微拾音器点阵排列的束纤维断裂点及声测量装置及方法与流程

本发明涉及一种微拾音器点阵排列的束纤维断裂点及声测量的装置及方法，属于纺织纤维测试技术领域。

背景技术：

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。

技术实现要素：

本发明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，本发明的技术方案是提供了一种微拾音器点阵排列的束纤维断裂点及声测量装置，其特征在于，包括：

由m列平行的拾音器列形成的拾音器阵列，m>3，每列拾音器列由n个拾音器以纵列线阵式排列而成，n>3，拾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，所述拾音器是由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组成。

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为±1db。

优选地，所述半抛物半球形罩的端面为规整圆形，用于有效接收平行或垂直于纤维排列方向的断裂信号。

本发明的另一个技术方案是提供了一种上述的微拾音器点阵排列的束纤维断裂点及声测量装置的应用，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使用或上述的装置单独使用，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。

本发明的另一个技术方案是提供了一种微拾音器点阵排列的束纤维断裂点及声测量装置的方法，其特征在于，采用上述的装置，包括以下步骤：

待测试的束纤维被拉伸，在拉伸过程中，由采集模块通过拾音器阵列采集纤维断裂声波信号，束纤维拉伸结束后，分析系统获得每个拾音器采集到的纤维断裂声波信号的波形，通过对波形特征的分析得到拉伸过程中束纤维的内部受力、损伤、断裂情况。

优选地，当纤维出现断裂的时候，所述纤维断裂声波信号的波形出现明显的波峰和波谷。

本发明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n个或m个，或m+n-1个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。

本发明的测量装置核心结构是线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。将这种拾音器正交线阵式排列，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。

本发明的优点是提供了一种解决了当前缺乏有效方法监控束纤维拉伸时纤维受力破坏情况的装置及方法。

附图说明

图1为正交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，进一步阐述本发明。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发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，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，由如图1所示的m×n个拾音器1排列而成的拾音器阵列布置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。对每个拾音器收集的信号波的形状提取并分析波形特征，波形特征采用的是cooleditpro2.0软件采集和分析声音信号，可得到拉伸过程中束纤维的内部受力、损伤、断裂情况。

实施例2：碳纤维束

将碳纤维束夹持在夹持器的两端，由如图1所示的m×n个拾音器1排列而成的拾音器阵列布置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。对每个拾音器收集的信号波的形状提取并分析波形特征，波形特征采用的是cooleditpro2.0软件采集和分析声音信号，可得到拉伸过程中束纤维的内部受力、损伤、断裂情况。

实施例3：羊毛纤维束

将羊毛纤维束夹持在夹持器的两端，由如图1所示的m×n个拾音器1排列而成的拾音器阵列布置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，如图3所示。当纤维出现断裂的时候，信号波出现明显的波峰和波谷。对每个拾音器收集的信号波的形状提取并分析波形特征，波形特征采用的是cooleditpro2.0软件采集和分析声音信号，可得到拉伸过程中束纤维的内部受力、损伤、断裂情况。