紡織品力學(xué)性能檢測及儀器研究

陳紹達 王國強 麻可愛

溫州市大榮紡織儀器有限公司 浙江溫州 325000

隨著我國的經(jīng)濟活力不斷被激活，人們的生活水平得到了較大的改變，為了改善生活品質(zhì)，對服裝以及家用紡織品等方面的要求越來越高。企業(yè)在生產(chǎn)更好的紡織品的同時，也在進行紡織品的力學(xué)性能檢測，并且重視的程度逐年上升。目前隨著紡織品類型以及紡織品的應(yīng)用場合不斷增加，對紡織品的力學(xué)性能檢測的方法以及儀器也越來越多，測試的方法針對性更強，也更加的專業(yè)。

1 現(xiàn)代概念材料試驗機的產(chǎn)生

現(xiàn)代概念的材料試驗機誕生于上世紀(jì)40 年代中期，其發(fā)明者是美國麻省理工學(xué)院的兩位學(xué)生。而在此之前，杜邦公司為了滿足美國軍方的要求，已經(jīng)研制出一種新材料錦綸66，從而替換原有的用絲綢制成的降落傘，但錦綸66 與絲綢之間的力學(xué)性能差距還沒有一個合適檢測方法來確定。以前對紡織材料進行檢測的試驗機利用的都是杠桿原理，對材料應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系不能夠較為全面的進行反映。而為了能夠滿足這種需求，經(jīng)過不斷的探索研究，才誕生了具有現(xiàn)代概念的材料試驗機[1]。

2 電子材料試驗機的基本原理

2.1 紡織材料試驗機的基本原理

紡織材料在電機以及傳動機構(gòu)的作用下，會產(chǎn)生拉伸、壓縮、彎曲等變形，同時會給傳感器施加同樣大小的作用力，使得傳感器會產(chǎn)生比較微小的變化。因為傳感器通常采用的是基于電阻應(yīng)變片這種類型的傳感器，因此傳感器產(chǎn)生微量的變化后便能夠轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過數(shù)字變換器將電信號轉(zhuǎn)換成中央處理單元能夠直接識別的數(shù)字信號，通過中央處理單元的進一步處理，將最終得到的結(jié)果呈現(xiàn)出來。

2.2 傳感器

傳感器能夠?qū)⒘Φ妮p微變化轉(zhuǎn)換為電信號，其中比較常用的有電阻式傳感器以及電感式傳感器等。其中電阻應(yīng)變式傳感器是利用金屬絲在外力作用下發(fā)生機械變形后其電阻值將發(fā)生變化，從而實現(xiàn)電量輸出的一種傳感器。電阻式傳感器因為其結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、靈敏度高、性價比強、抗干擾能力強的優(yōu)點，在測量領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。

在電子材料試驗機的發(fā)展過程中，傳感器的精度需求越來越高，對試驗機傳感器的采集電路要求也越來越精準(zhǔn)。目前國內(nèi)廠家的傳感器和采集電路基本采用了差分信號采集和基準(zhǔn)電壓的模式進行設(shè)計。

2.3 中央處理單元

在測試機的同一個系統(tǒng)當(dāng)中，中央處理器主要采用的是單片機，屬于核心器件，其相關(guān)的性能對測試機的整體性能會有比較直接的影響，具體如下。

因為測試機整機的內(nèi)部存在較多的電子元器件、電機以及驅(qū)動器等，并且因為外部電源會產(chǎn)生電噪音等，可能會導(dǎo)致測試機出現(xiàn)紊亂或者死機等故障。而這主要取決于芯片廠家的技術(shù)水平，而儀器廠家主要是在器件選型、應(yīng)用電路的設(shè)計以及程序語言的設(shè)計中加以避免。

隨著目前技術(shù)的發(fā)展，測試機的測試速度呈現(xiàn)出快速化、多樣化的趨勢，測試完成后對強力、伸長等數(shù)據(jù)的處理量越來越大。這種要求也導(dǎo)致了測試機的單片機從8 位升級到16 位，又從16 位升級到了32 位。在32 位的單片機下，又從常規(guī)芯片類型升級到增強芯片類型。而在程序設(shè)計過程中，軟件設(shè)計也從常規(guī)的C 語言模式升級到了實時系統(tǒng)模式[2]。

在單片機的實時系統(tǒng)模式，各大廠家的設(shè)計技術(shù)人員也漸漸地從uC/OS 等實系統(tǒng)模式發(fā)展到了Rtthread 等實時系統(tǒng)模式。

③計算機的兼容能力通常十分重要。隨著個人計算機的廣泛應(yīng)用，已經(jīng)能夠方便的對大量的信息數(shù)據(jù)進行處理，各個儀器廠家也都開發(fā)了不同PC 機的聯(lián)接技術(shù)，從而滿足了越來越多、功能不同、測量方法不一致的各類標(biāo)準(zhǔn)對儀器的要求。

而一些功能強大的測試機甚至已經(jīng)發(fā)展到了智能化的程序，用戶可根據(jù)自身的測試要求，對測試機的測量流程進行自編輯，測試結(jié)果的計算公式自編輯。從而擴寬了測試機的使用范圍。

2.4 電機及其驅(qū)動系統(tǒng)

2.4.1 電機響應(yīng)時間

這部分是整機最關(guān)鍵的部分，對測試的范圍以及設(shè)備長期運行時的可靠性有直接影響。比如，需要將某一個試樣拉伸到屈服點附近，并在這種負(fù)荷下保持較長的時間，之后對材料的變形或者內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化進行檢測，這時要求驅(qū)動器能夠在一個時間段內(nèi)完成從靜止到拉伸再到停止的過程，這個時間段就是驅(qū)動系統(tǒng)的響應(yīng)時間，響應(yīng)時間越短，整機對各種特殊測試越能夠比較容易的完成[3]。

2.4.2 速比范圍

速度范圍指的是驅(qū)動系統(tǒng)最大速度與最小速度的比值，比值越大測試機的使用范圍越廣。

2.4.3 多種保護

因為具體使用的環(huán)境有所差異，因此驅(qū)動系統(tǒng)需要具備較好的過壓以及過流等多重保護功能，從而使整機具有較長的使用壽命。

2.4.4 運行精度

目前各大廠家在電機及其驅(qū)動系統(tǒng)方面，大多采用了高精度的伺服電機，甚至是進口的高精度伺服電機。從而實現(xiàn)了測試機在驅(qū)動方面下對速度、伸長、應(yīng)變等方面的高精度要求。

2.5 應(yīng)變的測量

目前在關(guān)于應(yīng)變方面的測量主要由大伸長的應(yīng)變器和小伸長的應(yīng)變器。大伸長應(yīng)變器主要由高精度的編碼器形成，用于測量較大的變形量。而小伸長應(yīng)變器主要是采購國內(nèi)的應(yīng)變器，用于測量30mm 以內(nèi)的變形量。

3 結(jié)語

為了檢驗紡織品的力學(xué)性能，需要使用專門的儀器進行檢測，本文對材料的試驗機進行了較為詳細(xì)的闡述，希望能夠為相關(guān)檢測人員的工作提供一定幫助。