兼具纱线间摩擦系数和摩擦疲劳检测的测试装置及应用

1.本发明涉及纱线摩擦性能测试技术领域，特别涉及一种兼具纱线间摩擦系数和摩擦疲劳检测的测试装置及应用。


背景技术：

2.在纺织加工过程中，经常存在纱线与纱线、纱线与机件之间的相对运动，从而会出现纱线之间或纱线与其它材料的摩擦问题。纱线与纱线之间具有足够的摩擦力是织物尺寸稳定性良好的必要条件，但是过大的摩擦力会造成织造过程中的打纬困难从而影响布面的质量。摩擦系数的大小还会直接影响到织物的外观和风格。例如，纱线间摩擦性质在一定程度上决定了织物交织阻力的大小，若交织阻力偏大，织物手感一般偏硬，有粗糙感；若交织阻力偏小，织物在缝制加工和服用过程中易发生畸变。另外纱线间的摩擦阻力对织物产生剪切变形的难易起着决定性的作用，做丰满胸部、背部的圆势都需要织物具有良好的剪切变形能力。也就是说，纱线摩擦性能是纤维性能的重要方面，无论在短纤纱加捻过程还是在纤维制品的使用过程中，纤维或者纱线之间的相互摩擦作用都起着重要的作用。作为表征纱线摩擦性能重要指标的摩擦系数成为表征摩擦性能的重要方面。
3.作为纱线间、纤维间摩擦系数的重要物理量，其可影响织物的加工与性能。而纱线表面结构不但影响纱线的强力、外观和织造工艺，并且对其织造的织物和加工的服装的性能也有重要影响。所以，纱线摩擦系数的测定具有较为重要的意义。其中，纱线的表面动静态摩擦系数是表征纱线表面结构的重要手段之一，能为纱线的性能评价和质量监控提供重要的依据。而纱线所具有的动摩擦系数，对织物的工艺效果有重要影响，对织物的服用性能，舒适性及外观有极大的影响。在摩擦系数的测定方面，出现了很多测试方法，如绞盘法等。然而，采用传统的测试方法得到的摩擦系数只能反应摩擦过程中的一方面，无法表征纤维或者纱线在反复摩擦过程中的行为表现。因此，针对实际应用工况，探讨纱线摩擦疲劳性能测试装置则成为进一步表征纤维材料摩擦性能的重要方面。
4.众所周知，纤维、纱线集合体在使用过程中会发生变形，在该过程中纤维之间发生相对的滑移、扭转等相对运动，当这种相对运动反复发生，甚至是按照一定的频率持续发生时，那么纱线与纱线、纤维与纤维之间的相对摩擦性能则成为衡量材料疲劳性能的重要方面。以海工绳缆为例，很多束纤维通过加捻形成股线，八股或者十二股股线通过编织形成绳缆。在海洋环境中，海工缆受到波浪和洋流等的综合作用反复的被拉伸和松弛。在该过程中相互交织股线与股线之间以及同向并排的股线之间不断的发生摩擦。久而久之，在绳缆内部股线相互接触的地方形成毛羽和纤维碎屑。在股线内部，加捻的股线也会由于反复的摩擦而产生性能的衰减。因此，系统的评估不同纱线与纱线之间的摩擦性能，为涂层和助剂开发提供数据参考成为解决该类失效问题的关键。同时，得到真实、精准度高的动静态摩擦系数对其织造的织物、加工服装的性能，以及绳缆的性能具有重要指导意义。研究纱线与纱线之间的摩擦系数及测量纱线与纱线之间的摩擦系数的仪器设备是提高纺织品质量的重要方法和手段。
5.目前，国内外研究人员一直在不断研究纱线与纱线摩擦系数的测量方法及测量仪器。如瑞士r
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1182型直读式电子摩擦系数测试仪，日本的v
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夕
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氏摩擦系数试验机等，其在上世纪80年代引进我国使用后，因其价格较为昂贵没能在我国得到推广使用。随着科技的发展，这类仪器已经不能满足目前科研人员的需求。进入21世纪后，美国劳森公司研制了一款可以测量纱线综合质量的仪器，ctt恒定张力传输系统可用于测量纱线与纱线之间的动态摩擦系数。该系统具有较高的测量精度，可以实时显示摩擦系数曲线并保存电子文档，但该仪器依赖于进口，价格较为昂贵，适合国内有条件的科研院所使用，而不适合小型工厂使用。美国材料协会也制订了纱纱摩擦系数测试的相关标准astm d3412
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01，然而对相关设备的设计和开发则相对较少。目前并不能满足价格适中，操作简便，效果牢靠的纱线与纱线摩擦系数测试装置市场需求。
6.虽然，在纱纱摩擦系数测试的相关标准astm d 6611中规定了纱线与纱线摩擦疲劳性能的测试方法，介绍了纱线与纱线摩擦的测试细节和原理，但是对相关设备的设计和开发则相对较少。中国发明专利申请号为201410168957.7，其公开了一种银纤维抗疲劳测试装置，具体公开了用于模拟银纤维在针织机上针织时银纤维与钩针摩擦接触的模拟装置，通过电阻的方法表征银纤维表面镀银层的牢固程度。但是上述方法并不能模拟纱线与纱线实际应用使用状态摩擦情况。
7.再如公开号为cn 104007060 a的中国专利，其具体公开了一种连续测量弹性纤维间摩擦系数的装置，该装置包括：张力传感器(1)及其第一导纱轮(1
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1)、第二导纱轮(2)，第三导纱轮(3)、处理器(4)、悬垂负重(5)、第四导纱轮(6)、面板(7)、固定支架(8)、卷绕罗拉(9)、转向导纱轮(10)；所述弹性纤维在第三导纱轮(3)、第四导纱轮(6)之间相互缠绕一圈至几圈形成加捻点，然后通过检测纤维在加捻点处的摩擦力来测量弹性纤维间的动态摩擦系数。虽然该装置可解决弹性纤维容易形变，张力检测差异大的技术难题，实现了弹性纤维高精度、连续化检测。但是还存在以下不足：首先，由于其采用电机带动卷绕罗拉对被检测纱线进行卷绕，所以其仅仅是对纱线一次运行中的纱线连续摩擦进行测试，而并不是针对摩擦区域多次连续摩擦直至断裂，众所周知，在纱线实际应用中，纱线间的摩擦是一直连续产生的。所以说其并不能模拟纱线与纱线实际应用使用状态摩擦情况，也就得不到贴合实际纱线使用状态的摩擦系数，那么最终其测试得到的摩擦系数精准度相对较低。其次，该专利中的第二导纱轮、第三导纱轮、第四导纱轮连线形成有包角，包角小于90度设置。而由于包角的存在，纱线在卷绕罗拉的卷绕下，纱线极易产生摆动等影响纱线所受张力均衡的波动因素，那么就会影响纱线上摩擦力的稳定性，最终影响测试得到的摩擦系数，那么摩擦系数测定结果精准度相对较低。
8.鉴于此，现亟需一种能够真实模拟纱线与纱线摩擦环境，并可对纱线摩擦运行过程中影响其稳定性因素去除，同时能够实现断纱自停，测试结果精度高、工作性能稳定可靠、操作简单、适用性广的纱线与纱线摩擦性能测试装置。


技术实现要素：

9.针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够真实模拟纱线与纱线摩擦环境，同时能够实现断纱自停，纱线摩擦性能测试精度高，工作性能稳定可靠，操作简单，适用性广的兼具纱线间摩擦系数和摩擦疲劳检测的测试装置及应用。
10.本发明为实现上述目的采用的技术方案是：一种兼具纱线间摩擦系数和摩擦疲劳检测的测试装置，包括固定板体，沿固定板体的长度方向设置有纱线依次经过的便于纱线传送的输入导纱轮组，用于纱线导向的转向导纱轮，以及输出导纱轮组，在纱线的两端分别设置有与固定板体连接的用于驱动纱线运行的驱动组件以及配重，所述测试装置还包括在转向导纱轮的正上方设置有的用于消除纱线张力波动以保证纱线所受张力均衡的调节导纱辊组件，所述驱动组件为可驱动纱线加捻后所形成加捻摩擦区的纱线连续相向运行摩擦的偏心结构；还包括自动检测系统，所述自动检测系统包括用于参数设置以及实时显示纱线摩擦过程中摩擦系数变化情况的显示设备，用于检测纱线加捻摩擦区摩擦循环次数的检测元件，用于检测配重的光电开关，张力传感器以及控制器，所述光电开关检测到配重后发送检测信号至控制器，所述控制器发送驱动组件停止驱动的信号至驱动组件。
11.上述的兼具纱线间摩擦系数和摩擦疲劳检测的测试装置，所述驱动组件包括与固定板体转动连接的转盘，在转盘上偏心设置有与纱线端部固定连接的固定件，以及用于驱动转盘转动的电机，所述固定件与转盘固定连接；所述张力传感器包括设置于输入导纱轮组内的用于检测输入张力大小的输入张力传感器，以及设置于输出导纱轮组内的用于检测输出张力大小的输出张力传感器。
12.上述的兼具纱线间摩擦系数和摩擦疲劳检测的测试装置，所述调节导纱辊组件包括左导纱辊，以及与左导纱辊一侧相切设置的右导纱辊，所述左导纱辊与右导纱辊的相切部位为转向导纱轮的中心部位。
13.上述的兼具纱线间摩擦系数和摩擦疲劳检测的测试装置，所述固定板体上开设有容纳腔，在容纳腔内设置有对加捻摩擦区纱线进行湿态摩擦时用于盛装溶液的容器，在所述容纳腔的顶部设置有用于固定转向导纱轮并可置入容器中的支架，所述支架与固定板体固定连接。
14.上述的兼具纱线间摩擦系数和摩擦疲劳检测的测试装置，在容纳腔的底部设置有用于承托容器可实现容器在容纳腔内升降的托架，所述托架与固定板体滑动连接。
15.上述的兼具纱线间摩擦系数和摩擦疲劳检测的测试装置，所述控制器为plc控制器，所述检测元件包括红外计数器，当光电开关检测到配重后发送检测信号至控制器，所述控制器发送红外计数器停止计数的信号至红外计数器。
16.上述的兼具纱线间摩擦系数和摩擦疲劳检测的测试装置，所述纱线加捻摩擦区为自身加捻，加捻的圈数为2
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5圈。
17.上述的兼具纱线间摩擦系数和摩擦疲劳检测的测试装置，所述配重的重量可根据纱线细度进行调节，配重为10
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100mn/tex，配重重量精度为0.001g。
18.上述的兼具纱线间摩擦系数和摩擦疲劳检测的测试装置，所述电机为伺服电机，所述伺服电机的转动频率为0.01
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2hz。
19.一种兼具纱线间摩擦系数和摩擦疲劳检测的测试装置在表征纱线表面涂层耐磨效果及涂层牢固度中的应用。
20.本发明兼具纱线间摩擦系数和摩擦疲劳检测的测试装置及应用的有益效果是：
21.本发明首次制造出即可测试纱线摩擦系数，又可测试纱线摩擦疲劳的二合一测试装置，该二合一测试装置能实现摩擦过程中摩擦系数变化情况的检测。
22.首先，本发明通过设置偏心结构的驱动组件，可使被测纱线随固定件往复运动而
不发生转动，实现对加捻摩擦区的纱线连续相向运行摩擦，即连续的循环摩擦直至纱线断裂，可模拟纱线与纱线实际应用使用状态摩擦情况，可得到贴合实际纱线使用状态的纱线摩擦性能测试结果，且得到的纱线摩擦性能测试结果精准度高。其次，调节导纱辊组件的设置，可实现对纱线往复运行过程中张力波动进行消除以保证纱线所受张力均衡，进一步提高纱线摩擦性能测定结果的精准度。第三，通过设置自动检测系统可实现当出现纱线断裂时检测元件计数停止，以保证最终测定结果准确性。第四，固定板体上容纳腔的设置，可有效实现干湿两种态下，纱线与纱线的摩擦性能的测试，可真实模拟纱线与纱线摩擦环境，有助于提高纱线摩擦性能测试精度，同时，纱线与纱线摩擦疲劳过程中的摩擦频率和配重可调，测试可根据不同的试验要求设定，使本装置的适用性更广泛。本发明可用于长丝束、短纤纱等连续细长柔性结构的自身与自身摩擦系数与摩擦疲劳测试。能真实模拟纱线与纱线摩擦环境，同时能够实现断纱自停，纱线摩擦性能测试精度高，工作性能稳定可靠，操作简单，重复性和再现性优良，适用性广，值得被广泛推广应用。
附图说明
23.图1为本发明测试装置在测试纱线摩擦系数时的结构示意图；
24.图2为本发明测试装置在测试纱线摩擦疲劳时的结构示意图；
25.图3为本发明测试装置的另一种结构示意图；
26.图4为本发明测试装置结构示意图。
具体实施方式
27.下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明；
28.实施例1
29.如图1
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4所示，一种兼具纱线间摩擦系数和摩擦疲劳检测的测试装置，包括固定板体1，沿固定板体1的长度方向设置有纱线2依次经过的便于纱线传送的输入导纱轮组3，用于纱线导向的转向导纱轮4，以及输出导纱轮组5，在纱线2的两端分别设置有与固定板体1连接的用于驱动纱线2运行的驱动组件以及配重6。为了保证纱线往复运行过程中所受张力均衡，本发明的测试装置还包括在转向导纱轮4的正上方设置有的用于消除纱线张力波动以保证纱线所受张力均衡的调节导纱辊组件7。为了达到对纱线连续摩擦，实现真实模拟纱线实际应用使用状态的目的，将驱动组件设置为可驱动纱线加捻后所形成加捻摩擦区8的纱线连续相向运行摩擦的偏心结构。其中，加捻摩擦区8是纱线2绕自身加捻形成的，且位于转向导纱轮4的上方。捻向根据被测纱线捻向确定，当被测纱线为无捻纱时，z捻或者s捻都可以。当纱线为加捻纱线时，捻向与纱线自身捻向相同。配重的重量是可以调节的，可以采用盛有钢珠的口袋或者盛有液体的器皿。配重的重量可根据纱线细度进行调节，配重为10
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100mn/tex，配重重量精度为0.001g。在本实施例中，输入导纱轮组、输出导纱轮组均由两个导纱轮组成。
30.在本实施例中，驱动组件包括与固定板体1转动连接的转盘9，在转盘9上偏心设置有与纱线2的端部固定连接的固定件10，以及用于驱动转盘9转动的电机(附图中未示出)，固定件10与转盘9固定连接，电机为伺服电机，伺服电机的转动频率为0.01
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2hz。启动电机后，电机驱动转盘9转动，由于固定件10与转盘9固定连接，所以转盘9转动带动固定件10转
动，从而带动纱线运行。纱线加捻摩擦区为纱线自身加捻，加捻的圈数可为2
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5圈，纱线加捻后，由于转盘9的转动，转向导纱轮4的设置，然后结合纱线另一端配重的设置，最终使得加捻摩擦区的纱线连续相向运行摩擦。
31.为了最大程度的保证纱线往复运行过程中所受张力均衡，本实施例中的调节导纱辊组件包括左导纱辊11，以及与左导纱辊11一侧相切设置的右导纱辊12，左导纱辊11与右导纱辊12的相切部位为转向导纱轮4的中心部位。调节导纱辊组件的设置，可使得加捻后的纱线2两端分别与左导纱辊11、右导纱辊12相切，使得纱线2的输出端与输入端接近平行设置，从而可消除纱线2的输出端与输入端摆动波动对摩擦力均衡性的影响。
32.在本实施例中，为了实现纱线的湿态摩擦模拟，在固定板体1上开设有容纳腔13，在容纳腔13内设置有对加捻摩擦区纱线进行湿态摩擦时用于盛装溶液的容器14，在容纳腔13的顶部设置有用于固定转向导纱轮4并可置入容器14中的支架15，支架15与固定板体1固定连接。在容纳腔的底部设置有用于承托容器可实现容器在容纳腔内升降的托架16，托架16与固定板体1滑动连接，具体的连接可采用现有技术，以能够实现托架16的升降为准，此处不再赘述。可升降托架的设置，便于容器14的放置，保证容器中的液体的液面没过纱线的摩擦区域8。在另一个实施例中，支架15与固定板体1一体成型设置。
33.测试装置还包括自动检测系统，自动检测系统包括用于参数设置以及实时显示纱线摩擦过程中摩擦系数变化情况的显示设备17，用于检测纱线加捻摩擦区摩擦循环次数的检测元件18，用于检测配重的光电开关19，以及控制器。在输入导纱轮组3，以及输出导纱轮组5处分别设置有用于检测输入、输出张力的输入张力传感器20、输出张力传感器21。当光电开关检测到配重后发送检测信号至控制器，控制器发送电机停止运转的信号至电机。其中，控制器为plc控制器，检测元件采用红外计数器，当装置两个端口纱线均摩擦至断裂，光电开关检测到配重后发送检测信号至控制器，控制器发送红外计数器停止计数的信号至红外计数器。其中，固定件10每旋转一圈，纱线进行一个摩擦循环，红外计数器便计数一次。
34.显示设备17可设置的参数包括电机频率，配重的重量以及实验样品信息等。测试端的红外计数器检测的数值，纱线输入端与输出端实时张力，静动态摩擦系数均在显示设备17上显示。其中，显示设备17可采用有线或无线的方式与控制器信号连接。
35.在控制器中，利用预先编写的运算程序，对输入张力传感器20、输出张力传感器21检测出的值进行处理。例如，该运算程序包含以下运算过程：根据张力传感器检测值计算出t2＝最大值
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最小值，利用算式：μs(摩擦系数)＝ln((t2
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δt/2)/t1+δt/2))/2πn，计算出弹性纤维表面的摩擦系数μs，但根据张力传感器检测出的数据处理计算的数学模型并不限于示例。
36.本发明还提供一种兼具纱线间摩擦系数和摩擦疲劳检测的测试装置在表征纱线表面涂层耐磨效果及涂层牢固度中的应用。
37.本发明除了常规测试纱线与纱线摩擦系数及摩擦疲劳性能，还可以测试经过涂层等处理过后的纱线与纱线摩擦系数。
38.本发明中所说的干态摩擦是指通过测试装置在大气环境条件下得到纱线和纱线之间摩擦系数与摩擦疲劳。湿态摩擦系数与摩擦疲劳是通过在测试端下方放置盛有水或者其他液体的烧杯实现的。烧杯中水或者其他液体的液面没过纱线加捻摩擦区。具体的烧杯放置在托架16上，托架16可以上下调节，从而方便烧杯的放置，保证烧杯中液体的液面没过
摩擦区域。
39.纱线与纱线摩擦系数与摩擦疲劳测试实验具体步骤如下：(1)测量纱线的细度，依据标准和实验需求计算配重的重量；(2)在口袋中加入钢珠，使配重达到相应重量要求；(3)将待测纱线以一段固定在固定件10上，根据测试模式将纱线再依次绕过输入导纱轮组3，转向导纱轮4，以及输出导纱轮组5导纱轮与传感器，并在摩擦区域按照要求加捻；(4)将纱线另一端系在配重6上，如果需要测定湿态下的摩擦系数与摩擦疲劳性能则需要将盛有纯净水的烧杯放置在托架16上，并向上移动托架16，使得水面没过加捻摩擦区8；(5)设定试验频率；(6)开始试验，直到纱线断裂；(7)记录纱线断裂次数；(8)记录摩擦过程张力变化情况并计算出摩擦系数。
40.本实施例中，对纤维干态纱线与纱线摩擦疲劳性能进行测试：
41.分别测量hmpe纤维、尼龙纤维、涤纶纤维测量纱线的细度，按照25mn/tex的标准确定。将待测纱线以一段固定在固定件10上，另一端依次绕过输入导纱轮组3，转向导纱轮4，以及输出导纱轮组5导纱轮与传感器，并在摩擦区域按照要求加捻3圈。将纱线2另一端系在配重6上，并将防坠线系在防坠钩和配重6上。设定试验频率为1hz。开始试验，直到纱线断裂，记录纱线断裂次数。
42.表1干态下，不同纤维纱线与纱线摩擦疲劳
43.原料线密度(d)单位细度重量(mn/tex)配重重量(g)疲劳次数hmpe1611254576593kevlar1468254161127nylon1629254625243et3056258665360
44.实施例2
45.与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于，本实施例对纤维湿态纱线与纱线摩擦疲劳性能测试进行测试：
46.分别测量hmpe纤维、尼龙纤维、涤纶纤维测量纱线的细度，按照60mn/tex的标准确定。将待测纱线以一段固定在固定件10上，另一端依次绕过输入导纱轮组3，转向导纱轮4，以及输出导纱轮组5导纱轮与传感器，并在摩擦区域按照要求加捻3圈。将纱线另一端系在配重6上，并将防坠线系在防坠钩和配重6上。盛有纯净水的烧杯放置在托架16上，并向上移动托架16，使得水面没过加捻摩擦区8。设定试验频率为0.5hz。开始试验，直到纱线断裂，记录纱线断裂次数。
47.表2湿态下，不同纤维纱线与纱线摩擦疲劳
48.原料线密度(d)单位细度重量(mn/tex)配重重量(g)疲劳次数hmpe16116010963896kevlar146860999103nylon16296011086223pet30566020791144
49.实施例3
50.与实施例1、2相同之处不再赘述，不同之处在于，本实施例对纤维干态纱线与纱线摩擦系数进行测试：
51.分别测量hmpe纤维、尼龙纤维、涤纶纤维测量纱线的细度，按照25mn/tex的标准确定。将待测纱线以一段固定在固定件10上，另一端依次绕过输入导纱轮组3，转向导纱轮4，以及输出导纱轮组5导纱轮与传感器，并在摩擦区域按照要求加捻2圈。将纱线另一端系在配重6上，并将防坠线系在防坠钩和配重6上。设定试验频率为0.5hz。开始试验，直到纱线断裂，记录摩擦系数变化情况。
52.表3干态下，不同纤维纱线与纱线摩擦系数
[0053][0054]
实施例4
[0055]
与实施例1、2、3相同之处不再赘述，不同之处在于，本实施例对纤维湿态纱线与纱线摩擦系数进行测试：
[0056]
分别测量hmpe纤维、尼龙纤维、涤纶纤维测量纱线的细度，按照60mn/tex的标准确定。将待测纱线以一段固定在固定件10上，另一端依次绕过输入导纱轮组3，转向导纱轮4，以及输出导纱轮组5导纱轮与传感器，并在摩擦区域按照要求加捻3圈。将纱线另一端系在配重6上，并将防坠线系在防坠钩和配重6上。盛有纯净水的烧杯放置在托架16上，并向上移动托架，使得水面没过加捻摩擦区8。设定试验频率为0.5hz。开始试验，直到纱线断裂，记录摩擦系数变化情况。
[0057]
表4干态下，不同纤维纱线与纱线摩擦系数
[0058][0059]
本发明通过设置偏心结构的驱动组件，具体的电机带动固定件10转动，使得固定在固定件上的纱线按照导纱轮的引导在纱线加捻摩擦区实现纱线与纱线的往复摩擦，从而实现纱线与纱线的摩擦疲劳，在纱线摩擦区域两端设置张力传感器监测纱线张力，实现纱线与纱线的摩擦系数的测试。通过调整电机的转动频率可以改变摩擦频率；通过调整配重的质量，可以实现不同张力下摩擦。纱线摩擦次数通过扫描内置红外计数器进行计数，摩擦区域输入和输出端张力、摩擦频率等相关信息在显示设备中保存和显示。本发明具有测试精度高、工作性能稳定可靠、可重复性操作、操作简单、适用性广等特点。
[0060]
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修改，都应涵盖在本发明的保护范围内。