一種紡絲溶液氣泡實時檢測系統的製作方法
2023-04-26 13:25:01
專利名稱：一種紡絲溶液氣泡實時檢測系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及纖維材料和精密光學檢測技術領域，特別是涉及基於精密光學檢測技術的一種紡絲溶液氣泡實時檢測系統。
背景技術：
複合材料在許多領域被廣泛應用，並有代替傳統材料的明顯趨勢。高性能纖維對於製備複合材料具有重要意義。高性能纖維對力、熱、光、電等物理作用和酸、鹼、氧化劑等化學作用具有較強的抵抗能力，並具有高強度、高模量、耐高溫、阻燃、耐腐蝕、防電子束輻射、防Y射線輻射等能力。高性能纖維通常用於製作尖端複合材料、產業用紡織品、特種防護用紡織品等，如製作飛彈殼體複合材料的芳綸1414，製作高溫煙塵過濾用無紡布的芳綸 1313，製作防彈衣、防彈頭盔的芳族聚醯胺、芳族聚酯纖維、超高分子量聚乙烯纖維等。紡絲法是製備纖維的常用方法，但是紡絲液中的雜質、氣泡等會對纖維的性能產生較大影響，紡絲液中氣泡的實時檢測具有重要意義。傳統的氣泡檢測系統存在難以實時檢測氣泡大小及其運動速度等不足之處。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種彌補現有紡絲液氣泡檢測系統難以實現實時、動態監測的紡絲溶液氣泡實時檢測系統。本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是提供一種紡絲溶液氣泡實時檢測系統，包括依次擺放的雷射器、擴束透鏡、待測樣品池、傅立葉頻譜變換透鏡、成像透鏡、 圖像傳感器、圖像採集卡和計算機，所述的雷射器的輸出光經擴束透鏡後進入含有紡絲液流入口和流出口的待測樣品池，該光束經待測樣品池中紡絲液的氣泡群散射後，輸出光經傅立葉頻譜變換透鏡進行頻譜變換，變換得到的頻譜圖經成像透鏡成像到圖像傳感器，並經圖像採集卡採集後傳輸給計算機，並在計算機上顯示。所述的雷射器為405nm雷射器或可調諧雷射器。所述的擴束透鏡由兩個凸透鏡組成。所述的雷射源的輸出光經擴束透鏡擴束後進入待測紡絲液的樣品池，紡絲液中的氣泡對光束進行散射，由於氣泡直徑與入射光波長相當，因此檢測以前向米散射(Mie Scattering)光為主的光信號，測量最為準確。米散射光經傅立葉透鏡進行頻譜變換並經成像透鏡，成像於圖像傳感器並被圖像採集卡採集後被計算機處理。通過測量得到氣泡群在不同角度範圍內的散射光強，然後建立氣泡幕散射光強與氣泡直徑和密度的關係，進而通過數學上的反演算法，由測量的散射光強反推出氣泡的直徑和密度分布情況。所述的雷射源的輸出光功率可調，可根據擴束倍數和被測樣品池的長度適當調節雷射器的輸出功率。其中可調諧雷射器，可以變換輸出光的波長，從而提高各個直徑範圍內氣泡的測量精度。所述的擴束透鏡由兩個凸透鏡組成，可根據被測紡絲液樣品池的大小調節擴束倍數。所述的傅立葉頻譜變換透鏡為消象差傅立葉頻譜變換透鏡，以提高系統的整體測
量精度。所述的計算機中設有分析和顯示裝置，用於對所述的圖像採集卡的採集到的數據進行分析、處理和實時顯示。有益效果由於採用了上述的技術方案，本實用新型與現有技術相比，具有以下的優點和積極效果本實用新型可對紡絲液氣泡的直徑、分布密度、含量和運動速度進行實時檢測。在進行檢測時，只需要根據信號光的頻譜強度圖，就可以推算出氣泡的大小、分布密度和運動速度。本實用新型只需將雷射器的輸出埠對準紡絲液的樣品池，並將樣品池的輸出光對準傅立葉透鏡和圖像傳感器，就可實現對紡絲溶液內部氣泡大小、含量和運動速度的實時監測。利用計算機中預置的反演算法程序，可實現氣泡大小、含量、運動速度的實時顯示。本實用新型的雷射器、透鏡、圖像傳感器和圖像採集卡等元件易於購買或製備，且高輸出光束質量的雷射器和高靈敏度的圖像傳感器市場均成熟，性價比高，整個測量系統穩定可靠。系統中其他元器件的工藝水平都已經非常成熟，方便可行，適於用紡絲法製備纖維材料，並可廣泛用於其他領域的氣泡監測。
圖1是本實用新型的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本實用新型。應理解，這些實施例僅用於說明本實用新型而不用於限制本實用新型的範圍。此外應理解，在閱讀了本實用新型講授的內容之後，本領域技術人員可以對本實用新型作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定的範圍。如圖1所示，本實用新型包括雷射器1、擴束透鏡2、待測樣品池3、傅立葉頻譜變換透鏡4、成像透鏡5、圖像傳感器6、圖像採集卡7和一臺計算機8，所述的雷射器1的輸出光經擴束透鏡2後進入含有待測紡絲液流入口和流出口的待測樣品池3，該光束經紡絲液中的氣泡群散射後其輸出光經傅立葉頻譜變換透鏡4進行頻譜變換，變換得到的頻譜圖經成像透鏡5成像到圖像傳感器6，並經圖像採集卡7採集後在計算機8上進行顯示。所述的雷射器1的輸出光的功率可根據樣品池的長度等進行調節，並可用可調諧雷射器進行替代，以輸出不同波長的光信號，而實現對不同大小範圍的氣泡的精確測量。紡絲液中的氣泡對光束進行散射，由於氣泡直徑與入射光波長相當，因此檢測以前向米散射 (Mie Scattering)光為主的光信號，米散射光經傅立葉透鏡進行頻譜變換並經成像透鏡， 成像於圖像傳感器並被圖像採集卡採集後被計算機處理。通過測量得到氣泡群在不同角度範圍內的散射光強，然後建立氣泡幕散射光強與氣泡直徑和密度的關係，進而通過數學上的反演算法，由測量的散射光強反推出氣泡的直徑和密度分布情況。在本實用新型的計算機8中還設有分析和顯示軟體，能夠對圖像採集卡7的採集到的數據進行分析、處理和實時顯示，以實現紡絲液中氣泡大小、含量及運動速度的實時顯示，從而對纖維製備中紡絲液實現實時、動態的監測。計算機中的分析和顯示軟體的具體流程的原理如下將氣泡近似為球形顆粒，不同方向的散射光強度與氣泡的直徑和散射角θ 有關。不同散射角θ方向上的散射光束，將聚焦到圖像傳感器的光探測器的不同環狀帶上，要計算某一直徑範圍的氣泡在光探測器各環上的能量，應將該範圍的散射光強在光探測器各環面上進行積分。通過對各個分環上的光能的大小和變化情況進行分析，即可得到氣泡的大小、分布密度和氣泡的運動速度。
權利要求1.一種紡絲溶液氣泡實時檢測系統，包括依次擺放的雷射器(1)、擴束透鏡O)、待測樣品池(3)、傅立葉頻譜變換透鏡0)、成像透鏡(5)、圖像傳感器(6)、圖像採集卡(7)和計算機(8)，其特徵在於，所述的雷射器(1)的輸出光經擴束透鏡( 後進入含有紡絲液流入口和流出口的待測樣品池(3)，該光束經待測樣品池(3)中紡絲液的氣泡群散射後，輸出光經傅立葉頻譜變換透鏡(4)進行頻譜變換，變換得到的頻譜圖經成像透鏡( 成像到圖像傳感器(6)，並經圖像採集卡(7)採集後傳輸給計算機(8)，並在計算機(8)上顯示。
2.根據權利要求1所述的一種紡絲溶液氣泡實時檢測系統，其特徵在於所述的雷射器(1)為405nm雷射器或可調諧雷射器。
3.根據權利要求1所述的一種紡絲溶液氣泡實時檢測系統，其特徵在於所述的擴束透鏡O)由兩個凸透鏡組成。
專利摘要本實用新型涉及一種紡絲溶液氣泡實時檢測系統，包括依次擺放的雷射器、擴束透鏡、待測樣品池、傅立葉頻譜變換透鏡、成像透鏡、圖像傳感器、圖像採集卡和計算機，雷射源的輸出光經擴束透鏡後，進入含有待測樣品的透明樣品池。採用快速傅立葉變換得到光信號的動態頻譜強度圖，通過頻譜分析得出信號的特徵頻率，根據這些特徵頻率可反推出氣泡的運動速度。通過分析採集信號中一幀圖像，對該幀圖像採用濾波和線性分環的方法得出氣泡群不同角度散射光強，得知氣泡的直徑、密度分布及含量。本實用新型可以監測氣泡群的運動速度、氣泡大小和含量，具有實時、簡捷、實用及可靠性高的優點。
文檔編號G01N9/00GK202048893SQ201120074920
公開日2011年11月23日 申請日期2011年3月21日 優先權日2011年3月21日
發明者餘木火, 彭雨晴, 藤翠青, 詹亞歌, 韓克清 申請人:東華大學