含量越大，其化纤纤维对测量粘胶纤维含量测量的影响越小。

公式(14)、公式(15)表示，无纺布成分分析中，在测量化纤纤维含量时，当化纤纤维含量越大，其粘胶纤维对化纤纤维含量测量的影响越小。

无纺布的实际总克重为Q

粘胶纤维在无纺布克重中的百分含量为：

Q

化纤纤维在无纺布克重中的百分含量为：

Q

水分在无纺布克重中的百分含量为：

Q

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。