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背投影式光电探测清纱装置及其紫外增强型 硅光电 二极管

阅读：776发布：2023-02-23

专利汇可以提供背投影式光电探测清纱装置及其紫外增强型硅光电二极管专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及背投影式光电探测清纱装置及其紫外增强型硅光电二极管。发光管的前端与探测器的光敏面齐平设置使得发光管发出的光不会直接进入探测器中，而是会经滤光片过滤并照射待检测纱线后再由待检测纱线反射或是由反射镜反射回探测器的光敏面，有利于减小杂光信号对检测结果的影响，提高采集到信号的信噪比。而特殊的紫外增强型硅光电二极管使得其能在较低的波段开始响应，且在接收到一定功率光线照射后能产生的光电流强度较大，所以本发明具有极大的光波捕获率及光电流转化率，因而可以仅使用光电式检测法检测出待检测纱线中的同质异色纤维和同色异质纤维。，下面是背投影式光电探测清纱装置及其紫外增强型硅光电二极管专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种背投影式光电探测清纱装置，其特征在于：包括设置于待检测纱线后方的发光管和探测器，还包括设置于待检测纱线前方的反射镜，发光管的前端面与探测器的光敏面齐平设置，发光管与探测器的前方还设置有用于选取330nm～470nm的波段光线的滤光片，所述反射镜的反光面与探测器的光敏面平行，所述发光管包括紫外发光二极管，所述探测器包括紫外增强型硅光电二极管，紫外增强型硅光电二极管由电阻率为3000Ω·cm、场氧化厚度为1000nm的高电阻率N型(111)硅片制成，一面注入剂量为4x1014cm-2～5x1014cm-2、能量为30Kev的硼而形成P形区，另一面注入剂量为5x1015cm-2、能量为100Kev的磷而形成N+区，硅片的P型区抛光、N+区磨光，P型区和N+区的氧化层厚度均为50nm～60nm。
2.根据权利要求1所述的一种背投影式光电探测清纱装置，其特征在于：所述紫外增强型硅光电二极管采用二段式高低温退火处理，先在高温1000℃环境下处理30秒，再在低温
600℃环境下处理8至12小时。
3.根据权利要求2所述的一种背投影式光电探测清纱装置，其特征在于：所述发光管对称分列在探测器的左右两侧，每侧发光管的数量至少为两只，每侧的发光管均沿上下方向间隔均布。
4.根据权利要求2所述的一种背投影式光电探测清纱装置，其特征在于：发光管的壳体包括可发散光线的磨砂面。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的背投影式光电探测清纱装置，其特征在于：所述探测器上连接有信号处理系统，信号处理系统包括依次布置的信号接收模块、放大模块、滤波模块、整形模块和比较输出模块。
6.紫外增强型硅光电二极管，其特征在于：由电阻率为3000Ω·cm、场氧化厚度为
1000nm的高电阻率N型(111)硅片制成，一面注入剂量为4x1014cm-2～5x1014cm-2、能量为
30Kev的硼而形成P形区，另一面注入剂量为5x1015cm-2、能量为100Kev的磷而形成N+区，硅片的P型区抛光、N+区磨光，P型区和N+区的氧化层厚度均为50nm～60nm。
7.根据权利要求6所述的紫外增强型硅光电二极管，其特征在于：所述紫外增强型硅光电二极管采用二段式高低温退火处理，先在高温1000℃环境下处理30秒，再在低温600℃环境下处理8至12小时。

说明书全文

背投影式光电探测清纱装置及其紫外增强型硅光电 二极管

技术领域

[0001] 本发明涉及背投影式光电探测清纱装置及其紫外增强型硅光电二极管。

背景技术

[0002] 为提高纺织品的质量，需要检测出异质纤维以及同质纤维的不同杂色，这一过程统称为清纱。当今世界上广泛应用的清纱方法有光电式检测法、电容式检测法以及两者相结合的检测法。

[0003] 光电式检测法的原理如图1所示，包括前后依次布置的发光管1、纱线2及探测器3，用发光管直接照射待检测纱线，纱线档去发光管发射出来的部分光线，探测器探测出被遮去的光通量的变化量而对纱线品质进行检测。本方法使用被纱线遮去的光通量的变化量作为评价变量，因此一般只能检测出纱线上的结头、毛粒、短粗、长粗、长细等会影响纱线截面积的品质问题，却不能检测出异质纤维和同质异色纤维。

[0004] 而国外有一些电子清纱器釆用光电式和电容式检测相结合的方法，虽能检测出异质纤维和同色纤维，却存在设计复杂、造价高的缺点。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种背投影式光电探测清纱装置以解决现有技术中使用光电式检测法的清纱装置不能检测出异质纤维和同质异色纤维的技术问题；本发明的目的还在于提供上述背投影式光电探测清纱装置中使用的紫外增强型硅光电二极管。

[0006] 为实现上述目的，本发明的背投影式光电探测清纱装置采用以下技术方案：

[0007] 一种背投影式光电探测清纱装置，包括设置于待检测纱线后方的发光管和探测器，还包括设置于待检测纱线前方的反射镜，发光管的前端面与探测器的光敏面齐平设置，发光管与探测器的前方还设置有用于选取330nm～470nm的波段光线的滤光片，所述反射镜的反光面与探测器的光敏面平行，所述发光管包括紫外发光二极管，所述探测器包括紫外增强型硅光电二极管，紫外增强型硅光电二极管由电阻率为3000Ω·cm、场氧化厚度为1000nm的高电阻率N型(111)硅片制成，一面注入剂量为4x1014cm-2～5x1014cm-2、能量为
30Kev的硼而形成P形区，另一面注入剂量为5x1015cm-2、能量为100Kev的磷而形成N+区，硅片的P型区抛光、N+区磨光，P型区和N+区的氧化层厚度均为50nm～60nm。

[0008] 所述紫外增强型硅光电二极管采用二段式高低温退火处理，先在高温1000℃环境下处理30秒，再在低温600℃环境下处理8至12小时。

[0009] 8.所述发光管对称分列在探测器的左右两侧，每侧发光管的数量至少为两只，每侧的发光管均沿上下方向间隔均布。

[0010] 发光管的壳体包括可发散光线的磨砂面。

[0011] 所述探测器上连接有信号处理系统，信号处理系统包括依次布置的信号接收模块、放大模块、滤波模块、整形模块和比较输出模块。

[0012] 本发明的紫外增强型硅光电二极管采用以下技术方案：

[0013] 紫外增强型硅光电二极管，由电阻率为3000Ω·cm、场氧化厚度为1000nm的高电阻率N型(111)硅片制成，一面注入剂量为4x1014cm-2～5x1014cm-2、能量为30Kev的硼而形成P形区，另一面注入剂量为5x1015cm-2、能量为100Kev的磷而形成N+区，硅片的P型区抛光、N+区磨光，P型区和N+区的氧化层厚度均为50nm～60nm。

[0014] 所述紫外增强型硅光电二极管采用二段式高低温退火处理，先在高温1000℃环境下处理30秒，再在低温600℃环境下处理8至12小时。

[0015] 本发明的有益效果如下：本发明的背投影式光电探测清纱装置中，发光管的前端与探测器的光敏面齐平设置使得发光管发出的光不会直接进入探测器中，而是会经滤光片过滤并照射待检测纱线后再由待检测纱线反射或是由反射镜反射回探测器的光敏面，有利于减小杂光信号对检测结果的影响，提高采集信号的信噪比。而特殊的紫外增强型硅光电二极管使得其能在较低的波段开始响应，且在接收到一定功率光线照射后能产生的光电流强度较大，所以本发明具有极大的光波捕获率及光电流转化率，因而可以仅使用光电式检测法检测出待检测纱线中的同质异色纤维和同色异质纤维。

[0016] 进一步地，发光管的壳体包括磨砂面的设置形式使得发光管发出的光线会被磨砂面发散之后再均匀地通过滤光片照射待检测砂线，有利于提高待检测砂线各部分接收光强的均匀程度，增大判断出同质异色纤维和同色异质纤维的概率。附图说明

[0017] 图1为光电式检测法清纱的原理图；

[0018] 图2为本发明的背投影式光电探测清纱装置的一个实施例的结构示意图；

[0019] 图3为本发明的紫外增强型硅光电二极管的响应曲线。

具体实施方式

[0020] 本发明的背投影式光电探测清纱装置的实施例：

[0021] 本发明的背投影式光电探测清纱装置的具体结构如图2所示，包括支架1。支架1包括位于前方的第一内侧面11、位于后方的第二内侧面12和位于下方的第三内侧面13，第一内侧面11、第二内侧面12和第三内侧面13使得支架1呈凹形，凹形的中部空腔14用于供待检测纱线6沿左右方向通过。中部空腔14将支架1分隔成前支架15和后支架16。

[0022] 后支架16的横截面形状呈长方形，且其中部开设有前后贯通的长方形的通孔17，通孔17左右宽度为6.45mm、上下高度为6.2mm，通孔17中安装有探测器3。后支架16上于通孔17的左右两端各开设有三个用于安装发光管2的发光管安装孔18。每侧的三个发光管安装孔18均沿上下方向间隔均布，后支架16左右两侧的发光管安装孔18左右对称。在其他实施例中，后支架的左右两侧也可以各安装两只或是更多只发光管2。发光管2数目越多，发出的光线越均匀。为使发光管2发出的光线更为均匀，发光管2的壳体表面为磨砂面，所以由壳体内部发出的光线经磨砂面发散后会均匀地照射进中部空腔14中。

[0023] 发光管2为可发出波长范围为340nm～405nm的光线的紫外发光管。发光管2与探测器3的前端均不超过第二内侧面12，第二内侧面12上设置有用于滤去杂色光只让波长范围为330nm～470nm的光线通过的滤光片4。第一内侧面11上设置有反射镜5。

[0024] 紫外光照射到中部空腔14中的待检测纱线6上之后，会被反射镜5反射回来，被反射回来的光线经过滤光片照射到探测器3的光敏面上，探测器3将接收到的光信号转换为微弱的电信号，电信号再经信号处理系统7处理之后即可发出控制信号以切断待检测纱线6中的异质同色纤维和同质异色纤维。

[0025] 信号处理系统7包括信号接收模块71、放大模块72、滤波模块73、整形模块74和比较输出模块75。信号接收模块71包括微电流放大器，它与放大模块72共同组成主放大电路，主放大电路对其接收信号的波形只进行放大而不进行整修、处理，以免影响其信号的还原性。滤波模块73用于还原信号中的杂色信号部分并解调出杂色信号的变化。所以探测器3到的光信号经放大、滤波、整形、比较之后即可输出待检测纱线6中是否包括同色异质纤维或同质异色纤维的检测信号。

[0026] 若待检测纱线6材质为丙纶丝、涤纶丝或尼龙丝等异质纱线，照射到待检测纱线6上的紫外光会被激发产生荧光，部分荧光会向后传播而穿过滤光片5并被探测器3所接收到，而另一部分荧光会随着紫外光经反射镜5反射之后被滤光片5过滤并被投射到探测器3的光敏面上。所以反射镜5的设置有利于增加探测器3能采集到的荧光信号的强度。

[0027] 若待检测纱线6材质为普通棉纱线，照射到待检测纱线6上的紫外光会被待检测纱线6反射回来，其余紫外光照射到反射镜5上之后再被反射镜反射回来，被反射之后的紫外光经滤光片5过滤后照射到探测器3的光敏面上。

[0028] 由于荧光的光强低于紫外光的光强，若纱线中有异质纱线，探测器3接收到的光强信号会降低，所以使用本发明可以将纱线中同色异质、同质异色的纤维造成的微弱信号判断并采集出来，供电路判别系统发出0与1的信号，来切断异质同色和同质异色纤维。

[0029] 同时荧光与紫外光的光强差距不大，因而需要精度极高的探测器3才能将荧光信号判断并采集出来，这对探测器3具有极高的要求。

[0030] 本发明的探测器3为PIN型紫外增强型硅光二极管，为加快探测器3的响应速度，紫外增强型硅光二极管由电阻率为3000Ω·cm的高电阻率N型(111)硅片制成。硅片尺寸为6英寸，单面抛光，场氧化厚度1000nm。一面注入剂量为4x1014cm-2～5x1014cm-2、能量为30Kev的硼而形成P形区，另一面注入剂量为5x1015cm-2、能量为100Kev的磷而形成N+区，硅片的P型区抛光、N+区磨光。抛光面P型区和底面磨光面的N+区的氧化层厚度减薄到50nm～60nm。采用二段式高低温退火处理，先在高温1000℃环境下处理30秒，再在低温600℃环境下处理
8至12小时。最终制成的紫外增强型硅光二极管的光敏面积可以为4mmx4mm，也可以是
6.19mmx6.425mm或其他用户需要值，反向击穿电压大于80V，结电容Ct＝0.106nF。能从
190nm开始响应，其响应峰值为720nm。在波长200nm处接收1W光的照射，能产生0.10A左右的光电流。在波长390nm处接收1W光的照射，能产生0.065A左右的光电流。在720nm的峰值响应处接收1W光的照射，能产生0.36A左右的光电流。在25，加1V反偏压测得的暗电流为10-10A。

[0031] 在制备原料相同的情况下，国外滨松公司在N型硅片的一面注入剂量为1x1015cm-2、能量为150Kev的硼，在N型硅片的另一面注入剂量为1x1015cm-2、能量为150Kev的磷，再在1100℃环境下处理8至12小时，最终制成的S1266-8BQ硅光二极管的结电容Ct＝1.3nF。

[0032] 由上述对比结果可知，本发明制备的硅光二极管的响应速度提高了10倍以上，使得在清纱装置中根据光电式检测法检测异质同色和同质异色纤维成为可能。本发明的硅光二极管的具体效果已经中国计量科学研究院检测，证书编号为GXte2008-0317，测试结果如图3所示。

[0033] 若混入探测器3中的杂光较多会遮掩待测信号，不利于荧光信号的判断及采集。由支架1的外侧照射入中部空腔14中的杂光在遇到反射镜5后会被反射镜5反射出中部空腔14而不会直接照射在探测器3的光敏面上，有利于削除杂光。为增强反射镜5滤除杂光的效果，反射镜5的后侧镜面平行于探测器3的光敏面。

[0034] 本发明中发光管2的前端面与探测器5的前端面齐平设置，以使得发光管2发出的光不会直接进入探测器5中而是会经滤光片4过滤并传播到中部空腔14中。

[0035] 本发明的紫外增强型硅光电二极管的实施例：

[0036] 本发明的紫外增强型硅光电二极管的具体结构与背投影式光电探测清纱装置的实施例中紫外增强型硅光电二极管的结构相同，具体可参考图2和图3，在此不再详述。

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