Способ бесконтактной полиполяризационной идентификации и определения состава и качества шерсти и растительных волокон

Изобретение относится к области оптико-физических исследований состава естественных материалов, таких как шерсть и растительные волокна (лен, хлопок, шелк и др.), и может быть использован в текстильной промышленности, в зоотехнике, при археологических исследованиях, при определении качества сырья и изготовленной из него продукции. Размещают исследуемый объект в оптической системе, включающей оптически связанные между собой анализатор, поляризатор и объектив. Исследуемый объект в проходящем свете становится источником вторичного излучения. Излучение от исследуемого объекта и излучение, прошедшее сквозь исследуемый объект, направляют на матрицу ПЗС-камеры, с помощью которой получают полиполяризационную картину исследуемого объекта и сравнивают ее с имеющимися эталонными изображениями, что позволяет однозначно идентифицировать исследуемый объект. Вывод о составе и качестве исследуемого объекта делают после исследования полученной полиполяризационной картины объекта по ряду дополнительных показателей. Изобретение обеспечивает возможность визуально и с высокой степенью достоверности определить структурный состав исследуемого объекта для целей его идентификации и объективного определения его качества. 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Изобретение относится к области оптико-физических исследований состава естественных материалов, таких как шерсть и растительные волокна (лен, хлопок, шелк и др.), и может быть использован в текстильной промышленности, в зоотехнике, при археологических исследованиях, при определении качества сырья и изготовленной из него продукции.

Для оценки новизны и технического уровня заявленного решения рассмотрим ряд известных заявителю технических средств аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с заявленным изобретением признаков, известных из сведений, ставших общедоступными до даты приоритета изобретения.

Известен способ отбора и подбора овец тонкорунных и полутонкорунных пород по тонине шерсти, основанный на корреляционной взаимообусловленной связи тонины шерсти с конституциональными особенностями овец и рядом продуктивных качеств, таких как: настриг, длина, густота, выход шерсти и живая масса. Совершенствование овцеводства и повышение его продуктивности базируется на выделении лучших животных и пополнении ими основного стада. Овец отбирают по продуктивности, оценивая ее по разным показателям. В племенной работе в направлении шерстной продуктивности одной из качественных характеристик стада является качество шерсти овец, в оценке которого большую роль играет тонина шерсти (средний диаметр, мкм). Этот показатель, тесно связанный с другими свойствами шерсти, является одним из важных качественных признаков, определяющих ее технологическое назначение. Чем руно однороднее по тонине, тем выше селекционная оценка животного. Наследуемость и повторяемость тонины шерсти указанных пород овец высоки, что дает возможность вести селекцию по качеству шерстной продукции, проводя оценку качества шерсти по тонине, см. патент РФ №2060658. Существенным недостатком известного способа является сложность и трудоемкость в оценке продуктивности овец, связанной с определением большого количества показателей, а также отсутствие простой связи в четко выраженных критериях, определяющих дальнейшее направление племенной работы.

Известны методики исследования археологических тканей, которые включают физические и химические исследования, методы исследования тканей.

С этой целью проводятся исследование под микроскопом, сжигание волокон тканей (различный запах при сгорании шерстяных и растительных волокон, пепел - при сжигании растительных волокон, катышки при сжигании шерстяных волокон, образования пепла при сжигании растительных волокон, или вид сгоревшего фрагмента ткани шерстяных и шелковых волокон), химическая обработка волокна серной кислотой и щелочью. (Растительные волокна разрушаются при обработке серной кислотой, а шерстяные - разбухают при обработке щелочью).

Изучение тканей, найденных во время археологических раскопок, проводится по определенной методике, впервые разработанной и опробованной сотрудниками ГАИМК (а) еще в 1932 г. (Известия ГАИМК-1932 т.11 вып.7-9-1. Под редакцией А.А. Воскресенского и Н.П. Тихонова. Технологическое изучение материалов курганных погребений Ноин-Упа. 4.1 Ткани. (Материалы Монголо-Тибетской экспедиции П.К. Козлова 1924-1925 г.)). В статье (Технологические методы исследования археологического материала А.А. Воскресенский, Н.П. Тихонов стр.1-10) указывалось, что исследование шелкового сырья проводилось микрохимическим путем, а шерстяного сырья - химическим, гистологическим и микроскопическим. Пряжа подвергалась исследованию со стороны ее технологических свойств: тонины, крутки, крепости. Известные методики сложны в использовании и не дают ответа на многие вопросы исследований. Исследователи археологических тканей уходят от вопроса принадлежности шерсти тому или иному животному, называя ее «текстиль, полотно, некрученая нить, переплетенья и т.д. При исследовании под микроскопом всю полезную информацию забивает фоновый свет, который в предложенном способе считается паразитным и устраняется до необходимой величины.

В текстильной промышленности большое значение имеет оценка свойств ворсовых материалов при исследованиях на этапах сортировки и оценки качества. При этом необходимо измерять геометрические характеристики ворсовых материалов с прямым и наклонным ворсом (волосяным покровом) без их разрушения для оценки их геометрических характеристик и получения данных толщины ворса (волосяного покрова) и грунта (кожевой ткани) материалов. Известно специальное устройство для неразрушающей оценки геометрических характеристик ворсовых материалов и определения усилия прокола иглой, включающее смонтированные в одном корпусе соосно подвижную платформу со средствами измерения толщины волосяного покрова и кожевой ткани, с опорой для фиксации материала, предметный столик с возможностью электрического контакта со средствами измерения, узел фиксации начала измерения, измерительный узел, отличающееся тем, что средства измерения толщины выполнены в виде подпружиненного щупа с закругленным концом и съемной иглы, взаимодействующих соответственно с датчиком малых перемещений и датчиком измерения усилия и расположенных на одной линии вдоль предметного столика, выполненного с возможностью поворота на 90° на выносной опоре, а измерительный узел выполнен в виде датчика импульсов, расположенного на валу приводного двигателя, блока измерения и панели индикации, см. патент РФ №2182707.

Известно устройство для оптикоэлектронного бесконтактного исследования минералов и органических структур, содержащее размещенные на оптической оси источник излучения, поляризатор, порошок исследуемого объекта с размером частиц от 10 до 35 мкм, анализатор, аподизационную диафрагму, выполненную в виде двух одинаковых дисков с центральными отверстиями в виде ассиметричных фигур в плане, по меньшей мере один из которых установлен с возможностью вращения вокруг их общей оптической оси, ПЗС-камеру, кроме того, между анализатором и ПЗС-камерой размещают вводимое зеркало, посредством которого излучение от дополнительного источника света через дополнительный объектив направляют на исследуемый объект, который размещают от дополнительного объектива на расстоянии, определяемом по формуле Ньютона, при этом излучение от исследуемого объекта в отраженном свете и излучение, прошедшее через порошок исследуемого объекта, направляют на матрицу ПЗС-камеры, см. патент РФ №2402753.

Известен оптикоэлектронный способ определения кальцийсодержащих компонентов строительных растворов, согласно которому излучение от источника посредством отражателя и зеркала направляют на исследуемый объект, который размещают на оптической оси между двумя анализаторами-поляризаторами, при этом между объективом и анализатором-поляризатором, расположенным со стороны средств визуализации, на оптической оси устанавливают аподизационную диафрагму. В начале анализаторы-поляризаторы имеют общую плоскость поляризации излучения. Исследуемый объект размещают на предметном стекле, после чего настраивают объектив на исследуемый объект, добиваясь резкости изображения. После этого анализаторы-поляризаторы настраивают путем изменения плоскости поляризации, добиваясь отсутствия основного излучения, которое становится фоновым для получаемой поляризационной картины. Аподизационная диафрагма минимизирует волновые искажения, связанные с дифракцией, бликами и рефлексами оптической системы. Затем с помощью средств визуализации фиксируют появившуюся на средствах визуализации поляризационную картину и с помощью объектива производят ее юстировку. Получаемая заявленным способом поляризационная картина имеет характерный вид, зависящий от вида кальцийсодержащих компонентов и технологии приготовления строительных растворов. После этого сравнивают поляризационную картину с эталонными изображениями, полученными от кальцийсодержащих компонентов датированных строительных растворов, полученными аналогичным способом, после чего делают вывод о виде входящих в исследуемый объект кальцийсодержащих компонентов и их возрасте, см. патент РФ №78945

Данному аналогу присуща совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков изобретения, в связи с чем данное известное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемого изобретения.

Недостатками известных средств является сложность подготовительных работ с исследуемым объектом, в связи с необходимостью изготовления шлифов, которые приготавливают из структур исследуемых минералов. Известные средства не позволяют исследовать объекты, изготовление шлифов которых практически невозможна, а именно, шерсть, растительные волокна, поскольку при любых подготовительных работах с подобными объектами теряется громадная часть информации, в то время как их исследование имеет важное значение для их идентификации и оценки качества.

В основу настоящего изобретения положено решение сложной технической задачи бесконтактного неразрушающего исследования шерсти и растительных волокон с целью их идентификации и определения их состава и качества.

Сущность заявляемого изобретения как технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше обеспечиваемого изобретением технического результата. (

Способ бесконтактной полиполяризационной идентификации и определения состава и качества шерсти и растительных волокон, включающий их визуальное исследование с использованием оптической системы, характеризующийся тем, что исследования проводят с помощью оптической системы, включающей оптически связанные между собой анализатор, поляризатор и объектив, для чего исследуемый объект размещают между анализатором и поляризатором и воздействуют на него излучением от первичного источника, при этом поворотом анализатора осуществляют снижение интенсивности паразитного излучения первичного источника, после чего излучение от исследуемого объекта как источника вторичного излучения и излучение, прошедшее сквозь исследуемый объект, направляют на матрицу ПЗС-камеры, с помощью которой получают полиполяризационную картину исследуемого объекта, сравнивают ее с эталонными изображениями и идентифицируют объект, после чего исследуют полиполяризационную картину объекта по ряду дополнительных показателей и делают вывод о составе и качестве исследуемого объекта.

В этом заключается совокупность существенных признаков, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Заявленное решение имеет ряд дополнительных факультативных признаков, а именно:

- исследуют полиполяризационную картину объекта по дополнительному показателю тонины объекта и ее изменений;

- исследуют полиполяризационную картину объекта по дополнительному показателю структуры волокон объекта;

- исследуют полиполяризационную картину объекта по дополнительному показателю характера поверхности объекта;

- исследуют полиполяризационную картину объекта по дополнительному показателю цвета объекта;

- исследуют полиполяризационную картину объекта по дополнительному показателю наличия в структуре объекта перепонок и/или перемычек и/или посторонних включений.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, совокупности признаков которых совпадают с совокупностью отличительных признаков заявленного изобретения.

Отдельные отличительные признаки заявленного изобретения, такие как источники излучения, анализаторы-поляризаторы, средства визуализации, известны из уровня техники, однако заявителю не известны какие-либо публикации, которые содержали бы сведения о влиянии данных отличительных признаков изобретения на достигаемый непосредственный технический результат, который заключается в том, что полиполяризационная картина объекта позволяет получать изображение исследуемого объекта с различными по цвету и интенсивности зонами, видеть четкие контуры, структуру и характер поверхности объекта, что позволяет достоверно идентифицировать исследуемый объект, определить его структурный состав и оценить качество исследуемого объекта.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана полиполяризационная картина эталона верблюжьей шерсти, на фиг.2 - полиполяризационная картина исследуемого фрагмента шерсти неизвестного происхождения, на фиг.3 - полиполяризационная картина эталона шерсти овцы, на фиг.4 - полиполяризационная картина исследуемого фрагмента шерсти верблюда, на фиг.5 - полиполяризационная картина исследуемого фрагмента шерсти овцы, на фиг.6 - полиполяризационная картина эталона волокон льна, на фиг.7 - полиполяризационная картина исследуемого фрагмента ваты, на фиг.8 - полиполяризационная картина эталона волокон хлопка, на фиг.9 - полиполяризационная картина исследуемого фрагмента неизвестного происхождения.

Заявленный метод реализуют следующим образом.

Размещают исследуемый объект на предметном стекле в оптической системе, включающей оптически связанные между собой анализатор, поляризатор и объектив, и воздействуют на исследуемый объект излучением от первичного источника. Исследуемый объект в проходящем свете становится источником вторичного излучения. Поворотом анализатора осуществляют снижение интенсивности паразитного излучения первичного источника, миновавшего исследуемый объект. При этом происходит "затухание" фона и увеличение яркости картины, а так же появляется четкое изображение всех зон исследуемого объекта, как вторичного источника излучения. Излучение от исследуемого объекта и излучение, прошедшее сквозь исследуемый объект, направляют на матрицу ПЗС-камеры, с помощью которой получают полиполяризационную картину исследуемого объекта и сравнивают ее с имеющимися эталонными изображениями, что позволяет однозначно идентифицировать исследуемый объект.

Вывод о составе и качестве исследуемого объекта делают после исследования полученной полиполяризационной картины объекта по таким показателям, как тонина объекта и ее изменения по его длине, по показателю структуры волокон объекта, по показателю характера поверхности объекта, по показателю цвета объекта, по показателю наличия в структуре объекта перепонок и/или перемычек и/или посторонних включений.

Так, например, при сравнении поляризационной картины эталона верблюжьей шерсти на фиг.1 и полиполяризационной картины исследуемого фрагмента шерсти неизвестного происхождения на фиг.2, можно сделать уверенный вывод, что исследуемый объект является шерстью верблюда.

При сравнении поляризационной картины эталона шерсти овцы на фиг.3 и полиполяризационной картины исследуемого фрагмента шерсти верблюда на фиг.4, можно сделать вывод о низком качестве шерсти верблюда, поскольку в шерсти верблюда явно выявлены фрагменты шерсти овцы, которая значительно дешевле.

При анализе полиполяризационной картины исследуемого фрагмента шерсти овцы на фиг.5 по дополнительным показателям можно сделать вывод о низком качестве исследуемого фрагменте шерсти овцы, поскольку волокна шерсти неравномерные по тонине и имеют неоднородную поверхность.

При анализе полиполяризационной картины эталона волокон льна на фиг.6 и полиполяризационной картины исследуемого фрагмента ваты на фиг.7, можно сделать вывод о том, что вата сделана на основе льна высокого качества, поскольку все волокна льна имеют одинаковую тонину.

При анализе полиполяризационной картины эталона волокон хлопка на фиг.8 и полиполяризационной картины исследуемого фрагмента неизвестного происхождения на фиг.9, можно сделать вывод о том, что фрагмент на фиг.9 состоит из смеси волокон льна и хлопка хорошего качества.

Существенным преимуществом заявленного способа является возможность визуально и с высокой степенью достоверности определить структурный состав исследуемого объекта для целей его идентификации и объективного определения его качества.

Возможность промышленного применения заявленного технического решения подтверждается известными и описанными в заявке средствами и методами, с помощью которых возможно осуществление изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения.

1. Способ бесконтактной полиполяризационной идентификации и определения состава и качества шерсти и растительных волокон, включающий их визуальное исследование с использованием оптической системы, отличающийся тем, что исследования проводят с помощью оптической системы, включающей оптически связанные между собой анализатор, поляризатор и объектив, для чего исследуемый объект размещают между анализатором и поляризатором и воздействуют на него излучением от первичного источника, при этом поворотом анализатора осуществляют снижение интенсивности паразитного излучения первичного источника, после чего излучение от исследуемого объекта как источника вторичного излучения и излучение, прошедшее сквозь исследуемый объект, направляют на матрицу ПЗС-камеры, с помощью которой получают полиполяризационную картину исследуемого объекта, сравнивают ее с эталонными изображениями и идентифицируют объект, после чего исследуют полиполяризационную картину объекта по ряду дополнительных показателей и делают вывод о составе и качестве исследуемого объекта.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что исследуют полиполяризационную картину объекта по дополнительному показателю тонины объекта и ее изменений.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что исследуют полиполяризационную картину объекта по дополнительному показателю структуры волокон объекта.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что исследуют полиполяризационную картину объекта по дополнительному показателю характера поверхности объекта.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что исследуют полиполяризационную картину объекта по дополнительному показателю цвета объекта.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что исследуют полиполяризационную картину объекта по дополнительному показателю наличия в структуре объекта перепонок и/или перемычек и/или посторонних включений.