棉结是棉纤维纠缠而成的纤维结。原棉和棉条的棉结含量，对纺织品的质量和生产工艺有着十分重要的影响,而关于原棉和棉条中棉结的国产检测仪器设备，一直是个空白。采用人工方法检测原棉和棉条的棉结速度慢、误差大，严重影响数据的可信度。因此，对原棉和棉条的棉结进行快速准确的测量是各棉花生产、收购、贸易、加工部门的迫切要求。
陕西长岭纺织机电科技有限公司研发的XJ129棉结和短绒测试仪中的棉结分机可以快速准确地检测棉结，对不易掌握的棉结做出细致的分析，实现原棉及半成品量化控制，从而优化工艺，提高成纱质量的稳定性，提高制成品率，增加企业效益。
1 传统测试棉结方法
1.1 目测原棉纤维棉结
原棉到棉卷棉结的传统测试方法均采用GB/T 6103-2006原棉疵点试验方法目测计数。检测时，先在试样中粗拣去各种棉束、索丝、僵棉、黄根、不孕籽、软籽表皮和破籽等，然后仔细拣出试样中的紧棉结和杂质（破籽、带纤维籽屑等），分别计粒数。同时要注意保持疵点原形，防止拉松和扯碎。所测的棉结仅为试样中可视的粒状纤维结，直径大，数量小，不包括其它疵点和杂质。
1.2 灯光检验法测棉条棉结
棉条（生条、熟条、条卷、精梳条和粗纱条）棉结的传统测试方法均采用灯光检验法。在纤维检验室，人工将被检测试样在垂直方向引直，两手将棉条从左右撕开使其成棉网状，放在棉网检验器的黑色玻璃上，利用上方射来的光线，看到黑色玻璃板上不能被手工松散的"白点"就计为棉结。要尽量用手把大棉结松散到细小棉结为止，所测棉结包含了可视的粒状纤 维结和能产生“白点”的其它疵点，直径较小，数量较大。带纤维破籽及籽屑等产生“黑点”的疵点被计为杂质。
1.3 目测法的不足
目测法虽然具有操作简便、投资少等优点，但也存在着一些不足。目测的棉结是由许多根纤维扭结在一起才能被目力辨认的纤维团，取决于光线照度、测试人员的眼力和操作经验。单个棉结之间的大小差异较大，由于人眼分辨率的限制，许多客观存在的细小棉结不能被目测计数，检测的结果因人而异，不能完全反映棉结的真实情况。目测法检测数据的准确性、稳定性和一致性欠佳。测试速度慢，测试周期长。
2 XJ129棉结快速测试检测装置
本文提供的快速测试装置如图1所示。
在测试时，棉条（原棉）被按照一定操作方法送至分梳辊（开松辊）上。分梳辊高速旋转，梳针将喂入的棉花进行开松，梳理、除杂后，形成近似均匀单纤维流。在负压的作用下，纤维流进入高速转杯形成棉带。测试棉结就是利用这一开松方式，将薄雾状纤维流引入光学传感器。检测器部分的光源为激光器，接受器件为硅光电池。纤维流产生遮光和反射，不能梳开的棉结会产生比较大的遮光，单根的纤维会产生较小的遮光，变化大小和纤维流及棉结大小有关。棉结信号处理器利用DSP，通过一定的算法，对遮光的幅度和时间进行分析可获得棉结的数量和尺寸信息，最后经由计算机进一步处理，得出棉结的一系列数据。
3 关键技术
3.1 转杯分梳法
棉样开梳效果的好坏以及棉样能否很好分离是成功的关键，其中关键的技术之一就是棉样的开松与分离技术，既要充分开松、梳理、分离，形成单纤维状形态，又不能损伤纤维。XJ129棉结和短纤维测试仪在设计时，采用最佳的机械分离方式和电机参数；考虑到开梳时既要开梳充分、清除杂质和疵点，又不能过多损伤纤维或增加棉样的短绒含量；同时棉样梳理时要使棉样达到均匀的顺向单纤维状态,不会过多地改变棉结分布情况。针对上面这些问题，XJ129棉结和短纤维测试仪采用了两级刺辊顺向运动分离，减少了纤维损伤；通过实验不断改进运动速度、牵伸比等参数，很好地解决了这一问题。经过对比，纤维的损伤情况很小。
3.2 棉结信号的提取
棉结信号如图2所示。
棉结传感器检测出来的信号要尽可能真实地反映棉结的形状信息。但是对于光电信号普遍存在着漂移大、动态范围大的问题；同时由细小的约50um的棉结所产生的光电信号又特别小，信号的放大处理及整机的抗干扰设计就显得尤为重要。为此在设计过程中采用了以下措施，保证了有用的信号被完整放大和处理：在光源的驱动上采用独立的隔离稳压电源，保证其有较高的稳定性同时不易受到干扰；
整机的直流电源采用线性电源，减少电源污染；在光电流信号处理上，采用两路信号对比的方法，减少温漂和时漂的影响；
采用对数放大器对信号进行压缩，减少其动态范围，使小信号时信号清晰，大信号时信号也不会饱和失真。
3.3 高安全性和可靠性设计
由于设备中电机和气阀较多，动作复杂，所以安全性和可靠性就显得十分重要。为此XJ129棉结和短纤维测试仪增加了气路互锁机构，保证了即使电路或软件出现异常，气路也不会误动作的情况，防止了器件损坏，提高了设备的安全性和可靠性。
3.4 抗干扰问题的解决
用户试验初期，棉结信号夹杂大量的干扰脉冲，导致棉结计数异常，经过反复分析，最终确定为变频器导致的干扰。因变频器功率大、频谱宽、功率线长、干扰信号极难去除。通过隔离、屏蔽、改进接地并对变频器做了一个独立的屏蔽箱，在保证散热的情况下得到最好的隔离效果，最终将变频器的传导和辐射干扰降低到了最低,成功的解决了这个问题。
4 用户测试
仪器设计完成后,我们在用户五环（集团）股份有限公司处做了大量测试实验。
4.1 试验内容
4.1.1 性能测试：对XJ129测试仪的性能指标进行测试考核,主要考核XJ129测试仪测试指标的重复性和稳定性,包括以下内容：
4.1.1.1 棉结指标的重复性
4.1.1.2 棉结指标的稳定性
4.1.2 数据对比：XJ129测试指标和手工测试结果相符性(相关性)和一致性对比，由于手工测试指标比机器测试指标少,主要进行以下指标对比:
4.1.2.1 棉结总数(Total Neps)和人工棉杂总数的相关性
4.1.3 可靠性测试：主要考察电气、机械运动部件以及软件的可靠性。
4.2 实验方法
4.2.1 重复性稳定性试验:
针对棉结指标特点以及五环（集团）股份有限公司实际情况，在重复性和稳定性测试时选择具有代表性的、不同品质和不同种类的业务棉样、业务棉条（普梳和精梳）进行测试;每个棉样每天做10次,连续做5天;重复性对比四个试样每天10次的CV%值(棉结指标)；稳定性对比四个试样5天10次测试结果均值的CV%值(棉结指标)。
4.2.2 相关性测试
先在XJ129测试仪上对棉样进行测试，然后把该棉样交工厂实验室用常规方法测量，XJ129测试仪每个棉样测3次，取平均值；手工测试由于测试时间较长，所以每个棉样做一次。
4.2.3 可靠性测试
连续200小时以上不关机，每天和生产同步测量棉样，连续工作2个月，观察电气、机械、软件工作的可靠性。
4.2.4 XJ129每个测试完成后打印数据并签名；手工测试完毕后出质量报表，并签名，所有原始数据均保留。
5 结果分析
5.1 主要测试指标重复性好、数据稳定
5.2 相关性测试结果如下:
对在线的6个品种棉条试样进行测试对比，其中仪器测试对每个样品测试3次，最终数据选用各自测试结果的平均值；人工测试对每个样品测1次，测试结果见表1，从图3可以看出，棉条棉结的仪器测试结果和人工测试数据，趋势相关性良好。
5.3 200小时内,电气、机械、软件工作的可靠性性好，未出现故障。
6 结束语
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