专利名称：一种纺丝溶液气泡实时检测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及纤维材料和精密光学检测技术领域，特别是涉及基于精密光学检测技术的一种纺丝溶液气泡实时检测系统。
背景技术：
复合材料在许多领域被广泛应用，并有代替传统材料的明显趋势。高性能纤维对于制备复合材料具有重要意义。高性能纤维对力、热、光、电等物理作用和酸、碱、氧化剂等化学作用具有较强的抵抗能力，并具有高强度、高模量、耐高温、阻燃、耐腐蚀、防电子束辐射、防Y射线辐射等能力。高性能纤维通常用于制作尖端复合材料、产业用纺织品、特种防护用纺织品等，如制作导弹壳体复合材料的芳纶1414，制作高温烟尘过滤用无纺布的芳纶 1313，制作防弹衣、防弹头盔的芳族聚酰胺、芳族聚酯纤维、超高分子量聚乙烯纤维等。纺丝法是制备纤维的常用方法，但是纺丝液中的杂质、气泡等会对纤维的性能产生较大影响，纺丝液中气泡的实时检测具有重要意义。传统的气泡检测系统存在难以实时检测气泡大小及其运动速度等不足之处。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种弥补现有纺丝液气泡检测系统难以实现实时、动态监测的纺丝溶液气泡实时检测系统。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种纺丝溶液气泡实时检测系统，包括依次摆放的激光器、扩束透镜、待测样品池、傅立叶频谱变换透镜、成像透镜、 图像传感器、图像采集卡和计算机，所述的激光器的输出光经扩束透镜后进入含有纺丝液流入口和流出口的待测样品池，该光束经待测样品池中纺丝液的气泡群散射后，输出光经傅立叶频谱变换透镜进行频谱变换，变换得到的频谱图经成像透镜成像到图像传感器，并经图像采集卡采集后传输给计算机，并在计算机上显示。所述的激光器为405nm激光器或可调谐激光器。所述的扩束透镜由两个凸透镜组成。所述的激光源的输出光经扩束透镜扩束后进入待测纺丝液的样品池，纺丝液中的气泡对光束进行散射，由于气泡直径与入射光波长相当，因此检测以前向米散射(Mie Scattering)光为主的光信号，测量最为准确。米散射光经傅立叶透镜进行频谱变换并经成像透镜，成像于图像传感器并被图像采集卡采集后被计算机处理。通过测量得到气泡群在不同角度范围内的散射光强，然后建立气泡幕散射光强与气泡直径和密度的关系，进而通过数学上的反演算法，由测量的散射光强反推出气泡的直径和密度分布情况。所述的激光源的输出光功率可调，可根据扩束倍数和被测样品池的长度适当调节激光器的输出功率。其中可调谐激光器，可以变换输出光的波长，从而提高各个直径范围内气泡的测量精度。所述的扩束透镜由两个凸透镜组成，可根据被测纺丝液样品池的大小调节扩束倍数。所述的傅立叶频谱变换透镜为消象差傅立叶频谱变换透镜，以提高系统的整体测
量精度。所述的计算机中设有分析和显示装置，用于对所述的图像采集卡的采集到的数据进行分析、处理和实时显示。有益效果由于采用了上述的技术方案，本实用新型与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果本实用新型可对纺丝液气泡的直径、分布密度、含量和运动速度进行实时检测。在进行检测时，只需要根据信号光的频谱强度图，就可以推算出气泡的大小、分布密度和运动速度。本实用新型只需将激光器的输出端口对准纺丝液的样品池，并将样品池的输出光对准傅立叶透镜和图像传感器，就可实现对纺丝溶液内部气泡大小、含量和运动速度的实时监测。利用计算机中预置的反演算法程序，可实现气泡大小、含量、运动速度的实时显示。本实用新型的激光器、透镜、图像传感器和图像采集卡等元件易于购买或制备，且高输出光束质量的激光器和高灵敏度的图像传感器市场均成熟，性价比高，整个测量系统稳定可靠。系统中其他元器件的工艺水平都已经非常成熟，方便可行，适于用纺丝法制备纤维材料，并可广泛用于其他领域的气泡监测。
图1是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。如图1所示，本实用新型包括激光器1、扩束透镜2、待测样品池3、傅立叶频谱变换透镜4、成像透镜5、图像传感器6、图像采集卡7和一台计算机8，所述的激光器1的输出光经扩束透镜2后进入含有待测纺丝液流入口和流出口的待测样品池3，该光束经纺丝液中的气泡群散射后其输出光经傅立叶频谱变换透镜4进行频谱变换，变换得到的频谱图经成像透镜5成像到图像传感器6，并经图像采集卡7采集后在计算机8上进行显示。所述的激光器1的输出光的功率可根据样品池的长度等进行调节，并可用可调谐激光器进行替代，以输出不同波长的光信号，而实现对不同大小范围的气泡的精确测量。纺丝液中的气泡对光束进行散射，由于气泡直径与入射光波长相当，因此检测以前向米散射 (Mie Scattering)光为主的光信号，米散射光经傅立叶透镜进行频谱变换并经成像透镜， 成像于图像传感器并被图像采集卡采集后被计算机处理。通过测量得到气泡群在不同角度范围内的散射光强，然后建立气泡幕散射光强与气泡直径和密度的关系，进而通过数学上的反演算法，由测量的散射光强反推出气泡的直径和密度分布情况。在本实用新型的计算机8中还设有分析和显示软件，能够对图像采集卡7的采集到的数据进行分析、处理和实时显示，以实现纺丝液中气泡大小、含量及运动速度的实时显示，从而对纤维制备中纺丝液实现实时、动态的监测。计算机中的分析和显示软件的具体流程的原理如下将气泡近似为球形颗粒，不同方向的散射光强度与气泡的直径和散射角θ 有关。不同散射角θ方向上的散射光束，将聚焦到图像传感器的光探测器的不同环状带上，要计算某一直径范围的气泡在光探测器各环上的能量，应将该范围的散射光强在光探测器各环面上进行积分。通过对各个分环上的光能的大小和变化情况进行分析，即可得到气泡的大小、分布密度和气泡的运动速度。
权利要求1.一种纺丝溶液气泡实时检测系统，包括依次摆放的激光器(1)、扩束透镜O)、待测样品池(3)、傅立叶频谱变换透镜0)、成像透镜(5)、图像传感器(6)、图像采集卡(7)和计算机(8)，其特征在于，所述的激光器(1)的输出光经扩束透镜( 后进入含有纺丝液流入口和流出口的待测样品池(3)，该光束经待测样品池(3)中纺丝液的气泡群散射后，输出光经傅立叶频谱变换透镜(4)进行频谱变换，变换得到的频谱图经成像透镜( 成像到图像传感器(6)，并经图像采集卡(7)采集后传输给计算机(8)，并在计算机(8)上显示。
2.根据权利要求1所述的一种纺丝溶液气泡实时检测系统，其特征在于所述的激光器(1)为405nm激光器或可调谐激光器。
3.根据权利要求1所述的一种纺丝溶液气泡实时检测系统，其特征在于所述的扩束透镜O)由两个凸透镜组成。
专利摘要本实用新型涉及一种纺丝溶液气泡实时检测系统，包括依次摆放的激光器、扩束透镜、待测样品池、傅立叶频谱变换透镜、成像透镜、图像传感器、图像采集卡和计算机，激光源的输出光经扩束透镜后，进入含有待测样品的透明样品池。采用快速傅立叶变换得到光信号的动态频谱强度图，通过频谱分析得出信号的特征频率，根据这些特征频率可反推出气泡的运动速度。通过分析采集信号中一帧图像，对该帧图像采用滤波和线性分环的方法得出气泡群不同角度散射光强，得知气泡的直径、密度分布及含量。本实用新型可以监测气泡群的运动速度、气泡大小和含量，具有实时、简捷、实用及可靠性高的优点。
文档编号G01N9/00GK202048893SQ201120074920
公开日2011年11月23日 申请日期2011年3月21日 优先权日2011年3月21日
发明者余木火, 彭雨晴, 藤翠青, 詹亚歌, 韩克清 申请人:东华大学