一种利用近红外光谱技术检测浆纱上浆率的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用近红外光谱技术检测浆纱上浆率的方法。具体而言，是一种基于傅立叶近红外光谱分析技术，采用特定样品集制备方法进行浆纱试样制备，结合化学计量学方法建立浆纱上浆率校正模型，实现对浆纱上浆率进行快速、无损、在线检测的技术与方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，尤其涉及浆纱上浆率的快 速、无损、在线检测技术。具体而言，是一种采用近红外光谱分析技术与设备，结合化学计 量学方法，通过试验研究所建立的校正模型对未知浆纱样品进行在线无损检测的技术。本发 明涉及到的思想、技术与方法可以用于浆纱工艺过程中对浆纱上浆率进行在线检测，同时， 也可用于织物后加工与后整理过程中对其他相关参数如涂层织物涂层含量、织物丝光度等的检观11 。
技术介绍
浆纱是织造准备工程当中的重要工序，目的是通过上浆工艺使浆液浸透与被覆经纱，并 通过烘燥形成具有一定物理机械性能的浆膜，达到改善经纱织造性能的目的。其中，浆纱上 浆率是评价桨纱质量最重要的技术指标之一。随着新型织造技术尤其是喷气织机等的使用，使得织造速度得到极大提高，这对经纱的 织造性能提出了越来越高的要求，如耐摩性能以及表面毛羽帖服情况等。生产实践表面，经 纱断头是提高织机效率的最主要障碍之一，因此，改进浆纱工艺，尤其是控制上浆率的大小、 保证上浆率均匀一致成为目前迫切需要解决的问题，在浆纱工艺过程中，对上浆率实行在线 检测，则是解决这一问题、提高生产效率及产品质量的有效途径。影响上浆率的因素很多，如浆液浓度(含固率)、粘度、压浆力、浆纱速度、浸浆长度与 浸浆时间等，生产过程中， 一般以这些因素作为检测和控制对象，通过固定或调整这些影响 因素来实现上桨率均匀一致的目的。目前巳经实用化的经纱上浆率在线检测技术主要包括以 下两种物质平衡法、测湿结合浆液浓度法。物质平衡法通过测定一段时间内浆液的消耗量以及相应的经纱通过量，按照上浆率的定 义进行计算来检测这段时间内经纱的平均上浆率。该方法及相关技术设备已经在很多浆纱机中得到了实际使用，如德国研制的Visocoll上浆率检测系统、日本津田驹公司的SPM系统等。采用物质平衡法测定浆纱上浆率具有装置简单、价格低廉的优点，其缺点是测试精度较低(如Visocoll系统检测上浆率的误差大约为±5^10%)，同时，该方法得到的是上浆工艺过 程中一段时间内的平均上浆率，在实时监控系统中使用时对上浆率的控制与调节具有滞后性。 测湿结合浆液浓度法是指采用相关传感器对浆纱压出回潮率(浆纱出压浆辊进烘房前的 回潮率)及浆液浓度(含固率)进行测定，利用二者与上浆率之间的数学关系得到浆纱的上 浆率指标。该方法的典型应用是德国祖克浆纱机的Tdecol，该系统采用微波检测浆纱压出回潮率，采用射光仪检测出浆液含固率，二者输入计算机中，利用相关公式进行上浆率计算。 当前，也有采用超声法进行浆液含固率检测的研究与应用。测湿结合浆液浓度法测试结果较准确，调节迅速，适用范围广。缺点是传感检测技术复 杂，设备价格昂贵。同时，所采用的浆纱回潮率、桨液含固率二者与上浆率之间的数学关系 式多属于近似式， 一般只适合于包括高压上浆在内的常规上浆工艺，对当前应用日益广泛的 预湿上浆工艺由于近似关系不成立而并不适用。近红外光谱(Near Infrared Spectroscopy, NIR)分析技术是近年来分析化学领域迅猛发 展的高新分析技术，是光谱测量技术、计算机技术、化学计量学技术与基础测试技术的有机 结合，它的出现带来了又一次分析技术的革命，越来越引起人们的关注。近年来，近红外光 谱分析技术在多个领域都得到了越来越多的重视，已经有了很多成功的应用，创造了突出的 社会效益和经济效益。近红外检测是一种快速、非破坏性检测技术，可实现定性及定量分析，非常适合进行浆 纱上浆率的检测。近红外技术需要将近红外光谱所反映的样品基团、组成或物态信息与用标 准或认可的参比方法测得的组成或性质数据采用化学计量学技术建立校正模型，是一种通过 对未知样品光谱的测定和建立的校正模型来快速预测其组成或性质的分析方法。而在上浆率 检测过程中，需要对各种影响因素(包括经纱品种与规格、浆料种类与浓度、环境温度湿度) 加以综合考虑，因此对样品集的要求较高，需要进行大量的实验，才能在此基础上建立适用 性强的校正模型。有鉴于此，近红外技术在浆纱上浆率检测领域的应用还尚未取得到实用化 进展，当前国外及国内浆纱设备的上浆率检测系统主要采用物质平衡法、测湿结合浆液浓度 法，采用近红外检测法进行上浆率检测的实用化技术还未见报道。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提出一种可实用化浆纱上浆率近红外检测技术与方法，其检测装置 原理示意图如附图1所示。由傅立叶变换近红外光谱仪的分光元件产生的近红外光线经光纤 传输至探头并照射在浆纱纱片上，由检测器对反射回来的光线进行检测，通过选择合适的扫 描波长范围、扫描次数等测试参数，得到浆纱的近红外光谱图。在经纱下方装有背景陶瓷片， 其作用是为光谱扫描提供稳定的背景。本专利技术所采用的扫描范围为1300-2500nm，对应波数为7900 4000cm—1 ，扫描次数为16次。近红外光谱数据被传入计算机，在这里由化学计量学软件利用通过实验所建立的上浆率 校正模型进行浆纱实际上浆率的检测与预测。本专利技术基于上述装置所提出的浆纱上浆率检测技术可对浆纱上浆率进行检测，并可实现在浆纱过程中对上浆率进行在线实时检测。其检测方法是将近红外光谱所反映的浆纱上浆率 信息与用称重法或计算法得到上浆率数值采用化学计量学方法建立校正模型，然后通过该校 正模型来快速预测未知浆纱的上浆率数值。校正模型建立是本专利技术所提供的上浆率近红外检测方法的基础与必要前提工作，具体建 模方法及过程为a. 经纱样品集建立选取不同纤维原料、特数(线密度)及捻度的经纱作为试验及建模 用经纱；b. 调制浆液选用不同种类、配方的浆料进行不同含固率浆液的调制；C.浆纱操作采用各种浆料对经纱样品集中的经纱分别进行浆纱处理，通过调整浸浆时 间、压桨力、浆纱速度等工艺参数，经上浆、烘燥后得到不同上浆率的浆纱样品，浆 纱样品在一定张力下巻绕到实验用织轴上，所得浆纱试样应含盖不同种类经纱、不同 种类浆料及不同的上浆率，且用于建模的浆纱样品不应低于30个；d. 上浆率测试采用退浆称重法对各浆纱样品进行上浆率测定；e. 浆纱近红外光谱扫描在如附图1所示检测装置上对浆纱样品集中的浆纱试样进行离 线近红外光谱扫描，扫描过程中应使试样排布状态(包括张力、密度)与实际浆纱机 浆纱过程中的状态相一致；f. 采用化学计量学软件进行上浆率近红外校正模型建立对浆纱样品集进行上浆率排 序，按一定方法将样品集划分为校正集与预测集两部分，利用校正集样品的近红外光 谱及上浆率实际测试值进行校正模型的建立，建模过程中对光谱数据进行一阶微分预 处理，并采用偏最小二乘法建立上浆率定量校正模型；然后，利用校正模型对预测集 样品的光谱进行上浆率预测，并将预测结果与实测上浆率数据进行比较，以验证模型 的预测能力。按本专利技术所提供的上述建模方法所建立的上浆率校正模型，将被用于如附图1所示装置 上进行浆纱上浆率的在线或离线检测。 附图说明附图1为本专利技术所建立的浆纱上浆率近红外检测系统。附图标记1- 背景板2- 近红外探头3- 光纤4- 浆纱纱片5- 上浆装置(上浆辊、压浆辊)具体实施例方式下面的实施例可以使本专业技术人员更全面地理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。实施例纯棉纱上浆率近红外检测1. 经纱样品收集为建立经纱上浆率近红外校正模型，首先搜集本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用近红外光谱技术检测浆纱上浆率的方法，该方法包括以下步骤：　ａ．制备具有不同上浆率的浆纱建模样品集；　ｂ．采用常规方法进行建模浆纱样品上浆率化学值的测试；　ｃ．对建模浆纱样品进行近红外光谱扫描；　ｄ．建立和优化 浆纱上浆率近红外校正模型；　ｅ．采用所建立的模型进行未知浆纱试样上浆率的检测。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：傅宏俊，马崇启，吕汉明，陈娇娇，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]