生絲纖度序列特征參數調查

林 祥，金振宇，朱恩松，殷 緣，薛坤侖，許建梅

(蘇州大學 紡織與服裝工程學院，江蘇 蘇州 215021)

生絲是桑蠶繭繅絲后所得到的產品，日本近代的繅絲產業一度迅猛發展，20世紀初占到美國市場份額達80%[1]；如今中國作為世界最大的生絲生產國，在國際生絲貿易中也一直位居世界首位。在生絲貿易中為了對生絲質量進行評價，通常需要進行生絲檢驗。1956年中國第一版生絲標準中首次規定了生絲纖度偏差、纖度最大偏差[2]。但是隨著科技進步，繅絲設備與繅絲技術都大大進步，生絲品質也提高很多。原有的檢驗方法與標準顯得相對落后，所以現在國際與國內正大力推廣生絲電子檢測技術，相應的電子檢測方法分級標準也正在研制中[3]。對生絲電子檢測方法分級標準研究時則需要大量的檢測數據，而通過實際檢測獲取大量數據的方法費時費力，因此采用計算機模擬實驗生成任意長度的生絲纖度曲線，來對其進行理論分析，模擬生絲檢驗是一種較好的方法。在模擬生絲纖度曲線時，白倫[4-5]建立了生絲纖度自相關系數模型來描述生絲纖度序列的數據之間的相關性與周期變化特性。所以在進行生絲纖度曲線的計算機模擬研究之前，需要了解生絲纖度曲線的特征參數。

前人對于生絲纖度曲線的特征參數的調查與獲取方法做了很多研究，如對于生絲纖度時間序列，白倫[6]在假定其自相關系數可用衰減振動模型描述的條件下，利用譜密度函數給出擬似周期及衰減率的推定方法，建立數據模型討論了其實際應用問題；羅軍[7]將自相關系數理論模型看成等周期的，對理論模型進行了參數估計。十幾年前，生絲的主要生產方式是采用定?？壗z，當時的纖度研究與調查也是基于定?？壣z，而如今定纖繅絲完全代替了定?？壗z，同時隨著現代繅絲技術的發展，生絲的質量也發生了很大的變化。因此有必要重新對生絲纖度序列的特征參數進行調查。

為此，本文采用測長稱重法來獲得生絲纖度序列，利用自相關系數模型計算出反映生絲纖度序列數據之間相關性與周期性的特征參數，經移動平均得到修正后的生絲纖度序列特征參數，研究結果希望為生絲纖度研究中進一步的模擬實驗提供當前生絲纖度質量的特征參數取值。

1 生絲纖度序列特征參數及估算方法

1.1 生絲纖度自相關系數序列

時間序列即為對于一個動態的變化過程，按照一定的時間間隔進行觀察，用一個有序的數列形式表達的結果。在本文的研究中，通過測長稱重法稱得生絲纖度的時間序列后，可根據下式計算出生絲纖度的自相關系數并繪制纖度曲線。

(1)

1.2 生絲纖度自相關系數序列模型

生絲纖度序列的自相關系數反映的是數據之間的關聯性與周期性，為此，白倫[6]建立了如下式所示的統一的自相關系數模型，用來描述各種類型的自相關系數波動情況。

(2)

式中：參數λ稱為衰減率，T為擬似周期，表達了纖度波動變化的周期。

不論定粒繅絲還是定纖繅絲，其纖度波動特性都可以用這個模型來表示。也就是說對于一定的生絲纖度均值和方差，調整λ和T值時，理論上自相關系數模型可以相當真實地描述不同原料繭特征與繅絲條件下的纖度連續變動特征。

1.3 生絲纖度序列特征參數估算

取自相關系數序列的一些特征點比如其波谷與波峰值作為估算點來計算衰減率與擬似周期。假定選取(k1,ρk1),(k2,ρk2),…(kn,ρkn)等波峰點作為特征點，那么其擬似周期則可根據下式來進行計算：

(3)

衰減率λ則可通過下式計算：

(4)

1.4 特征參數估計的修正

當前定?？壣z基本淘汰，主要是定纖生絲[8]。定纖生絲的周期性變化不如定粒生絲明顯，因此用實測得到的纖度序列數據，計算出的生絲自相關系數曲線與自相關系數模型差異較大，部分曲線存在諸多微小波動，曲線不規則，難以觀察準確的周期變化，存在擬似周期選擇不準確、特征參數誤差大等缺陷[9]。對于這部分曲線可以采取擴大檢驗絲長的方法來減少或消除數據列當中較小的波動，以更好地選取擬似周期點。通過將相鄰的幾個纖度值求平均，即可得到新的纖度序列。如果是每兩個數值求平均，則相當于檢驗絲長擴大兩倍，如果是每三個求平均，則是擴大三倍，如此類推，直至得到的新的序列周期明顯易于計算為止。

2 實 驗

2.1 材料與儀器

材料：22.2/24.4 dtex(20/22 D)，32.2/34.4 dtex(29/31 D)，44.4/48.9 dtex(40/44 D)三種規格樣絲(蘇州蘇豪生物技術有限公司)。

儀器：附有回轉計數器和自停裝置的纖度機(無錫第二紡織機械廠)，最小分度值為0.1mg的賽多利斯BS210S電子天平(蘇州賽恩斯儀器有限公司)。

2.2 步 驟

本文采用測長稱重法來獲得生絲纖度序列，長度間隔設置為8 m。對短片段生絲纖度序列進行調查，選取三種規格生絲，每種規格生絲選取若干個卷裝，檢驗絲長為8 m。每個卷裝(抱平)生絲被切成等長度片段序列并稱重，順序記錄，這樣即可得到各種規格生絲的多個生絲纖度序列[10]。

3 結果與分析

3.1 生絲纖度序列

實驗共對三種規格生絲進行了檢測，其中22.2/24.4 dtex規格生絲選測了10個樣本，32.2/34.4 dtex規格6個，44.4/48.9 dtex規格8個。圖1是各規格隨機選取的兩個樣本的纖度曲線。

a1，a2為22.2/24.4 dtex規格4號、7號樣本；b1，b2為32.2/34.4 dtex規格2號、3號樣本；c1、c2為44.4/48.9 dtex規格4號、5號樣本圖1 三種規格樣品生絲纖度序列曲線Fig.1 Raw silk size series curves of silk samples of three specifications

從圖1可以看出，22.2/24.4 dtex規格4號與7號樣本纖度曲線具有周期性，樣本數據存在從小到大漸變再從大到小漸變的規律，纖度數值基本圍繞23.3 dtex上下浮動，7號生絲波動較大。32.2/34.4 dtex規格2號與3號樣品生絲纖度起伏不大，除去波峰和波谷值，基本在33.3 dtex上下浮動變化；44.4/48.9 dtex規格4號樣本生絲纖度基本在46～48 dtex內波動，4號樣本纖度變化與5號相比較大，有較多峰值和谷值，呈鋸齒狀，無明顯規律。

3.2 三種規格生絲自相關系數分析

利用生絲纖度數據，由式(1)計算后得到其分別對應的樣本纖度自相關系數圖，圖2即為圖1中所顯示的生絲纖度序列計算得到的自相關系數序列。由22.2/24.4 dtex規格4號樣品可以看出，生絲的自相關系數具有明顯的波峰波谷，可以初步看出其變化周期，7號樣規律性稍差；32.2/34.4 dtex規格樣品生絲自相關系數曲線整體呈現下降趨勢，周期不易觀察。44.4/48.9 dtex生絲自相關系數曲線均較為雜亂，周期性偏小。這是因隨著纖度增加同一緒頭的緒下繭數量增加，在相同的解舒絲長條件下，同樣長度的生絲，自然落緒引起的繭絲切斷次數增加，纖度變動周期變短，而同時由于繭絲由細到粗再到細的天然變化特性，導致切斷次數增加時纖度變化的周期性減弱。

3.3 參數估計

根據各種規格生絲自相關系數數據，運用式(3)和式(4)中的估算方法計算序列的擬似周期與衰減率，計算結果如表1所示。

由表1估算結果來看，22.2/24.4 dtex規格生絲擬似周期在168～208 m，32.2/34.4 dtex規格生絲擬似周期均值在124～197 m；44.4/48.9 dtex規格的生絲在58～144 m。λ的值則隨T和峰值的變化而變化，隨著T值的增大逐漸減小。

圖2 三種規格生絲纖度自相關系數曲線Fig.2 Autocorrelation coefficient curves of raw silk size of three specifications

表1 生絲擬似周期及衰減率估算值Tab.1 Estimates of mimetic period and attenuation rate of raw silk

3.4 擴大檢驗絲長后參數估計

為了更準確地在生絲自相關系數曲線上獲取擬似周期，根據式(3)對各組自相關系數數據進行了平移修正，消除部分不規則波動。生絲纖度序列取3.1中選出的六組樣品，曲線如圖3所示。

從圖3可以看出，兩位移動周期修正后，自相關系數曲線變得平滑，擬似周期更為明顯；修正后的數據利用式(3)(4)計算得出λ、T，如表2所示。

表2計算結果顯示，擴大檢驗絲長后擬似周期精度均有所提高，方差減小，22.2/24.4 dtex規格生絲擬似周期均值為186 m，λ的值在0.002 12～0.007 39變化；32.2/34.4 dtex規格生絲擬似周期為147 m，λ的值在0.003 19～0.011 49變化；44.4/48.9 dtex規格生絲周期在59～144 m變化，方差偏大，這是由于實際生產中44.4/48.9 dtex規格的生絲掐添較多導致部分周期較短，λ的值在0.002 89～0.007 16變化。理論上來說，隨著生絲纖度增加，22.2/24.4 dtex、32.2/34.4 dtex、44.4/48.9 dtex三種規格生絲的擬似周期是依次變小的，實驗結果與理論值擬合較好。

圖3 擴大檢驗絲長后自相關系數曲線Fig.3 Autocorrelation coefficient curves after enlarging the test length

表2 消除微小誤差后特征參數值Tab.2 The characteristic parameters after eliminating the small error

在實際生產中，擬似周期與衰減率在一定程度上反映了原料繭某些質量狀況及繅絲過程相關的繅絲技術參數。比如說擬似周期與解舒絲長成正相關，解舒絲長長，擬似周期長；擬似周期與繅絲過程中單位時間內繭絲切斷(包括自然落緒)次數成反比，切斷多，擬似周期??；衰減率與解舒絲長的方差成正比，解舒絲長的波動大，衰減率大；衰減率與繭絲切斷間距的方差成正比，繭絲切斷間距波動大，衰減率大。因此，通過對生絲纖度序列這兩個參數的調查，不僅可以為后續的計算機模擬試驗提供數據，而且這兩個參數在一定程度上也反映了原料繭的解舒絲長狀況及實際的繅絲生產狀況，對繅絲生產中繅絲技術的提高也有一定的參考意義。

4 結 論

本實驗選取三種規格生絲樣品，調查了生絲纖度曲線及自相關系數曲線，利用多點估計計算平均值的方法計算出參數特征值，得到以下結論。

1)本文建立的利用自相關系數序列的波峰點估算生絲纖度序列特征參數的估算公式，可以有效地估算出擬似周期與衰減率這兩個特征參數。

2)對于自相關系數序列曲線中微小波動過多，影響波峰波谷等特征點的正確選擇，這時可以擴大檢驗絲長，消除微小波動，提高擬似周期估算精度，比如本實驗中將檢驗絲線長從8 m擴大到16 m后，特征點的選擇就變得簡單與準確。

3)計算結果表明三種規格生絲衰減率均隨擬似周期增大而減??；低纖度的22.2/24.4 dtex規格生絲擬絲周期最大，周期變動頻率較低；而高纖度的44.4/48.9 dtex規格生絲擬似周期小，周期變動頻率較高。結果較真實地反應了生產中不同規格生絲的實際纖度變化狀況。