基于单片机的棉纤维成熟度仪系统.pdf
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1、第2 9 卷第7 期 2 0 0 8 年7 月 纺织学报 J o u m a lo fT e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 9N o 7 J u l 2 0 0 8 文章编号0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 8 ) 0 7 0 0 8 7 0 4 基于单片机的棉纤维成熟度仪系统 殷开成1 , ( 1 东华大学纺织材料与技术实验室,上海 于伟东1 2 2 0 1 6 2 0 ;2 嘉兴学院,浙江嘉兴3 1 4 0 0 1 ) 摘要开发基于单片机的棉纤维成熟度仪。利用单片机集成度高,功能强,可靠性高。结构简单,应用灵活和价 格低等特点,以偏振光成熟
2、度检测原理为基础,运用单片机实现检测的自动化和智能化。通过光学电路将棉纤维 成熟度以光电信号形式输出,A D 转换通道进行模数转换,完成对成熟度各个参数的计算,与标准值比较并输出相 对偏差。根据部分棉花品种的实测结果和经验,给出透射光强与成熟度系数的关系以及相对光强与纤维数量修正 系数的关系。 关键词棉纤维;成熟度;偏振光;单片机 中图分类号:T P2 7 3文献标识码:A R e s e a r c ho nc o t t o nf i b e rm a t u r i m e t e rb a s e do nS C M Y I NK a i c h e n 9 1 ,Y UW e i d
3、 o n 9 1 2 ( 1 T M TL a b ,D o n g h u aU n i v e r s i t y ,S h a n g h a i2 0 1 6 2 0 ,C h i n a ; 2 J i a x i n gU n i v e r s i t y ,J i a x i n g ,Z h e j i a n g31 4 0 0 1 ,C h i n a ) A b s t r a c tT h ed e v e l o p m e n to fc o t t o nf i b e rm a t u r i m e t e rb a s e do nS C Mt e c h
4、 n o l o g yi sc a r r i e do u t S i n c eS C M h a ss u c ha d v a n t a g e sa sh i g hi n t e g r a t i o na n de f f i c i e n c y ,r e l i a b i l i t y ,s i m p l ei ns t r u c t u r e ,f l e x i b l ei na p p l i c a t i o n a n dl o wp r i c e ,t h er e s e a r c hw o r ki n t e n d st ou s
5、 eS C Ma n dr e a l i z ei n t e l l i g e n ta n da u t o m a t i cd e t e c t i o no fc o t t o n f i b r em a t u r i t yi na c c o r d a n c ew i t ht h ep r i n c i p l eo fp o l a r i z e dl i g h t T h eo p t i c a l e l e c t r o n i c s i g n a lm a t u r i t yo f c o t t o nf i b e ri so u
6、 t p u tb yo p t i c a l - e l e c t r o n i cc i r c u i t ,a n dt h e na n a l o gt od i g i t a lc o n v e r s i o ni sd o n eb yA D c o n v e r t e r ,a n df i n a l l y ,c a l c u l a t i o no fp a r a m e t e r so nm a t u r i t yi sc o n d u c t e d a n dr e l a t i v ed e v i a t i o no fo u
7、 t p u ti s g i v e nb yc o m p a r i n gw i t hs t a n d a r dv a l u e A c c o r d i n gt oe m p i r i c a ld a t aa n dm e a s u r e dv a l u e so nm a t u r i t yo fs o m e c o t t o nv a r i e t i e s ,t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ni n t e n s i t yo ft r a n s m i s s i o na n dm a
8、t u r i t yi n d e x ,r e l a t i v ei n t e n s i t ya n d c o r r e c t i o nc o e f f i c i e n to ff i b e rn u m b e ra r ei n v e s t i g a t e d K e yw o r d s c o t t o nf i b e r ;m a t u r i t y ;p o l a r i z e dl i g h t ;S C M 棉纤维成熟度即在生长发育过程中纤维素次生 脆壁中积累和加厚的程度,它与棉纤维的许多理化 性能直接相关。一般情况下,成熟度
9、好的棉纤维色 泽亮,强力高,吸湿小,转曲多,弹性大,染色好,保暖 良,细度粗,因此,成熟度是反映棉纤维品级的综合 指标,是决定棉纤维使用价值的重要依据,是检验棉 纤维品级的根本条件。现在的检测仪器都在向自动 化、智能化、低成本、高效率的方向发展。本文利用 单片机具有集成度高,功能强,可靠性高,结构简单, 应用灵活和价格低等特点,以偏振光成熟度检测原 理为基础,将单片机作为工具,建立完善的棉纤维成 熟度检测系统,其中包括自动检测技术、信号转换技 术、机械控制技术和一些软件编程技术。 1 检测原理 1 1 光学电路原理 检测系统的光学电路如图1 所示。利用棉纤维 的双折射性,根据偏振光进入纤维后所
10、产生的光程 差、干涉光和光强度的变化,间接地估测棉纤维的成 收稿日期:2 0 0 7 0 7 0 8修回日期:2 0 0 7 0 9 2 8 基金项目:上海市科委技术标准项目( 0 5 D Z 0 5 0 4 4 ) 作者简介:殷开成( 1 9 6 8 一) ,男,讲师,博士生。研究方向为纺织材料与纺织品设计、纺织信息化。于伟东,通讯作者, E - m a i l :w d y u d h u e d u c n 。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark
11、 8 8 纺织学报 第2 9 卷 熟度。这种测定方法目前共有2 种:一种是偏振光 干涉色测定法;另一种是根据偏振光强度估测棉纤 维成熟度法。本文采用后一种方法。 l 激光装置;2 一非球面集光镜;3 一起偏振片;4 一纤维试样; 5 一偏振;6 一硅电池7 一单片机;8 一非球面集光镜。 图1 光学电路结构图 F i g 1 S t r u c t u r ed i a g r a mo fo p t i c sc i r c u i t 透过棉纤维和检偏振片后的光强度与成熟度系 数的关系式为 , = ,Ps i n 2 2 口s i n 2 1 5 0 r i D ( K + 1 3 ) (
12、 n 。一n 。) 2 式中:L 为透过棉纤维和检偏振片后的光强度;, 为入射到棉纤维上的偏振光强度;2 为入射光的波 长;a 为棉纤维光轴与起偏振片振动面之间的夹角; D 为棉纤维的理论外直径;K 为棉纤维成熟度系 数;n 。一n 。为棉纤维双折射率。 在没有起偏器的光路中,相对透射光强,。和测 定纤维数量呈反比的规律,在仪器设计的纤维数量 读数范围内( 即,。在“5 5 6 5 ”内) 相对透射光强,。 与纤维数量修正系数E 有如下关系: l a = E I o 1 2 检测工作原理 在偏振光检测棉纤维成熟度的应用中,要对 棉纤维进行2 种成熟度的检测。一种是由激光装置 通过偏振片给棉纤维
13、照射激光,由硅电池转换成相 应的光电流,通过A D 模数转换通道输入单片机,其 数值经过特定的成熟度的算法与标准值相比较,最 后通过微型打印机输出。另一种是在没有偏振片的 情况下,检测通过单位面积棉纤维的透射激光,然后 由硅电池转换成相应的光电流,经过数模转换后进入 单片机,修正计算后输出打印结果。 2 种检测方法的通道和计算方法可以由键盘和 L C D 显示器等人机接口实现控制选择,由于输出数值 为相对偏差值,因此在检测之前必须先检测并保存已 经成熟的棉纤维成熟度数值,以作为检测的标准值。 图2 系统结构图 。 F i g 2 S t r u c t u r ed i a g r a mo
14、fs y s t e m 2 1 控制计算模块 控制计算部分心1 是整个设计的核心部分,而单 片机又是控制计算部分的核心,内部存储了本设计 的2 种计算方法,它不仅对进入单片机的数据进行 计算处理,而且控制连接存储器、数模转换、人机接 口和数据输出等各个模块的工作。由于光电信号是 模拟量,单片机无法识别模拟量,所以在信号进入单 片机之前,必须通过建立一个模数转换通道,将光电 信号的模拟量转换成单片机能够识别的数字量,才 能对其数据进行计算处理。此外,对于计算中的各 种参数以及各种计算结果还要有一个外部存储器进 行暂时的存放,以便随时调用。 2 2 数据输出模块 输出由3 个部分组成:L C D
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