專利名稱：一種小尺寸細纖維張力自動測量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于纖維測量領域，尤其涉及一種高精度易實現的小尺寸細纖維張力 自動測量裝置。
背景技術：
纖維張力的大小會直接影響纖維產品的各項物理、化學性能及其后加工。許多領 域的纖維的尺寸通常比較小，如輕化工領域的紙漿纖維、皮革纖維等，如何精確控制這些小 尺寸細纖維的拉伸并準確測量其張力，是纖維測量領域中需要不斷探索和解決的問題。在 國內，目前纖維張力測量方法主要有以下這樣幾種一種是采用手提數字式測量儀測量，一 種是通過拉伸臺進行手動拉升測量，一種是利用計算機系統進行測量。對于前兩種測量方 法，因拉伸過程主要靠手動控制，測量小尺寸細纖維的張力時操作很不方便，而且其可視化 程度也比較低。而對于第三種測量方法，雖然能夠實現微機控制拉伸，測量結果可視化程度 也比較高，但由于受所采用的技術的限制，對于小尺寸細纖維的張力測量存在測量精度低、 操作不方便等問題，且拉伸臺體積較大，不利于借助電子顯微鏡或光學顯微鏡實現顯微視 覺檢測與控制。
實用新型內容本實用新型的目的就是為了克服現有纖維張力測量方法存在的缺陷，提供一種高 精度易實現的小尺寸細纖維張力自動測量裝置，它能夠實現皮革纖維、紙漿纖維等小尺寸 細纖維的自動拉升、自動檢測，具有操作簡便、測量準確、可視化程度高的優點，而且此方法 構成的拉伸臺體積小，可借助電子顯微鏡或光學顯微鏡實現纖維的微觀力學測量。為實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案一種小尺寸細纖維張力自動測量裝置，它包括纖維拉伸臺，被測纖維安裝在纖維 拉伸臺上，纖維拉伸臺設有被測纖維張力檢測裝置，該裝置與計算機連接；同時計算機還與 纖維拉伸臺的動力裝置連接。所述纖維拉伸臺包括夾持器，被測纖維安裝在夾持器上，夾持器安裝在樣品座上； 樣品座通過傳動裝置與微型步進電機連接，微型步進電機通過步進電機驅動電路通過數據 采集卡與計算機連接。所述張力檢測裝置包括彈性體，它與被測纖維連接，同時彈性體上還設有應變片 傳感器，應變片傳感器經信號放大電路也通過數據采集卡與計算機連接。一種采用小尺寸細纖維張力自動測量裝置的測量方法，它的步驟為(1)將被測纖維兩端分別用夾持器固定在樣品座上；(2)計算機控制數據采集卡的開關量輸出產生微秒級定時的脈沖信號，通過驅動 電路驅動微型步進電機轉動，微型步進電機則通過傳動裝置驅動纖維拉伸臺拉伸；(3)被測纖維張緊，其張力作用在粘有應變片傳感器的彈性體上，彈性體受到應力 發生機械形變，應變片傳感器阻值發生變化，傳感器輸出電壓信號；
3[0012](4)在首次用于纖維測量前，通過模擬纖維拉伸過程獲取纖維張力和傳感器輸出 電壓的數據樣本，利用曲線擬合算法確定纖維張力和傳感器輸出電壓的擬合曲線；(5)應變片傳感器輸出的電壓信號經放大后輸入到數據采集卡的模擬量輸入通 道，計算機按照設定的采樣周期采集電壓數據，再根據張力和電壓擬合曲線利用插值法確 定纖維動態張力數據；(6)計算機屏幕實時顯示張力數據并繪制其動態曲線。所述步驟(1)中被測纖維尺寸范圍為長度Imm-lOmm，直徑0. Iym— ΙΟΟμπι。所述步驟(2)中脈沖信號頻率范圍為100HZ-10kHZ。所述步驟(4)中，模擬纖維拉升過程，測得在一組既定 張力g作用下對應的傳感器輸出電壓《，建立一組樣本數據
(、豹),= ---，(h+ft-i),以樣本數據為分段點進行分段線性擬合，得到張
力一電壓的擬合曲線。所述步驟(5)中，檢測張力數據時，為消除干擾提高檢測的準確性，在每個采樣周 期，對檢測到的電壓數據進行數字濾波，即對電壓信號進行m次采樣，再將得到的m個采樣
數據按照大小順序排列，舍棄首尾各個較大的數據和較小的數據，然后對剩下的數據進
J
行算術平均得到濾波后的電壓信號；濾波后，根據張力一電壓擬合曲線利用插值法確定纖 維張力數據。本實用新型的有益效果是本實用新型通過軟件精確控制拉伸纖維過程，并實時 檢測、顯示纖維的動態張力數據。具有操作簡單、測量準確、可視化程度高的優點，尤其適合 于皮革纖維、紙漿纖維等小尺寸細纖維的張力自動測量。而且，根據本測量方法的構成的拉 升臺體積較小，易于安放在電子顯微鏡或光學顯微鏡上，實現纖維的微觀力學測量。
圖1為測量裝置硬件構成示意圖；圖2為產生脈沖信號的軟件程序流程圖；圖3為高精度定時的軟件程序流程圖；圖4為應變電橋原理圖。其中，1微型步進電機、2樣品座、3夾持器、4被測纖維、5彈性體、6應變片傳感器、 7數據采集卡、8計算機、9步進電機驅動電路、10信號放大電路。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。圖1中，小尺寸細纖維張力自動測量裝置包括纖維拉伸臺，被測纖維4安裝在纖維 拉伸臺上，纖維拉伸臺設有被測纖維4的張力檢測裝置，該裝置與計算機8連接；同時計算 機8還與纖維拉伸臺的動力裝置連接。纖維拉伸臺包括夾持器3，被測纖維4安裝在夾持器3上，夾持器3安裝在樣品座 2上；樣品座2通過傳動裝置與微型步進電機1連接，微型步進電機1的步進電機驅動電路 9通過數據采集卡7與計算機8連接。[0028]張力檢測裝置包括彈性體5，它與被測纖維4連接，同時彈性體5上還設有應變片 傳感器6，應變片傳感器6通過信號放大電路10通過數據采集卡7與計算機8連接。本實用新型的測量方法為(1)如圖1所示，被測纖維4兩端分別用夾持器3固定在樣品座2上；(2)由計算機首先判斷是否要產生脈沖信號，如果是，則根據拉伸速度或脈沖頻率 設置定時間隔，再利用計算機實現高精度定時，當定時間隔到，則將數據采集卡7的開關量 輸出DoutO取反。這樣，DoutO將按照一定的時間間隔交替輸出高電平和低電平，形成脈沖 信號。圖2是產生進給脈沖信號的程序流程圖，其中高精度定時的程序流程圖如圖3所示。 脈沖信號輸入到步進電機驅動電路9，微型步進電機1轉動后，由機械傳動機構進行減速并 將轉動轉換為平動，牽引樣品座2運動拉伸被測纖維4 ；(3)被測纖維4的張力作用于彈性體5上，彈性體5上的電阻應變片傳感器6構成
應變電橋，用于將被測纖維4的張力轉換為電壓信號。應變電橋原理圖如圖4所示，其中，
( j> j> 、
隊14為應變片電阻，U為輸入參考電壓，輸出電壓為Δ /= ^---^1-17。當被測
Ri+ R5 J
纖維4松弛時，張力為零，電橋平衡，AC = O ；當被測纖維4張緊時，張力不為零，彈性體5 受應力發生機械形變，電阻應變片也隨之發生形變，其阻值發生變化致使應變電橋不平衡， 輸出電壓ΔΙΙ其0，其值隨被測纖維4張力大小發生變化；(4)系統首次用于被測纖維4張力測量時，采用曲線擬合算法確定被測纖 維張力和傳感器輸出電壓的關系曲線。其過程是模擬被測纖維4拉升過程，測得 在一組既定張力g作用下對應的應變片傳感器6輸出電壓《，建立一組樣本數據
(呤於),，———,以樣本數據為分段點進行分段線性擬合，得到張
力一電壓的擬合曲線；(5)應變片傳感器6輸出的電壓信號經信號放大電路10放大后輸入到數據采集 卡7的模擬量輸入通道，計算機8按照設定的采樣周期采集電壓數據。為消除干擾提高檢 測的準確性，在每個采樣周期，對檢測到的電壓數據進行數字濾波，即對電壓信號進m次采
樣，再將得到的m個采樣數據按照大小順序排列，舍棄首尾各個較大的數據和較小的數
3
據，然后對剩下的數據進行算術平均得到濾波后的電壓信號。濾波后，根據張力一電壓擬 合曲線利用插值法確定纖維張力數據；(6)計算機屏幕實時顯示張力數據并繪制其動態曲線。
權利要求一種小尺寸細纖維張力自動測量裝置，其特征是，它包括纖維拉伸臺，被測纖維安裝在纖維拉伸臺上，纖維拉伸臺設有被測纖維張力檢測裝置，該裝置與計算機連接；同時計算機還與纖維拉伸臺的動力裝置連接。
2.如權利要求1所述的小尺寸細纖維張力自動測量裝置，其特征是，所述纖維拉伸臺 包括夾持器，被測纖維安裝在夾持器上，夾持器安裝在樣品座上；樣品座通過傳動裝置與微 型步進電機連接，微型步進電機通過步進電機驅動電路通過數據采集卡與計算機連接。
3.如權利要求1所述的小尺寸細纖維張力自動測量裝置，其特征是，所述張力檢測裝 置包括彈性體，它與被測纖維連接，同時彈性體上還設有應變片傳感器，應變片傳感器也通 過信號放大電路通過數據采集卡與計算機連接。
專利摘要本實用新型涉及一種小尺寸細纖維張力自動測量裝置。它能夠實現皮革纖維、紙漿纖維等小尺寸細纖維的自動拉升、自動檢測，具有操作簡便、測量準確、可視化程度高的優點，而且此方法構成的拉伸臺體積小，可借助電子顯微鏡或光學顯微鏡實現的微觀力學測量。它包括纖維拉伸臺，被測纖維安裝在纖維拉伸臺上，纖維拉伸臺設有被測纖維張力檢測裝置，該裝置與計算機連接；同時計算機還與纖維拉伸臺的動力裝置連接。
文檔編號G01L5/04GK201716139SQ20102024887
公開日2011年1月19日 申請日期2010年7月6日 優先權日2010年7月6日
發明者張磊, 李天鐸, 王曉芳, 許靜, 邱書波 申請人:山東輕工業學院