浅谈如何提高OFDA纤维直径分析仪检测羊毛纤维平均直径的准确性

纤维直径是羊毛质量评价的一项重要指标，也是羊毛交易中分级定价的重要依据。羊毛纤维直径越细，支数越高，纺出的纱线越细。羊毛纤维的卷曲截面形状、内部髓腔、正皮质的双边结构、强度、伸长率、弹性、弯曲刚度、吸湿性等，几乎都与羊毛纤维的直径指标有关，直径成为确定羊毛品质和使用价值的重要指标。

目前，测试羊毛直径的方法有很多，主要包括投影显微镜法、光学分析仪法（OFDA）、激光扫描法、气流仪法等。从直径测试方法的发展来看，快速、高精度、高效率、易操作、工作强度低的测试方法必然会成为主流。光学分析仪法（OFDA）具有测量直径范围较广、测量速度快、制样过程简单、测量精确性高、测量时间短等特点，在羊毛纤维直径检测中得到了越来越广泛的应用。因此，提高OFDA纤维直径分析仪检测羊毛纤维直径的准确性有着重要的意义。

本文对OFDA纤维直径分析仪的检测原理及在检测过程中（执行GB/T 21030 《羊毛及其他动物纤维平均直径与分布试验方法 纤维直径光学分析仪法》，以下简称“标准”），试验样品、温湿度、试样制备、测试区域选择等因素对检测结果的影响进行了分析和探讨。

1 测试原理

OFDA纤维直径分析仪的测试原理是用计算机图像处理技术测量纤维直径，即把图像处理与计算机配合使用。用专用的纤维切断器将纤维切成2mm左右的短纤维片段，并用散样器均匀地分布在载玻片上制成样片，将样片放置在载物台上，由步进电机控制一步步地通过物镜的像域，每走一步由CCD摄像头拍取一幅纤维图像，将图像经图像采集卡摄入计算机。由计算机对图像进行分析处理，一旦纤维片段被捕捉到，分析系统在沿纤维纵向的三个点比较宽度。如果宽度近似，纤维被认可。纤维一旦被认可则沿纤维长度方向从头到尾找到一个两边缘都足够清晰的位置进行测量。计算机自动鉴别、剔除互相交叉和重叠的纤维。将有效的纤维在选定的区域内按设定的组距列成分组频数表，在计算机显示屏上显示并打印出纤维直径分布图、直径平均值、标准差、变异系数、测量根数等指标。

2 羊毛纤维直径测试过程中的注意事项

OFDA纤维直径分析仪在测试羊毛纤维直径过程中应注意试验样品、温湿度、试样制备、测试区域选择等因素对检测结果的影响。

2.1 试验样品对检测结果的影响

按GB 1523《绵羊毛》或IWTO钻芯试验规则样品方法进行。含脂羊毛需要经过洗涤、烘干和预调湿，在洗涤羊毛的过程中尽可能去除羊毛的油脂，油脂过大会影响散样器对切断的纤维进行散样及纤维在载样片上所占面积的比例，进而影响待测样品的代表性和均匀性。

2.2 温湿度对检测结果的影响

标准中要求试验样品在温度为(20±2)℃、相对湿度为(65±3)%的标准大气条件下调湿，并达到吸湿平衡。为分析不同预处理条件对检测结果的影响，笔者结合检测标准和工作经验，使用同一台OFDA2000P测试21st SERIES OF IH-STANDARDS系列标准毛条经过不同温湿度条件预处理后的纤维直径平均值，每个标准毛条测试10次，以10次的平均值作为最终的测试结果，具体测试数据见表1。

从表1可以看出，不同预处理条件下测试的平均值与标称值的绝对差值绝大多数都在最大允差范围内，但标准大气预处理测试的平均值与标称值的绝对差值相对最小，最接近标称值。因此，尽管温湿度对OFDA纤维直径分析仪检测羊毛纤维平均直径影响相对较小，但是为确保检测结果的准确性，在标准大气条件下对样品进行预处理是十分必要和重要的。

表1 不同预处理条件下的标准毛条直径测试结果 μm

2.3 试样制备对检测结果的影响

使用微型钻芯器或切断器将经洗涤、干燥和调湿的试样切取成短纤维片段后，大致分成5等份，并用镊子均匀地放置在布样器的筛网上，开动电机，带动金属片在紧贴短纤维片段的上方来回转动，使短纤维片段均匀地落到下方的玻璃载样片上，合上载样片，完成一个试样的制备。

试样制备应注意以下几点：在试样制备开始前和结束后清理微型钻芯器或切断器、自动布样器、小样托盘、载样片等，以免影响检测结果；在制样过程中确保短纤维片段至少在2000根以上，且纤维在载样片上所占面积的比例控制在15%～25%；用镊子捡出短纤维片段中的其他杂质或明显长于短纤维片段的长纤维；使用载样片时，用手指拿取载样片两侧，避免留下指纹，合上载样片时应小心，以免造成短纤维片段移动或吹出；实验室若配置多台OFDA纤维直径分析仪，每台设备配置的载样片应做好标记，避免因载样片混淆使用而产生的测量误差。

2.4 测试区域选择对检测结果的影响

OFDA纤维直径分析仪有3个选定的测试区域，分别为：0～40μm、0～80μm、0～150μm。

刘娜等[1]分析OFDA纤维直径分析仪在不同测试区域测试纤维直径的差异，得出不同直径的羊毛纤维在选择合适的测试区域进行测试会减少测试误差。指出直径小于20μm的纤维，选择测试区域为0～40μm；直径在20μm～27μm的纤维，选择测试区域为0～80μm；直径大于27μm的纤维，选择测试区域为0～150μm。在实际测试中可以根据工作需要将测试区域做适当修改，如设定测试区域为0～25μm。

3 结语

在使用OFDA纤维直径分析仪实际测试过程中，为使测量结果更接近被测量的真值，提高测量的准确性，除了注意上述因素对检测结果的影响，还应注意以下几点：

（1）按标准要求，当更换IH标准毛条时，更换或维修设备硬件时，调整设备或设备由于搬运而产生位移时，需进行设备校准。

（2）测试样品时，操作台应具备充足的光照，光照越好，越有利于直径数据采集，测试结果越精确。

（3）设备软件设置中一般会选择“W h o l e slide×1”，即整个载样片扫描一次。也可以根据样品制备的短纤维片段数量，选择“Whole slide×2”或其他选项。

（4）在OFDA纤维直径分析仪开机后实际测试前，建议首先测试一个或几个经过标准大气预处理后的标准毛条，根据测试值与标称值的差值，确定设备的运行状态是否正常。

（5）做好OFDA纤维直径分析仪的日常维护、保养及定期进行期间核查、校准十分必要，可以有效提高设备的稳定性，从而保证测试结果的准确性。