羊毛束纤维断裂伸长率分布及断裂强度分布测试方法技术

本发明专利技术提供了一种基于声发射原理的羊毛束纤维断裂伸长率分布及断裂强度分布测试方法，利用束纤维强力仪、单纤维强力仪、带声卡的计算机、两个规格相同的麦克风，束纤维强力仪和单纤维强力仪都为等速拉伸，麦克风分别固定在束纤维强力仪和单纤维强力仪上，距离受拉伸的束纤维或单纤维Lmm。本发明专利技术的优点是：基于声发射测量技术，实现了束纤维拉伸时单根纤维断裂伸长率分布和断裂强度分布的精确测量。

【技术实现步骤摘要】
羊毛束纤维断裂伸长率分布及断裂强度分布测试方法
本专利技术涉及一种基于声发射原理的羊毛束纤维断裂伸长率分布及断裂强度分布测试方法。
技术介绍
由于天然纤维如毛、棉等单纤维间的拉伸性能差异较大，实际评价中需要测定很多单纤维才能得到代表纤维试样的平均性能值。现有技术对羊毛束纤维拉伸断裂时单根纤维强度的分布是无法测量的，单根纤维断裂伸长率的分布也仅是理论上的假设，无法实测。
技术实现思路
本专利技术的目的是：利用声发射测量技术来实现束纤维拉伸时单根纤维断裂伸长率分布和断裂强度分布的精确测量。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是提供了一种基于声发射原理的羊毛束纤维断裂伸长率分布及断裂强度分布测试方法，利用束纤维强力仪、单纤维强力仪、带声卡的计算机、两个规格相同的麦克风，束纤维强力仪和单纤维强力仪都为等速拉伸，麦克风分别固定在束纤维强力仪和单纤维强力仪上，距离受拉伸的束纤维或单纤维Lmm，其特征在于，所述测试方法包括以下步骤：第一步、从待测羊毛中随机抽取P根纤维，以p根为一组分成N组，N＝P/p，各组纤维的两端都分别粘在在纸片上，使纤维呈伸直状态，纤维间平行排列且互相不接触，形成N组纤维样本，对上述N组纤维样本分别在束纤维强力仪上进行组合测量，拉断的同时用麦克风记录下带噪纤维断裂声发射信号；第二步、用小波去噪的方法处理第一步得到的N组带噪纤维断裂声发射信号，得到N个完整的纤维断裂声发射信号；第三步、提取第二步得到的N个完整的纤维断裂声发射信号的波形振幅A和能量E；第四步、将.N个完整的纤维断裂声发射信号的波形振幅A和能量E中的最小振幅Amin和最小能量Emin代入复合参数M，M＝E×A，计算得到复合参数M的临界值MCri；第五步、对经充分梳理的羊毛束纤维用束纤维强力仪(1)进行拉伸，并同步记录下拉伸过程中的带噪纤维断裂声发射信号；第六步、用与第二步相同的小波去噪的方法去除带噪纤维断裂声发射信号的背景噪音，利用波形振幅A和能量E计算小波去噪后束纤维拉伸声发射谱中所有瞬态信号的复合参数M，去除小于MCri的信号，剩下的声发射信号即由纤维断裂产生，为纤维断裂声发射信号；第七步、将第六步得到的纤维断裂声发射信号的波形波峰所对应的时间作为纤维断裂的时间，则纤维断裂时的伸长＝断裂时间×拉伸速度，纤维的断裂伸长率＝伸长/拉伸隔距，求出束纤维拉伸时所有纤维的断裂伸长率并作直方图，即可得羊毛束纤维断裂伸长率分布；第八步、随机从待测羊毛中抽取Q根单纤维试样，分别用单纤维强力仪进行组合测量，记录每根单纤维的断裂强力和其对应的断裂声发射信号，用与第二步相同的小波去噪的方法去除各组断裂声发射信号的背景噪音，分别提取Q根单纤维断裂声发射信号的能量E，并建立断裂强力和能量之间的线性回归方程；第九步、将第六步得到的束纤维拉伸中的纤维断裂声发射波形的能量E代入第八步得到的线性回归方程，即可计算出对应纤维的断裂强力，利用中段切断称重法测量待测羊毛束纤维的平均线密度，用各根纤维的断裂强力比上平均线密度即可得各自的断裂强度，对所有纤维的断裂强度做直方图即可得束纤维拉伸的断裂强度分布。优选地，所述束纤维强力仪和所述单纤维强力仪的速率为3mm/min，拉伸隔距10mm；所述声卡量化精度16位，采样频率44.1kHz；所述L＝5mm。优选地，所述第二步包括以下步骤：步骤2.1、第i组带噪纤维断裂声发射信号Yi表示为，i＝1，2，...，N：Yi＝Fi+Zi，式中，Fi为第i个完整的纤维断裂声发射信号，Zi第i个噪音信信号，则Yi的小波系数表示为Yj，k，j为小波分解层数，k为当前分解层的索引：Yj，k＝Wj，k+Zj，k，式中，Wj，k为Fi的小波系数，Zj，k为Zi的小波系数；步骤2.2、对Yj，k进行软阈值处理，即令绝对值小于阈值ε的软处理小波系数Tsoft为零，将绝对值大于阈值ε的软处理小波系数Tsoft向零做收缩：式中，α为噪声信号偏差，J为含噪信号在所有层次上的小波分解包分解系数的个数总和。优选地，在所述第三步中，所述波形振幅A是超出测量阈值的波形最大峰值；所述能量E是超出测量阈值的波形外包络线与阈值间包围的面积。本专利技术基于声发射测量技术，实现了束纤维拉伸时单根纤维断裂伸长率分布和断裂强度分布的精确测量。附图说明图1为本专利技术的测量示意图；图2为纤维样本示意图；图3为波形参数示意图；图4(a)及图4(b)为单纤维小波去噪效果；图5(a)及图5(b)为羊毛束纤维小波去噪效果；图6为羊毛束纤维断裂伸长率分布；图7为能量与断裂强力的回归分析；图8为羊毛束纤维断裂强度分布。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。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。羊毛纤维的断裂伸长率分布和断裂强度分布是其拉伸性能的重要组成部分，关系到纺织加工过程的顺利和最终产品的力学性能。本专利技术能够通过分析束纤维断裂声发射脉冲谱，快速和精确地测量羊毛束纤维的断裂伸长率分布和强度分布。本专利技术采用了如图1所示的硬件设备，包括束纤维强力仪1一台；单纤维强力仪2一台；带声卡的计算机一台；规格相同的麦克风3两个(响应频率为50～15000Hz)。束纤维强力仪1和单纤维强力仪2都为等速拉伸，速率为3mm/min，拉伸隔距10mm；声卡量化精度16位，采样频率44.1kHz；麦克风3分别固定在束纤维强力仪1和单纤维强力仪2上，距离受拉伸束纤维4或单纤维5的距离为5mm。本专利技术提供的一种基于声发射原理的羊毛束纤维断裂伸长率分布及断裂强度分布测试方法包括以下步骤：步骤1、从待测羊毛中随机抽取200根纤维，以20根为一组分成10组。各组纤维的两端都分别粘在在纸片上，使纤维呈伸直状态，纤维间平行排列且互相不接触，如图2所示。对上述10组纤维样本分别在束纤维强力仪1上进行组合测量，拉断的同时用麦克风3记录下带噪纤维断裂声发射信号。步骤2、用小波去噪的方法处理各组的带噪纤维断裂声发射信号，得到200个完整的纤维断裂声发射信号。步骤2.1、第i组带噪纤维断裂声发射信号Yi表示为，i＝1，2，...，N：Yi＝Fi+Zi，式中，Fi为第i个完整的纤维断裂声发射信号，Zi第i个噪音信信号，则Yi的小波系数表示为Yj，k，j为小波分解层数，k为当前分解层的索引：Yj，k＝Wj，k+Zj，k，式中，Wj，k为Fi的小波系数，Zj，k为Zi的小波系数；步骤2.2、对Yj，k进行软阈值处理，即令绝对值小于阈值ε的软处理小波系数Tsoft为零，将绝对值大于阈值ε的软处理小波系数Tsoft向零做收缩：式中，α为噪声信号偏差，J为含噪信号在所有层次上的小波分解包分解系数的个数总和。步骤3.提取上述200个完整的纤维断裂声发射信号的波形振幅A和能量E。波形振幅A是超出测量阈值的波形最大峰值；能量E是超出测量阈值的波形外包络线与阈值间包围的面积，测量阈值这里取0.2，如图3所示。步骤4、将200个完整的纤维断裂声发射信号的波形振幅A和能量E中的最小振幅Amin和最小能量Emin代入复合参数M，M＝E×A，计算得到复合参数M的临界值MCri。步骤5、对经充分梳理的羊本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于声发射原理的羊毛束纤维断裂伸长率分布及断裂强度分布测试方法，利用束纤维强力仪(1)、单纤维强力仪(2)、带声卡的计算机、两个规格相同的麦克风(3)，束纤维强力仪(1)和单纤维强力仪(2)都为等速拉伸，麦克风(3)分别固定在束纤维强力仪(1)和单纤维强力仪(2)上，距离受拉伸的束纤维(4)或单纤维(5)Lmm，其特征在于，所述测试方法包括以下步骤：第一步、从待测羊毛中随机抽取P根纤维，以p根为一组分成N组，N＝P/p，各组纤维的两端都分别粘在在纸片上，使纤维呈伸直状态，纤维间平行排列且互相不接触，形成N组纤维样本，对上述N组纤维样本分别在束纤维强力仪(1)上进行组合测量，拉断的同时用麦克风(3)记录下带噪纤维断裂声发射信号；第二步、用小波去噪的方法处理第一步得到的N组带噪纤维断裂声发射信号，得到N个完整的纤维断裂声发射信号；第三步、提取第二步得到的N个完整的纤维断裂声发射信号的波形振幅A和能量E；第四步、将N个完整的纤维断裂声发射信号的波形振幅A和能量E中的最小振幅A

【技术特征摘要】
1.一种基于声发射原理的羊毛束纤维断裂伸长率分布及断裂强度分布测试方法，利用束纤维强力仪(1)、单纤维强力仪(2)、带声卡的计算机、两个规格相同的麦克风(3)，束纤维强力仪(1)和单纤维强力仪(2)都为等速拉伸，麦克风(3)分别固定在束纤维强力仪(1)和单纤维强力仪(2)上，距离受拉伸的束纤维(4)或单纤维(5)Lmm，其特征在于，所述测试方法包括以下步骤：第一步、从待测羊毛中随机抽取P根纤维，以p根为一组分成N组，N＝P/p，各组纤维的两端都分别粘在在纸片上，使纤维呈伸直状态，纤维间平行排列且互相不接触，形成N组纤维样本，对上述N组纤维样本分别在束纤维强力仪(1)上进行组合测量，拉断的同时用麦克风(3)记录下带噪纤维断裂声发射信号；第二步、用小波去噪的方法处理第一步得到的N组带噪纤维断裂声发射信号，得到N个完整的纤维断裂声发射信号；第三步、提取第二步得到的N个完整的纤维断裂声发射信号的波形振幅A和能量E；第四步、将N个完整的纤维断裂声发射信号的波形振幅A和能量E中的最小振幅Amin和最小能量Emin代入复合参数M，M＝E×A，计算得到复合参数M的临界值MCri；第五步、对经充分梳理的羊毛束纤维用束纤维强力仪(1)进行拉伸，并同步记录下拉伸过程中的带噪纤维断裂声发射信号；第六步、用与第二步相同的小波去噪的方法去除带噪纤维断裂声发射信号的背景噪音，利用波形振幅A和能量E计算小波去噪后束纤维拉伸声发射谱中所有瞬态信号的复合参数M，去除小于MCri的信号，剩下的声发射信号即由纤维断裂产生，为纤维断裂声发射信号；第七步、将第六步得到的纤维断裂声发射信号的波形波峰所对应的时间作为纤维断裂的时间，则纤维断裂时的伸长＝断裂时间×拉伸速度，纤维的断裂伸长率＝伸长/拉伸隔距，求出束纤维拉伸时所有纤维的断裂伸长率并作直方图，即可得羊毛束纤维断裂伸长率分布；第八步、随机从待测羊毛中抽取Q根单纤维试样，分别用单纤维强力仪(2)进行组...

【专利技术属性】
技术研发人员：毋戈，钟跃崎，李端，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31