[实用新型]一种小尺寸细纤维张力自动测量装置

说明书

技术领域

本实用新型属于纤维测量领域，尤其涉及一种高精度易实现的小尺寸细纤维张力自动测量装置。

背景技术

纤维张力的大小会直接影响纤维产品的各项物理、化学性能及其后加工。许多领域的纤维的尺寸通常比较小，如轻化工领域的纸浆纤维、皮革纤维等，如何精确控制这些小尺寸细纤维的拉伸并准确测量其张力，是纤维测量领域中需要不断探索和解决的问题。在国内，目前纤维张力测量方法主要有以下这样几种：一种是采用手提数字式测量仪测量，一种是通过拉伸台进行手动拉升测量，一种是利用计算机系统进行测量。对于前两种测量方法，因拉伸过程主要靠手动控制，测量小尺寸细纤维的张力时操作很不方便，而且其可视化程度也比较低。而对于第三种测量方法，虽然能够实现微机控制拉伸，测量结果可视化程度也比较高，但由于受所采用的技术的限制，对于小尺寸细纤维的张力测量存在测量精度低、操作不方便等问题，且拉伸台体积较大，不利于借助电子显微镜或光学显微镜实现显微视觉检测与控制。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服现有纤维张力测量方法存在的缺陷，提供一种高精度易实现的小尺寸细纤维张力自动测量装置，它能够实现皮革纤维、纸浆纤维等小尺寸细纤维的自动拉升、自动检测，具有操作简便、测量准确、可视化程度高的优点，而且此方法构成的拉伸台体积小，可借助电子显微镜或光学显微镜实现纤维的微观力学测量。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种小尺寸细纤维张力自动测量装置，它包括纤维拉伸台，被测纤维安装在纤维拉伸台上，纤维拉伸台设有被测纤维张力检测装置，该装置与计算机连接；同时计算机还与纤维拉伸台的动力装置连接。

所述纤维拉伸台包括夹持器，被测纤维安装在夹持器上，夹持器安装在样品座上；样品座通过传动装置与微型步进电机连接，微型步进电机通过步进电机驱动电路通过数据采集卡与计算机连接。

所述张力检测装置包括弹性体，它与被测纤维连接，同时弹性体上还设有应变片传感器，应变片传感器经信号放大电路也通过数据采集卡与计算机连接。

一种采用小尺寸细纤维张力自动测量装置的测量方法，它的步骤为：

（1）将被测纤维两端分别用夹持器固定在样品座上；

（2）计算机控制数据采集卡的开关量输出产生微秒级定时的脉冲信号，通过驱动电路驱动微型步进电机转动，微型步进电机则通过传动装置驱动纤维拉伸台拉伸；

（3）被测纤维张紧，其张力作用在粘有应变片传感器的弹性体上，弹性体受到应力发生机械形变，应变片传感器阻值发生变化，传感器输出电压信号；

（4）在首次用于纤维测量前，通过模拟纤维拉伸过程获取纤维张力和传感器输出电压的数据样本，利用曲线拟合算法确定纤维张力和传感器输出电压的拟合曲线；

（5）应变片传感器输出的电压信号经放大后输入到数据采集卡的模拟量输入通道，计算机按照设定的采样周期采集电压数据，再根据张力和电压拟合曲线利用插值法确定纤维动态张力数据；

（6）计算机屏幕实时显示张力数据并绘制其动态曲线。

所述步骤（1）中被测纤维尺寸范围为：长度1mm-10mm，直径0.1μm—100μm。

所述步骤（2）中脉冲信号频率范围为：100Hz-10kHz。

所述步骤（4）中，模拟纤维拉升过程，测得在一组既定张力g作用下对应的传感器输出电压u，建立一组样本数据：                                               ，以样本数据为分段点进行分段线性拟合，得到张力--电压的拟合曲线。

所述步骤（5）中，检测张力数据时，为消除干扰提高检测的准确性，在每个采样周期，对检测到的电压数据进行数字滤波，即对电压信号进行m次采样，再将得到的m个采样数据按照大小顺序排列，舍弃首尾各个较大的数据和较小的数据，然后对剩下的数据进行算术平均得到滤波后的电压信号；滤波后，根据张力--电压拟合曲线利用插值法确定纤维张力数据。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过软件精确控制拉伸纤维过程，并实时检测、显示纤维的动态张力数据。具有操作简单、测量准确、可视化程度高的优点，尤其适合于皮革纤维、纸浆纤维等小尺寸细纤维的张力自动测量。而且，根据本测量方法的构成的拉升台体积较小，易于安放在电子显微镜或光学显微镜上，实现纤维的微观力学测量。

附图说明

图1为测量装置硬件构成示意图；

图2为产生脉冲信号的软件程序流程图；

图3 为高精度定时的软件程序流程图；

图4 为应变电桥原理图。