短纤维率是衡量棉花质量的一个重要指标，较高的短纤维率会造成清棉和梳棉中产生更多的落棉，在成纱过程中，较高的短纤维率会使纱线强力、可纺性降低，产生更多的毛羽［1］。目前的检测手段存在着检测慢、误差大等缺点，快速、准确地测量短纤维率是棉花质量监测的重要环节，也是助力解决国产棉花中短纤维率质量结构与纺织行业需求不匹配问题的关键。1 短纤维率密度函数曲线1.1　纤维排列拜氏图将一束棉纤维整理成一端平齐并伸直平行，平齐一端都位于同一水平线上，按照由长到短将纤维均匀逐根排列，得到纤维排列图，这就是最基本的纤维长度分布图［2］，称为拜氏图，如图1所示。.F001图1纤维排列拜氏图分析计算短纤维率的具体过程如下。OQ=12OA=PP' （1）OK=14OP （2）KS=12KK'=RR' （3）短纤维率SFC(%)=RBOB×100% （4）1.2　长度⁃重量（根数）分布曲线将一束纤维的一端整理对齐，并伸直平行，长短交错排列。根据长度进行分组后，对根数和重量进行统计，并计算出分组长度根数（或重量）百分含量nl、wl，由此可以绘制相应的长度⁃重量（或根数）分布图［3］，如图2所示。.F002图2纤维长度⁃重量（或根数）分布图短纤维含量计算公式如下。SFC(n)=∫0LSFn(l)∙dl （5）SFC(w)=∫0LSFw(l)∙dl （6）式中：SFC(n)为根数短纤维率（%）；SFC(w)为重量短纤维率（%）；LSF为设定的最大短纤维长度界限（mm）。1.3　照影仪曲线1940年，美国赫脱尔基于概率论提出了纤维长度照影仪曲线理论［4］，是对纤维长度根数分布曲线f(l)的二次积分，其曲线如图3所示。在该曲线上的l=l1处做曲线切线，与横坐标相交于C，与纵坐标相交于B，则有如下短纤维率计算公式。.F003图3照影仪曲线短纤维率SFC%=ABOA×100%（7）照影仪曲线是对拜氏图进行两次积分后得到，而短纤维率是对照影仪曲线进行微分得到，通过照影仪曲线计算短纤维率比拜氏图计算短纤维率增加了3次数学运算，这造成最后的计算结果具有较大误差，所以通过照影仪曲线只能得到短纤维的百分比，在实际检测中一般不采用该方法。2 短纤维率测试设备2.1　Almeter纤维长度测量仪Almeter纤维长度测量仪是由Peyer公司生产的。其检测原理是将一端平齐、均匀排列的纤维束从不齐端进入电场，随着纤维长度的改变，纤维含量发生变化，使极板间的介电系数发生改变，电容信号随之改变［5］。假设纤维密度不随纤维长度的改变而变化，那么电容值与纤维质量呈正比，因此，在长度l处的纤维含量只与纤维束的截面积有关，可以得到纤维截面⁃长度累积分布，通过质量换算，得到纤维重量⁃长度累积分布，即拜氏图，求得短纤维率。Almeter纤维长度测量仪给出的SFC值并不准确，这是因为Almeter的试样为经过梳理除杂后的棉条，在梳理过程中，部分短纤维会流失，在检测过程中，纤维束中的杂质和棉结因算法可能被定为短纤维，这都给SFC值造成了一定误差。2.2　AFIS单纤维测量仪AFIS是乌斯特公司生产的基于红外技术的单纤维测量仪，通过计算机绘制纤维长度⁃根数分布图，快速检测棉纤维的长度、直径、棉结和杂质等指标。测量中，将开松、梳理后的纤维利用气流单独剥离呈单纤维状态，通过气流将单根纤维呈伸直状态通过红外光束的狭小凹槽。长度为L、移动速度为v的单纤维通过红外光束时，便产生波形电信号，L=vt，t表示用电学方法测得的纤维通过光束的时间，借助计算机将电信号转换为数字信号，输出各种长度指标及得到纤维长度⁃根数分布［6］。AFIS单纤维测量仪测试速度快，适用于大批量检测，但是由于梳棉刺辊对试样梳理时，转速较高，对棉纤维的作用力较大，极易造成纤维断裂，使短纤维含量升高。通过计算机模拟和AFIS单纤维测量仪得到的标准差数据对比，发现AFIS单纤维测量仪得到的短纤维率结果不可靠，具有较大的误差。同时，该仪器价格昂贵，后期维护成本较高，多用于企业的工艺控制，不适用于纤检机构的原棉短纤维率检验［7］。2.3　Y111型罗拉式纤维长度分析仪罗拉法是将30 mg的棉束制成一端平齐的纤维束，放入罗拉长度分析仪中，平齐端在前，通过罗拉的转动，纤维被不断送出，此时，较短的纤维先脱离罗拉钳口的控制，将脱离罗拉钳口的纤维夹出［8］，以2 mm为长度隔距对脱离控制的纤维进行分组并称重，得到纤维重量⁃长度分布，从而计算出短纤维率。由于罗拉法全程手工化操作，对操作工的技术要求较高，且误差来源不可控，计算误差大，测试时间为90 min，无法满足大批量快速测量的要求。2.4　HVI1000型大容量纤维测试仪乌斯特公司在2004年推出了HVI1000型大容量棉纤维测试仪，用于原棉品质的测量，可检测较多指标，其中纤维照影仪用于检测纤维长度，其是采用一对夹持器夹持试样纤维，放入对比光路中，随着纤维束的移动，光路扫描纤维束总长度上光通量发生变化［9］，由计算机绘制照影仪曲线，通过计算可以得出纤维长度的相关指标。HVI1000型大容量纤维测试仪在短纤维含量检测方面难以提供准确的短纤维率，只有一个用于参考短纤维含量的短纤指数。对纤维重量⁃长度分布曲线进行两次积分后得到照影仪曲线，因此照影仪曲线计算短纤维含量时存在较大的误差。HVI大容量纤维测试仪在进行纤维长度检测取样时，采用的是长度偏倚取样，取样过程中，由于短纤维的抱合力较差，与梳针及其他纤维之间的握持程度不够，造成短纤维发生滑移现象，从而导致短纤维的损失，同时，因纤维长度越长越容易被夹取，短纤维指数受棉纤维长度影响较大，造成测试结果不准确。2.5　国产光电式短纤维率测试仪2.5.1　XJ129L型快速短纤维率测试仪XJ129L型快速短纤维率测试仪由陕西长岭纺织机电科技有限公司生产，其原理是通过原棉快速制条器将试样整理成棉条，将整理好的棉条放置在梳床上，经过取样器自动取样，形成一端整齐的纤维丛，将纤维丛放入光电传感器中引起光通量的改变［10］，经过计算机的算法处理，得到纤维长度分布图和纤维长度排列图，进而得出棉短纤维率。XJ129L型快速短纤维率测试仪的棉纤维取样量为6.5 g，配备的制条器通过刺辊对纤维进行梳理。该种制样方式在一定程度会拉扯棉纤维，造成棉纤维断裂，提高短纤维率，同时，刺辊上会留有少量棉样，造成棉纤维丢失，影响结果的准确性。2.5.2　KX111⁃I型短纤维率快速测试仪KX111⁃I型短纤维率快速测试仪是上海康信光电仪器有限公司生产的光电式短纤维率测试仪。与XJ129L型快速短纤维率测试仪不同的是，其棉纤维取样量为3.5 g，是通过胶辊、罗拉的牵伸来对棉条进行梳理，这有利于保留棉纤维的完整性，减少纤维丢失量，但是存在纤维的弯曲程度较大、纤维不够伸直的问题从而影响检测结果，同时，制条时间长，难以满足大批量检验的需求。3 创新方向前瞻3.1　自动取样、制样人工制样更大程度上依赖检测人员的个人手法，制成棉条的粗细、棉条中纤维的伸直程度以及含有的杂质和棉结数量因人而异，而这些参数都影响着短纤维含量测定，造成短纤维含量测量的误差。采用自动取样、制样设备，对试样原棉进行自动取样、梳理、除杂，降低取样、制样过程中的人工误差，才能更好提高短纤维含量测定的准确度。3.2　剔除杂质和棉结不论是电容式还是光电式，都存在将杂质和棉结认定为短纤维，从而导致短纤维率增大的问题。要解决这个问题可以从以下两个方面入手。一方面，取样前增加清理棉结、杂质的环节，对棉条中的较大杂质和棉结进行梳理、清除，降低杂质和棉结对结果的影响；另一方面，改进算法，通过对各类型杂质和棉结的深度学习，尽量覆盖大部分杂质和棉结形态，剔除杂质和棉结。3.3　拜氏图计算短纤维率在3种短纤维率密度函数曲线中，拜氏图是最直观、最准确反映纤维长度情况的曲线，所以在短纤维率检测中采用将纤维整理成一端排齐的纤维束，生成拜氏图的方法计算短纤维率，可以最大程度地减少数学运算对结果产生的误差。4 结束语棉花短纤维率越来越受到生产企业的广泛关注，原棉短纤维率的检测一方面可以作为原棉的质量指标，为配棉提供依据，另一方面可以对纺纱流程中产生的落棉或者精梳落棉进行分析，评判是否为有效落棉，避免浪费。目前市场上的测试仪器各有千秋，缺乏能够快速、准确、大批量测量棉花短纤维率的方法。结合现有检测仪器的优缺点，短纤维率仪应在以下几方面有所创新：自动取样、制样，杜绝人工误差；剔除棉结和杂质，降低计算误差；采用拜氏图计算短纤维率，减少数学运算，提高检测结果的准确性。