一种织物芯吸高度精确测量装置和方法与流程

1.本发明涉及织物检测设备和方法，具体的说是一种织物芯吸高度精确测量装置和方法。


背景技术：

2.芯吸高度测量是评定织物毛细效应、吸湿性的重要项目。现有技术中，测量织物芯吸高的方法主要有：直接读数法、图像识别法和算法预测方法。
3.直接读数法是在织物的下端浸入液体后，通过刻度尺直接测量液体在织物表面的上升高度，得到芯吸高度；纺织行业标准《fz/t 01071-2008纺织品毛细效应试验方法》公开了直接读数法的实施方式。直接读数法存在的问题是：主要依靠检测员的操作能力，对于组织结构复杂、深色的织物，该方法很不准确，而且结果还受检测员的熟练程度的影响。
4.图像识别法是在织物的下端浸入液体后，通过图像采集装置采集织物表面的图像，并用图像处理程序识别图像得到芯吸高度，《sn/t 4667-2016进出口纺织品毛细效应测定动态测试法》公开了图像识别法的实施方式。图像识别法存在的问题是：图像识别的结果收到织物的结构、颜色影响。
5.算法预测方法是通过测量织物的电学性能，再由已知的算法计算出织物的芯吸高度；公告号为cn211402048u的中国实用新型专利所公开的《一种基于电容式的纺织品芯吸高度测试装置》，就是通过测量织物的电容变化来计算出芯吸高度。算法预测方法存在的问题是：由于织物的结构、纤维种类、油剂等多种因素均会对芯吸高度造成影响，故不同织物能够表征电学性能与芯吸高度关系的算法一般都是不同的，需要投入大量的资源时间才能研究获得相应织物的算法，且通过算法得到的芯吸高度预测结果误差较大。
6.上述现有的织物芯吸高度测量方法，存在的不足在于：
7.现有的直接读数法、图像识别法和算法预测方法是将织物视为薄膜进行芯吸高度测量的，而实际上，织物尤其是厚重的、毛绒类的织物，其厚度对芯吸高度的影响是不可忽略的，也即：在织物的下端浸入液体后，织物吸收液体发生芯吸效应所形成的毛细水，是在织物的三维方向即长度、宽度和厚度三个方向上动态地迁移扩散的，当织物的内部结构已吸附毛细水但织物的表面还未被完全浸湿时，直接读数法和图像识别法无法从织物的表面检测出准确的芯吸高度，而算法预测方法则不存在现有的算法模型可以预测织物在三维方向上的湿润状态。


技术实现要素：

8.本发明所要解决的技术问题之一是：提供一种织物芯吸高度精确测量装置，用于解决现有织物芯吸高度测量方法因未考虑织物厚度的影响，导致芯吸高度的测量精度不够高的问题。
9.解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
10.一种织物芯吸高度精确测量装置，包括织物悬挂系统、水槽和芯吸高度测量系统；
所述织物悬挂系统能够将被测织物试样展平于竖直平面，所述水槽内盛放有试验液体；
11.其特征在于：
12.所述芯吸高度测量系统包括x*z根电极、电极转换器、控制装置、直流电源和电压测量装置；
13.每一根所述电极均沿被测织物试样的厚度方向插入并埋于所述被测织物试样中，且全部所述电极在被测织物试样的表面等距排列形成x列、z行的矩形电极阵列，该矩形电极阵列的行列方向分别为水平方向和竖直方向；其中，所述电极的横截面尺寸应足够小，以使电极能够沿被测织物试样的厚度方向插入并埋于所述被测织物试样中；相邻两根电极之间的间距应足够小，以符合测量被测织物试样芯吸高度的精度要求，相邻两根电极之间的间距越小，则得到的芯吸高度精度越高，但相邻两根电极之间的间距应保持在一定距离以上，以避免电极之间相互干扰。另外，按照被测织物试样厚度的不同，所述电极可以在厚度方向上贯穿被测织物试样，也可以仅在厚度方向上插入被测织物试样的一定深度，只要确保电极能接触到被测织物试样内部结构所吸附的毛细水。
14.所述x*z根电极通过电缆与所述电极转换器的电缆插座电性连接，所述电极转换器设有正供电端、负供电端、正测量端和负测量端该四个端子；所述控制装置能够控制所述电极转换器将所述四个端子分别与所述x*z根电极中的任意四根电性连接，所述电极转换器的该功能可以通过继电器实现；所述直流电源的正负极能够分别与所述正供电端和负供电端电性连接，所述电压测量装置能够测量所述正测量端和负测量端之间电压。
15.其中，所述直流电源和电压测量装置可以采用直流激电仪实现，也可以采用现有的其他直流电源和电压测量仪。
16.优选的：所述试验液体为纯水。
17.优选的：所述织物悬挂系统包括样品架和配重块；所述被测织物试样的上部挂在所述样品架上，所述配重块通过绳索悬挂在所述样品架的下部。其中，配重块用于给予被测织物试样一定张力使其表面平直不起皱，配重块的重量只需达到使被测织物试样的表面平直即可，不宜过重使被测织物试样变形。例如：被测织物试样为纯棉平纹织物的情况，被测织物试样的大小为100cm*60cm*0.3cm时，配重块大约为30克为宜。
18.作为本发明的优选实施方式：所述矩形电极阵列从上至下划分为多个矩形电极子阵列，所述电极转换器对应每一个矩形电极子阵列设有一个所述电缆插座，每一个所述矩形电极子阵列中的电极通过一根所述电缆与对应的电缆插座电性连接。从而，位于不同矩形电极子阵列中的探测点可以同时进行电阻率测量，能够有效提高对被测织物试样的芯吸高度测量效率。
19.本发明所要解决的技术问题之二是：提供一种织物芯吸高度精确测量方法，能够用于解决现有织物芯吸高度测量方法因未考虑织物厚度的影响，导致芯吸高度的测量精度不够高的问题。
20.解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
21.一种织物芯吸高度精确测量方法，其特征在于：基于所述织物芯吸高度精确测量装置实施，包括：
22.步骤s1、在所述被测织物试样干燥的情况下，通过所述芯吸高度测量系统测得所述被测织物试样的每一个探测点的电阻率，记为：干燥电阻率；
23.步骤s2、在将所述被测织物试样的下端浸入所述水槽所盛放的试验液体中，并在浸入时间达到预设时间时，通过所述芯吸高度测量系统测得所述被测织物试样的每一个探测点的电阻率，记为：试验电阻率；
24.步骤s3、将试验电阻率小于干燥电阻率的探测点，也即在步骤s2时受到浸润的探测点，记为湿润探测点，将湿润探测点中处于最高位置的探测点记为最高湿润探测点，所述最高湿润探测点相对所述试验液体液面的高度即为所述被测织物试样的芯吸高度。其中，可以按照矩形电极阵列的行列方向建立二维坐标，并预先获得试验液体液面和每一根电极的坐标，在确定最高湿润探测点后即可根据前述坐标自动换算出所述芯吸高度。
25.其中，所述步骤s1和步骤s2中，通过所述芯吸高度测量系统测得任意一个所述探测点的电阻率的方法为：
26.首先，通过所述控制装置控制所述电极转换器，将所述矩形电极阵列中的四根电极分别与所述正供电端、负供电端、正测量端和负测量端电性连接，并将该四根电极依次记为正供电电极、负供电电极、正测量电极和负测量电极；其中，所述正供电电极、正测量电极、负测量电极和负供电电极在所述矩形电极阵列中相互紧邻并沿水平方向依次排列，所述被测织物试样位于正测量电极和负测量电极之间的部位即为所述探测点；对于由x*z根电极形成的x列、z行的矩形电极阵列，共有(x-3)*z个探测点。
27.然后，在所述直流电源的正负极通过正供电端和负供电端分别与所述正供电电极和负供电电极电性连接的情况下，由所述电压测量装置通过正测量端和负测量端测得所述正测量电极和负测量电极之间的电压，记为δu；
28.最后，按照以下公式计算所述探测点的电阻率ρ：
29.ρ＝kδu/i，k＝2π/(1/l
am-1/l
an-1/l
mb
1/l
nb
)，l
am
＝l
mn
＝l
nb
；
30.式中，i为所述直流电源向正供电电极和负供电电极施加的电流强度，k为系数，l
am
表示正供电电极和正测量电极之间的距离，l
an
表示正供电电极和负测量电极之间的距离，l
mb
表示正测量电极和负供电电极之间的距离，l
nb
表示负测量电极和负供电电极之间的距离，l
mn
表示正测量电极和负测量电极之间的距离。
31.从而，本发明充分考虑到织物厚度对芯吸高度的影响，通过沿厚度方向插入并埋于被测织物试样中的电极在被测织物试样的表面形成矩形电极阵列，确保电极能接触到被测织物试样内部结构所吸附、但还未完全浸湿被测织物试样表面的毛细水，并通过电极转换器选取矩形电极阵列中相互紧邻并沿水平方向依次排列的四根电极作为正供电电极、正测量电极、负测量电极和负供电电极，且将被测织物试样位于正测量电极和负测量电极之间的部位作为所述探测点，使得被测织物试样的表面形成密集分布的大量探测点，并且，通过电阻法检测每一个探测点在被测织物试样干燥情况下和被测织物试样的下端浸入试验液体预设时间后的电阻率变化，以寻找到最高湿润探测点的位置，确定下被测织物试样的浸润-干燥边界点，由此测得被测织物试样的芯吸高度；因此，本发明能够不受被测织物试样的厚度、颜色、结构的影响，具有芯吸高度测量精度高的优点。
32.作为本发明的优选实施方式：所述步骤s2中，所述芯吸高度测量系统对所述矩形电极阵列按照从上至下逐行检测的顺序，进行所述被测织物试样上探测点的试验电阻率检测；并且，在每一行的探测点完成试验电阻率检测后，立即按照所述步骤s3判断该行的探测点中是否存在湿润探测点，如果存在，则该湿润探测点为所述最高湿润探测点，如果不存
在，则再进行下一行的探测点的试验电阻率检测。从而，能够提高对被测织物试样的芯吸高度测量效率。
33.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
34.本发明充分考虑到织物厚度对芯吸高度的影响，通过沿厚度方向插入并埋于被测织物试样中的电极在被测织物试样的表面形成矩形电极阵列，确保电极能接触到被测织物试样内部结构所吸附、但还未完全浸湿被测织物试样表面的毛细水，并通过电极转换器选取矩形电极阵列中相互紧邻并沿水平方向依次排列的四根电极作为正供电电极、正测量电极、负测量电极和负供电电极，且将被测织物试样位于正测量电极和负测量电极之间的部位作为所述探测点，使得被测织物试样的表面形成密集分布的大量探测点，并且，通过电阻法检测每一个探测点在被测织物试样干燥情况下和被测织物试样的下端浸入试验液体预设时间后的电阻率变化，以寻找到最高湿润探测点的位置，确定下被测织物试样的浸润-干燥边界点，由此测得被测织物试样的芯吸高度；因此，本发明能够不受被测织物试样的厚度、颜色、结构的影响，具有芯吸高度测量精度高的优点。
附图说明
35.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
36.图1为本发明的织物芯吸高度精确测量装置的正视图；
37.图2为本发明的织物芯吸高度精确测量装置的侧视图；
38.图3为本发明中芯吸高度测量系统在测量电阻率时的等效电路简图。
具体实施方式
39.下面结合实施例及其附图对本发明进行详细说明，以帮助本领域的技术人员更好的理解本发明的发明构思，但本发明权利要求的保护范围不限于下述实施例，对本领域的技术人员来说，在不脱离本发明之发明构思的前提下，没有做出创造性劳动所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
40.实施例一
41.如图1和图2所示，本发明公开的是一种织物芯吸高度精确测量装置，包括织物悬挂系统、水槽和芯吸高度测量系统；所述织物悬挂系统能够将被测织物试样1展平于竖直平面，所述水槽2内盛放有试验液体3；
42.所述芯吸高度测量系统包括x*z根电极4、电极转换器5、控制装置6、直流电源7和电压测量装置8；
43.每一根所述电极4均沿被测织物试样1的厚度方向插入并埋于所述被测织物试样1中，且全部所述电极4在被测织物试样1的表面等距排列形成x列、z行的矩形电极阵列，该矩形电极阵列的行列方向分别为水平方向和竖直方向；其中，所述电极4的横截面尺寸应足够小，以使电极4能够沿被测织物试样1的厚度方向插入并埋于所述被测织物试样1中；相邻两根电极4之间的间距应足够小，以符合测量被测织物试样1芯吸高度的精度要求，相邻两根电极4之间的间距越小，则得到的芯吸高度精度越高，但相邻两根电极4之间的间距应保持在一定距离以上，以避免电极4之间相互干扰。另外，按照被测织物试样1厚度的不同，所述电极4可以在厚度方向上贯穿被测织物试样1，也可以仅在厚度方向上插入被测织物试样1
的一定深度，只要确保电极4能接触到被测织物试样1内部结构所吸附的毛细水。
44.所述x*z根电极4通过电缆9与所述电极转换器5的电缆插座5-1电性连接，所述电极转换器5设有正供电端a、负供电端b、正测量端m和负测量端n该四个端子；所述控制装置6能够控制所述电极转换器5将所述四个端子分别与所述x*z根电极4中的任意四根电性连接，所述电极转换器5的该功能可以通过继电器实现；所述直流电源7的正负极能够分别与所述正供电端a和负供电端b电性连接，所述电压测量装置8能够测量所述正测量端m和负测量端n之间电压。
45.其中，所述直流电源7和电压测量装置8可以采用直流激电仪实现，也可以采用现有的其他直流电源和电压测量仪。
46.本发明还公开了一种织物芯吸高度精确测量方法，基于所述织物芯吸高度精确测量装置实施，包括：
47.步骤s1、在所述被测织物试样1干燥的情况下，通过所述芯吸高度测量系统测得所述被测织物试样1的每一个探测点1-1的电阻率，记为：干燥电阻率；
48.步骤s2、在将所述被测织物试样1的下端浸入所述水槽2所盛放的试验液体3中，并在浸入时间达到预设时间时，通过所述芯吸高度测量系统测得所述被测织物试样1的每一个探测点1-1的电阻率，记为：试验电阻率；
49.步骤s3、将试验电阻率小于干燥电阻率的探测点1-1，也即在步骤s2时受到浸润的探测点1-1，记为湿润探测点，将湿润探测点中处于最高位置的探测点1-1记为最高湿润探测点，所述最高湿润探测点相对所述试验液体3液面的高度即为所述被测织物试样1的芯吸高度。其中，可以按照矩形电极阵列的行列方向建立二维坐标，并预先获得试验液体3液面和每一根电极4的坐标，在确定最高湿润探测点后即可根据前述坐标自动换算出所述芯吸高度。
50.其中，所述步骤s1和步骤s2中，通过所述芯吸高度测量系统测得任意一个所述探测点1-1的电阻率的方法为：
51.首先，通过所述控制装置6控制所述电极转换器5，将所述矩形电极阵列中的四根电极4分别与所述正供电端a、负供电端b、正测量端m和负测量端n电性连接，并将该四根电极4依次记为正供电电极4a、负供电电极4b、正测量电极4m和负测量电极4n；其中，所述正供电电极4a、正测量电极4m、负测量电极4n和负供电电极4b在所述矩形电极阵列中相互紧邻并沿水平方向依次排列，所述被测织物试样1位于正测量电极4m和负测量电极4n之间的部位即为所述探测点1-1；对于由x*z根电极4形成的x列、z行的矩形电极阵列，共有(x-3)*z个探测点1-1。
52.然后，参见图3，在所述直流电源7的正负极通过正供电端a和负供电端b分别与所述正供电电极4a和负供电电极4b电性连接的情况下，由所述电压测量装置8通过正测量端m和负测量端n测得所述正测量电极4m和负测量电极4n之间的电压，记为δu；
53.最后，按照以下公式计算所述探测点1-1的电阻率ρ：
54.ρ＝kδu/i，k＝2π/(1/l
am-1/l
an-1/l
mb
1/l
nb
)，l
am
＝l
mn
＝l
nb
；
55.式中，i为所述直流电源7向正供电电极4a和负供电电极4b施加的电流强度，k为系数，l
am
表示正供电电极4a和正测量电极4m之间的距离，l
an
表示正供电电极4a和负测量电极4n之间的距离，l
mb
表示正测量电极4m和负供电电极4b之间的距离，l
nb
表示负测量电极4n和
负供电电极4b之间的距离，l
mn
表示正测量电极4m和负测量电极4n之间的距离。
56.从而，本发明充分考虑到织物厚度对芯吸高度的影响，通过沿厚度方向插入并埋于被测织物试样1中的电极4在被测织物试样1的表面形成矩形电极阵列，确保电极4能接触到被测织物试样1内部结构所吸附、但还未完全浸湿被测织物试样1表面的毛细水，并通过电极转换器5选取矩形电极阵列中相互紧邻并沿水平方向依次排列的四根电极4作为正供电电极4a、正测量电极4m、负测量电极4n和负供电电极4b，且将被测织物试样1位于正测量电极4m和负测量电极4n之间的部位作为所述探测点1-1，使得被测织物试样1的表面形成密集分布的大量探测点1-1，并且，通过电阻法检测每一个探测点1-1在被测织物试样1干燥情况下和被测织物试样1的下端浸入试验液体3预设时间后的电阻率变化，以寻找到最高湿润探测点的位置，确定下被测织物试样1的浸润-干燥边界点，由此测得被测织物试样1的芯吸高度；因此，本发明能够不受被测织物试样1的厚度、颜色、结构的影响，具有芯吸高度测量精度高的优点。
57.以上为本实施例一的基本实施方式，可以在该基本实施方式的基础上做进一步的优化、改进和限定：
58.优选的：所述试验液体3为纯水。
59.优选的：所述织物悬挂系统包括样品架10和配重块11；所述被测织物试样1的上部挂在所述样品架10上，所述配重块11通过绳索悬挂在所述样品架10的下部。其中，配重块11用于给予被测织物试样1一定张力使其表面平直不起皱，配重块11的重量只需达到使被测织物试样1的表面平直即可，不宜过重使被测织物试样1变形。例如：被测织物试样1为纯棉平纹织物的情况，被测织物试样1的大小为100cm*60cm*0.3cm时，配重块11大约为30克为宜。
60.实施例二
61.在上述实施例一的基础上，本实施例二还采用了以下优选的实施方式：
62.所述矩形电极阵列从上至下划分为多个矩形电极子阵列，所述电极转换器5对应每一个矩形电极子阵列设有一个所述电缆插座5-1，每一个所述矩形电极子阵列中的电极4通过一根所述电缆9与对应的电缆插座5-1电性连接。从而，位于不同矩形电极子阵列中的探测点1-1可以同时进行电阻率测量，能够有效提高对被测织物试样1的芯吸高度测量效率。
63.实施例三
64.在上述实施例一或实施例二的基础上，本实施例三还采用了以下优选的实施方式：
65.所述步骤s2中，所述芯吸高度测量系统对所述矩形电极阵列按照从上至下逐行检测的顺序，进行所述被测织物试样1上探测点1-1的试验电阻率检测；并且，在每一行的探测点1-1完成试验电阻率检测后，立即按照所述步骤s3判断该行的探测点1-1中是否存在湿润探测点，如果存在，则该湿润探测点为所述最高湿润探测点，如果不存在，则再进行下一行的探测点1-1的试验电阻率检测。从而，能够提高对被测织物试样1的芯吸高度测量效率。
66.本发明不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之中。