一种染液浓度原位在线监测系统技术方案

本发明专利技术提出一种染液浓度原位实时在线监测的系统，监测系统包括光源、光纤传感探头、光纤光谱仪和分析处理装置。光纤传输所述光源产生光束至探头，探头通过相对设置的镜面来实现，光束经过镜面的反射和染液的吸收，返回的光束输送到所述光纤光谱仪，光纤光谱仪对返回的光束进行光电转换，经信号分析，获得所述染液物料的全波段的染液光谱图，同时获得设定波长处的吸光度值以及透射率值，所述分析处理装置根据所述光纤光谱仪的分析结果，进行相应的计算，获得染液物料浓度随时间的变化情况。解决了现有染液浓度在线监测技术中染液监测方法的滞后性、误差大等技术问题，是一种可以实时动态监测染液浓度的原位在线监测系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及液体浓度测量领域，具体地说是染液浓度在线测量系统。
技术介绍
纺织产品在我们的生活中随处可见，这些纺织品的颜色以及图案一般是通过印染的方式来加工的。在纺织印染过程中，染液中染料的浓度随时都在变化。为了保证纺织品在染色过程中的产品颜色与标样一致，需要随时监测染液中染料的组分和浓度变化、上染温度、上染率等。纺织物的染色方法可分为浸染和轧染两种。一直以来，在印染过程中，负责染色的技术人员主要依靠其长期积累的经验，对染液中染料组分和浓度进行调整，来获得满足订单要求的色差级别。如以轧染的染色方式对纺织品进行染色，轧液槽中染液的浓度随着染色的进行在不断变化，为保证染色织物上色的前后一致性，必须了解轧液槽中各 组分染料的实时浓度，然后再补充染液，此时完全凭借经验来判断轧液槽中的染料组分以及染液的补充量。而对于以浸染对纺织品染色的方式，染料在不同时间及温度区间内的上染行为(即上染速度)对制定染色升温曲线、选择染料与助剂、控制染色质量、提高生产效率等至关重要。但是，由于现有技术中缺少有效的染料浓度的在线监测设备，只能根据实验室模拟生产的结果和积累的经验，在生产设备运行时边生产边调整。在这种情况下，由于印染过程过多的依赖人为经验，就很难保证染色的均匀性、一致性以及印染效率。由于实时动态的监测染料浓度的变化，可以为染色工作者提供实时信息，从而为准确、及时地调整染液浓度创造条件，因此实时动态的监测染料浓度至关重要。此外，在纺织品的生产领域中，对纤维的染色性能分析、染料的性能分析、染色过程中染料之间以及染料与助剂之间的相互作用分析等，均是以测试染液的浓度变化为依据，再进行不同方向的深层次分析，因此印染过程的浓度变化为上述众多项目的分析提供条件。随着技术的发展，国外出现了染料浓度在线监测的试验机，主要包括染色机器、泵以及分光光度计，由管路连接并形成环路，其工作原理为工作时染色机中的染液通过泵的加压作用被输送到分光光度计的样品池中，染液的吸光度值被测量，然后再经过软件系统计算出浓度值，同时被测试的染液又被泵打回到染色机中。由于这种监测设备是先取出液体、再测试，因此监测结果明显滞后于染液的实时浓度，在调整当前的染液浓度时存在误差，容易造成误判。在中国专利文献CN100429597C中公开了一种对染色机的染液组分进行在线监测和控制的系统，具有染液组分添加装置、染液还原剂在线监测装置、染液PH值在线监测装置、染液采样泵和工业控制计算机，使用实时在线采集染色机染槽中的染液样品，以工业控制计算机为控制核心，利用电位滴定方法在线监测出染液中还原剂的浓度，还在线即时监测出染液的PH值，将在线监测值与设定值进行比较，根据比较结果控制染液组分添加装置的添加量，使在线控制染槽中的染液的成分与设定值一致，从而保证染色织物的染色质量。但是，由于该技术方案是通过采用电位滴定的方法在线监测还原染料染色系统的还原电位来监测与控制染色过程，因而只能被用于还原染料对织物的染色，而不适合其它类型染料染色过程；而且采用电位滴定方法在线监测的方式，还存在着一定的滴定反应误差，监测结果还有一定的滞后性；此外，该技术方案中的设备复杂，存在着实施难度较大、成本高等问题。
技术实现思路
为此，本专利技术所要解决的是现有技术中染液监测方法存在滞后性、误差大，无法实时动态的监测染液浓度的变化等技术问题，从而提出一种可以实时动态的监测染液浓度的染液浓度原位在线监测系统。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下一种染液浓度原位在线监测系统，包括光源、光纤传感探头、光纤光谱仪和分析 处理装置，光源用于产生光束；光纤传感探头包括光纤和探头，所述探头包括发射镜面和反射镜面，相对放置在所需监测的染液中，所述发射镜面通过光纤与所述光源连接，所述光源发射的光束经所述光纤传导后，由所述发射镜面发射出，经所述染液吸收后透过的光束到达所述反射镜面，所述反射镜面反射该光束，将所述光束反射到所述染液中，所述光束经所述染液再次吸收后，透过的光束返回到所述发射镜面；所述发射镜面还通过光纤与所述光纤光谱仪连接，返回所述发射镜面的光束经所述光纤传输到所述光纤光谱仪；光纤光谱仪，对返回的光束进行光电转换、信号处理与分析，得到全波段、多波段的染液光谱图，同时可以获得在设定波长的吸光度值和透射率值，设定取值时间间隔，可以获得不同时间该波长处吸光度值。分析处理装置，与所述光纤光谱仪连接，获得所述光纤光谱仪的光谱数据，并根据光谱数据计算染液中染料的浓度，也可以获得染液物料浓度随时间变化值。本专利技术所述的染液浓度原位在线监测系统，所述发射镜面和反射镜面均为金属镜面，直径为3-7臟，两镜面的间距为O. 2-5mm。本专利技术所述的染液浓度原位在线监测系统，所述光源为紫外-可见光。本专利技术所述的染液浓度原位在线监测系统，所述分析处理装置为高速处理计算机。本专利技术所述的一种染液浓度原位在线监测方法，包括如下步骤(I)将光纤传感探头置于所需监测的染液中，所述探头的发射镜面和反射镜面相对放置在染液内；(2)光源发射出光束，所述光束经所述光纤传导后，由所述发射镜面发射出，经所述染液吸收后透过的光束到达所述反射镜面，所述反射镜面反射该光束，将所述光束反射到所述染液中，所述光束经所述染液再次吸收后，透过的光束返回到所述发射镜面；(3)返回所述发射镜面的光束经所述光纤传输到所述光纤光谱仪，所述光纤光谱仪对返回的光束进行光电转换、信号处理与分析，得到全波段、多波段的染液光谱图，同时可以获得在设定波长的吸光度值和透射率值；(4)将所述光纤光谱仪的分析结果发送到所述分析处理装置，所述分析处理装置对所述光纤光谱仪传输的结果进行计算，获得染液物料浓度随时间变化情况。本专利技术所述的染液浓度原位在线监测方法，所述物料浓度随时间变化情况包括染液瞬时浓度的测定、染液浓度随时间变化百分率以及染液浓度随时间变化曲线。本专利技术所述的染液浓度原位在线监测方法，当所述染液中包含两种物料时，染液瞬时浓度的计算方法如下(I)配置一定浓度的溶液，进行全波长扫描，记录每一种物料吸光度最大时对应的波长，获得物料的最大吸收波长；(2)通过步骤(I)计算出的物料I和物料2的最大吸收波长分别为入1和λ2，物料I在波长λ i和λ 2处的吸光系数分别为kn和k12，物料2在波长λ i和λ 2处的吸光系数分别为k21和k22，针对物料I，配置浓度为C的标准溶液，分别测试系列浓度的物料在波长λ i和λ 2处的吸光度值A1和A2，根据吸光度与溶液浓度之间的线性方程A=kC，即求出物料I在波长 λ :和λ 2处的k值，即kn、k12。按照相同的方法，确定物料2在波长λ i和λ 2处的k值，即k21、k22 ；(3)假设工艺过程中某一时刻t混合溶液中物料I和物料2的浓度分别为C1和C2,测得混合溶液在波长λ i和λ 2处的吸光度分别为A1和A2,则根据吸光度加和性原则A1=Ii11C^k21C2 (I)A2=Ii12C^k22C2 (2)由(I)、(2)组成的方程组求解得C1和C2，这样就获得了物料I和物料2的瞬时浓度。本专利技术所述的染液浓度原位在线监测方法，单一物料的染液浓度随时间变化百分率的计算方法如下在物料最大吸收波长处，测试初始溶液的吸光度Atl,工艺过程中某一时刻溶液的吸光度为At本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种染液浓度原位在线监测系统，其特征在于，包括光源、光纤传感探头、光纤光谱仪和分析处理装置，光源：用于产生光束；光纤传感探头：包括光纤和探头，所述探头包括发射镜面和反射镜面，相对放置在所需监测的染液中，所述发射镜面通过光纤与所述光源连接，所述光源发射的光束经所述光纤传导后，由所述发射镜面发射出，经所述染液吸收后透过的光束到达所述反射镜面，所述反射镜面反射该光束，将所述光束反射到所述染液中，所述光束经所述染液再次吸收后，透过的光束返回到所述发射镜面；所述发射镜面还通过光纤与所述光纤光谱仪连接，返回所述发射镜面的光束经所述光纤传输到所述光纤光谱仪；光纤光谱仪，对返回的光束进行光电转换、信号分析与处理，得到全波段、多波段的染液光谱图，同时可以获得在设定波长处的吸光度值和透射率值，设定取值时间间隔，可获得不同时间该波长处吸光度值；分析处理装置，与所述光纤光谱仪连接，获得所述光纤光谱仪的光谱数据，并根据光谱数据计算染液中染料的浓度，获得染液物料浓度随时间变化值。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓明，申向，张强，李绩，
申请(专利权)人：赵晓明，
类型：发明
国别省市：