一种横列线阵排列的束纤维断裂声测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种横列线阵式排列的束纤维断裂声测量的装置及方法。该装置由横列线阵排列的拾音器组成，拾音器由抛物线半球罩和置于该抛物线焦点上的微麦克风组成，以及信息采集模块和分析系统。用该装置的测量方法是当纤维束被拉伸发生断裂时，其断裂声传递到最近且最高声能的拾音器而被记录。根据拾音器所测量断裂脉冲，可得该区域中断裂纤维根数及各断裂纤维的声强，所有的拾音器同时所测最高脉冲值的个数即断裂纤维总根数，及纤维断裂的大致区域，再由峰值断定单纤维的断裂程度。该声测量装置可作为束纤维强力测试仪上的一个功能组件或单独使用，可用于单纤维的平均断裂强度、变异系数和平均断裂伸长率及变异系数的测量。

A Sound Measuring Device and Method for Beam Fiber Fracture Arranged by Horizontal Linear Array

【技术实现步骤摘要】
一种横列线阵排列的束纤维断裂声测量装置及方法
本专利技术涉及一种横列线阵式排列的束纤维断裂声测量的装置及方法，属于纺织纤维测试

技术介绍
在纺纱工艺技术里，平行束纤维的断裂强力与纱线品质关系比较密切，而且其伸长和强力与测得的单纤维显示出高度相关性。因此对束纤维的内部细观形变、损伤、断裂过程的检测，成为科学研究与工程实践的迫切需求。目前在测量纤维材料的伸长、断裂特性时，一般是通过高速摄影的方法来进行的。利用高速摄影机，把纤维受力后伸长、断裂的全过程拍摄下来，再通过放映机，观察瞬时纤维的形态，纤维伸长、断裂的全过程，分析研究纤维材料的拉伸断裂性能。使用这种方法虽然比较直观，但是由于纤维单丝间相互遮挡，在对束纤维进行摄形时，无法拍摄到被遮挡部分的情况，观测不出内部纤维的断裂情况和位置。中国专利申请号为CN88105476.3介绍了一种利用被测纤维在受力过程中声发射引起的机械振动，耦合到声发射传感器的压电体上，产生谐振振动，进而为电极感知，转换成电信号，传递给声发射仪进行放大、诊波、选频处理，最后由记录仪接收，记录下纤维在整个检侧过程中的声发射现象。但是这种方法只能对于单根或单层且纤维之间有间隔的才能测量。对于束纤维的测量，纤维与纤维之间紧密相连采用声发射引起机械振动必然会产生相互的影响而无法测量。中国专利申请号为CN200710176151.2的一种目标噪声测量中的阵列噪声信号的聚焦方法，采用多通道延时聚焦对齐的方法进行声音的收集，但是该方法无法应用于束纤维微弱的断裂的收集和检测。美国专利号US2007/0218806Al介绍了用于碳纤维复合材料无损检测的方法，用内嵌传感器来方式测量纤维断裂声测量，此法只能通过传感器有无信号来判定纤维有无断裂损伤，并且无法确定损伤程度。美国专利号US5104391公布了用于单根光纤断裂声测量的装置和方法，但无法应用于普通束纤维断裂声的测量。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可监控和分析束纤维拉伸行为的测量方法和装置，能获取静态和动态条件下束纤维拉伸是的受力损伤、断裂情况。为了达到上述目的，本专利技术的测量原理是当纤维束被拉伸发生断裂时，其断裂声传递到最近且最高声能的拾音器而被记录，根据拾音器所测量断裂脉冲声，可得该区域中的纤维根数及各断裂纤维的声强，所有的拾音器所测同时最高脉冲值的个数即为断裂纤维总根数，而最高脉冲峰所在拾音器的个数即为该区域的断裂纤维数，再由峰值断定纤维的断裂程度。本专利技术的测量装置核心结构是横列阵式排列的抛物半球形的拾音器和信号采集与数据处理系统。其基本的结构和原理是：拾音器由抛物半球形罩和置于焦点上的微型麦克风。当束纤维被夹持在纤维夹持器上的时候有一定的厚度，通过抛物半球形可以将厚度方向上的纤维的断裂声情况收集而不仅仅是单层纤维。纤维的断裂声是微弱的，通过置于焦点上的微型的麦克风将断裂纤维的断裂声收集、放大。将这种拾音器线阵式排列，克服了断裂声在束纤维上纵向和横向上的传播不一致造成的误差。通过信号采集与数据处理系统对信号波的分析和对比实现对断裂纤维的区域和根数确定。本专利技术的具体技术方案是提供了一种横列线阵排列的束纤维断裂声测量装置，其特征在于，包括：由m个拾音器以横列线阵式排列而成的拾音器阵列，拾音器阵列排列在束纤维中并且被束纤维完全地覆盖住；束纤维被拉伸后，如实通过拾音器阵列采集纤维断裂声波信号的采集模块；对采集模块采集的纤维断裂声波信号进行数据分析和计算的分析系统。优选地，所述拾音器包括半抛物半球形罩和置于半抛物半球形罩焦点上的微麦克风。优选地，所述微麦克风尺寸为长3～4mm、宽2～3mm、高1～1.5mm，所述微麦克风的灵敏度误差±1dB。优选地，所述半抛物半球形罩的端面抛物线长、短轴排列方向差异，横向线阵排列的半抛物半球形罩长轴平行于束纤维排列方向。本专利技术的另一个技术方案是提供了一种束纤维断裂声测量方法，其特征在于，采用上述的装置，包括以下步骤：由m个拾音器以横列线阵式排列而成拾音器阵列，拾音器阵列排列在束纤维中并且被束纤维完全地覆盖住；将束纤维拉伸，束纤维被拉伸后，采集模块通过拾音器阵列采集纤维断裂声波信号，由分析系统对采集模块采集的纤维断裂声波信号进行数据分析和计算。本专利技术的另一个技术方案是提供了一种上述的横列线阵式排列的用于束纤维断裂声测量装置应用，其特征在于，上述的装置作为束纤维强力测试仪上的一个功能组件或如权利要求1所述的装置单独使用，用于单纤维的平均断裂强度、变异系数和平均断裂伸长率及变异系数的测量。由于采用了上述的技术方案，本专利技术与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：(a)线阵排列的拾音器可以有效拾取多层叠加纤维束断裂产生的振荡声波；(b)微拾音器可以将断裂声波收集放大，有效检测纤维断裂的微弱信号；(c)线阵排列的拾音器可以克服声波在纤维纵向和横向上的传播不一致，提高声测量装置的准确性。附图说明图1为横列线阵式排列束纤维断裂声测量装置图；图2为半抛物球形的微麦克拾音器示意图；图3为断裂声采集和分析波形图，横坐标为时间，纵坐标为信号的振幅；图中：1—拾音器；2—微型麦克风；3—半抛物半球形罩；4—采集模块；5—分析系统。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。实施中的原材料及设备为国家重点研发计划(2016YFC0802802)资助项目。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1：麻纤维束将麻纤维束夹持在夹持器的两端，由多个拾音器1以横列线阵式排列而成的拾音器阵列排列在束纤维中，并且被束纤维完全的覆盖住。拾音器1与计算机上的采集模块4和分析系统5相连接。当束纤维被拉伸时，纤维出现损伤，由采集模块4如实通过拾音器阵列采集纤维断裂声波信号，分析系统5通过接收到的纤维断裂声波信号形成信号波形，并在计算机上显示该信号波形。当纤维出现断裂的时候，信号波出现明显的波峰和波谷。通过对每个拾音器1收集的信号波的形状进行特征分析，可得到拉伸过程中束纤维的内部受力、损伤、断裂情况。波形特征分析采用的是CoolEditPro2.0软件采集和分析声音信号。实施例2：碳纤维束将碳纤维束夹持在夹持器的两端，由多个拾音器1以横列线阵式排列而成的拾音器阵列排列在束纤维中，并且被束纤维完全的覆盖住。拾音器1与计算机上的采集模块4和分析系统5相连接。当束纤维被拉伸时，纤维出现损伤，由采集模块4如实通过拾音器阵列采集纤维断裂声波信号，分析系统5通过接收到的纤维断裂声波信号形成信号波形，并在计算机上显示该信号波形。当纤维出现断裂的时候，信号波出现明显的波峰和波谷。通过对每个拾音器1收集的信号波的形状进行特征分析，可得到拉伸过程中束纤维的内部受力、损伤、断裂情况。波形特征分析采用的是CoolEditPro2.0软件采集和分析声音信号。实施例3：羊毛纤维束将羊毛纤维束夹持在夹持器的两端，由多个拾音器1以横列线阵式排列而成的拾音器阵列排列在束纤维中，并且被束纤维完全的覆盖住。拾音器1与计算机上的采集模块4和分析系统5相连接。当束纤维被拉伸时，纤维出现损伤，由采集模块4如实通过拾音器阵列采本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种横列线阵排列的束纤维断裂声测量装置，其特征在于，包括：由m个拾音器(1)以横列线阵式排列而成的拾音器阵列，拾音器阵列排列在束纤维中并且被束纤维完全地覆盖住；束纤维被拉伸后，如实通过拾音器阵列采集纤维断裂声波信号的采集模块(4)；对采集模块(4)采集的纤维断裂声波信号进行数据分析和计算的分析系统(5)。

【技术特征摘要】
1.一种横列线阵排列的束纤维断裂声测量装置，其特征在于，包括：由m个拾音器(1)以横列线阵式排列而成的拾音器阵列，拾音器阵列排列在束纤维中并且被束纤维完全地覆盖住；束纤维被拉伸后，如实通过拾音器阵列采集纤维断裂声波信号的采集模块(4)；对采集模块(4)采集的纤维断裂声波信号进行数据分析和计算的分析系统(5)。2.如权利要求1所述的一种横列线阵排列的束纤维断裂声测量装置，其特征在于，所述拾音器(1)包括半抛物半球形罩(3)和置于半抛物半球形罩(3)焦点上的微麦克风(2)。3.如权利要求2所述的一种横列线阵排列的束纤维断裂声测量装置，其特征在于，所述微麦克风(2)尺寸为长3～4mm、宽2～3mm、高1～1.5mm，所述微麦克风(2)的灵敏度误差±1dB。4.如权利要求2所述的一种横列线阵排列的束纤维断裂声测量装...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洪玲，于伟东，卢笛，刘涛，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31