织物导湿排汗性能检测方法及其装置

1.一种织物导湿排汗性能检测装置，其特征在于：包括注液机构、检测机构、信号采集及处理机构，其中：
注液机构包括一个用于盛放液体的容器(4)，以及与容器(4)相连的导液管(5)；
检测机构包括箱体(1)，箱体(1)上安装有一块平面板(11)，在平面板(11)上对准导液管(5)出口的位置设置有两根基准探针(12)，以及以基准探针(12)为中心均匀排列的测试探针(13)，
在经向位置的测试探针(13)设置有32根，在纬向位置的测试探针(13)设置有30根，与经向呈22.5°、45°、67.5°角度的位置分别设置有20根、22根和20根；
基准探针(12)、测试探针(13)作为织物电阻测试传感器，与置于箱体(1)内的定值电阻(14)、电源(15)串联组成一个织物电阻检测电路，测试用信号输出接口(22)设置于箱体(1)上；
在箱体(1)上还安装有调平水泡(19)，在箱体(1)的下部四角位置皆安装有调平底座(8)；在箱体(1)的四角位置皆安装导向柱(16)，导向板(17)可拆卸地安装于导向柱(16)上，在导向板(17)对应基准探针(12)的位置设有一个导向孔(18)，导液管(5)的出口对准导向孔(18)的位置；
信号采集及处理机构包括带信号采集设备的计算机(23)，计算机(23)通过信号线(24)与箱体(1)上的测试用信号输出接口(22)相连接。
2.如权利要求1所述的一种织物导湿排汗性能检测装置，其特征在于：容器(4)安装在底座(3)上，导液管(5)通过蠕动泵(6)与容器(4)相连。
3.如权利要求1所述的一种织物导湿排汗性能检测装置，其特征在于：两根基准探针(12)的间距设置为0.4mm，在两根基准探针(12)之间串联一个电阻，与两根基准探针(12)组成一个启动计时电路。
4.如权利要求1所述的一种织物导湿排汗性能检测装置，其特征在于：信号采集设备为PCI-1713采集卡。
5.如权利要求1所述的一种织物导湿排汗性能检测装置，其特征在于：在箱体(1)上还设置有电源接头(20)、保险丝(24)和电源开关(21)。

织物导湿排汗性能检测方法及其装置\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种检测方法及装置，具体而言是指一种织物导湿排汗性能检测方法及其装置。\n背景技术\n[0002] 目前，用于织物导湿排汗性能检测方法及装置主要有以下几种：\n[0003] (1)电响应原理自动检测法\n[0004] Hollies，Kaessinger，Watson等人于20世纪50年代就开始从事这方面研究，他们在织物上的一些固定点上插入一些金属针，并将这些针接入检测电路，当液体传导到织物的这些点时，电路上的感应器件就会向记录装置发出信号，这样就可以得到液体传导到这些固定点的时间，而液体传导距离是固定的，通过计算就可得到液体传导速度。在测试过程中，Hollies等人在水中加入电解质代替纯水以降低了织物导通电阻，提高仪器响应灵敏度。\n[0005] Hollies等人在盛放液体的烧杯底部放了一个压力计以随时测定烧杯内液体高度，一旦烧杯内水位下降到临界值就给烧杯加水，这样保证烧杯液体量不会因为织物吸水而减少；在织物上所插入的探针排布是不等间距的，相邻探针间格呈逐渐减小趋势，其原因是织物芯吸速率呈递减趋势，探针不等间距排布可以获得尽可能全面的数据。\n[0006] Hoyland于20世纪70年代从事纸张的导湿机理与导湿测试仪器方面的研究，他采用的方法与Hollies等人的方法类似，只是在检测电路上作了一些改进，缩短信号记录装置的响应时间。\n[0007] (2)有色液体测试法\n[0008] Minor(于1959年)，kaswell(于1961年)，Cary等(于1979年)在测试织物导湿性能时都采用了在液体中加入染料的方法，使液体在纱线或织物中传导的前沿位置更易于观察，从而可得到液体在织物中的传导速度。现在国内许多实验室都采用该方法进行测试。\n[0009] (3)超声波定位法\n[0010] 1988年Law提出了用超声波测定液体在织物中扩散情况。从而进一步提高了织物导湿速度的测试精度与准确度。\n[0011] (4)染料记录法\n[0012] 国内实验室测定织物导湿性能主要采用的是在液体中加入染料，进而得到液体在织物上扩散的前沿位置，如记录液体到达各个位置所需时间来则可得到液体在织物中的传导速度。\n[0013] (5)LFY-45织物毛细效应试验仪\n[0014] 将织物一端吊起，另一端浸入水中，测定一定时间内毛细效应高度。对于白色或浅色织物，水中常常需要加入染料或墨水，以便于测量方便。也可以在试样上用彩色水笔画上线条，吸水处的线条颜色会扩散，有利于测量毛细效应高度。垂直芯吸法的优点是测量方便，缺点是每一次只能测量织物一个方向的毛细效应高度，必须测量两次才能反映织物的液态水传导能力，测试时间较长(30min左右)受环境蒸发影响较大。两次测值的乘积可以作为织物总的毛细效应面积，用于反映织物液态水总的传导能力。\n[0015] (6)CCD测定法\n[0016] 现在较先进的测试仪器是东华大学采用的借助图像处理技术[50]进行织物的导湿自动测试装置。它采用CCD摄像头等时间间隔(15s)自动摄像，并将所摄图像输入计算机进行图像处理，利用织物干态与湿态图像上灰度值的差异计算出织物上干态与湿态的百分比，由百分比可得到液体在织物上的导湿速度。\n[0017] 采用上述织物导湿性能检测方法及装置存在以下几方面的问题：\n[0018] 第一、当前国内外织物导湿性能测定使用最多的是条带芯吸测试法，该法是剪取一段被测织物的长布条，将布条水平或垂直放置，一端浸入液体中，测定液体在一定时间内上升高度或液体上升到一定高度所需时间，进而得到织物导湿能力。测试织物透湿性能方面存在三个不足：第一、实验只能测织物沿单一方向的导湿性能，而不能同时测出织物的各个不同方向导湿性能，这样就得不到织物经纬向导湿性能的差异，也不利于对织物进行综合评价；第二、实验只能测定织物最大导湿能力，而无法得到液体在织物中各不同位置的传导速度；第三、测试时间较长(30min)液体在空气中蒸发汽化消耗水量及热能干扰了测试结果。\n[0019] 第二、Minor，Kaswell，Cary等人，包括国内实验室所用织物导湿测试仪器都是采用在液体中加入染料的方法。该法存在两个缺陷：第一、由于加染料的液体的气——液界面张力、密度等与水有差异，同时这些液体本身差异也较大，使得这种测量方法的测量准确度受到影响。第二、使用染料测试方法只能测得液体在织物表面传导速度，而不能测得液体在织物内部传导速度(织物内部传导速度往往较其表面传导速度快)，这也会给测量带来误差。\n[0020] 第三、Hollies等人采取的向水中加入电解质的方法、Law等人采取的超声波技术也存在一定的缺陷，即加入电解质的液体易受杂质和织物后整理的化学残留物的影响，从而降低了实验结果的可信度。\n[0021] 第四、东华大学研制的图像处理技术测试织物导湿性能，但该技术对有色织物特别是印花织物易受到织物颜色影响，使图像采集受到较大干扰，影响测试效果；同时该测试方法仪器造价较高，普及应用还有一定困难。\n发明内容\n[0022] 针对现有技术所存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种操作简单、检测精度高的织物导湿排汗性能检测方法，包括以下步骤：\n[0023] ①、在织物的任意位置布置有两根基准探针，优选布置在织物的中心位置，以基准探针为中心的经向及纬向位置，或与经向、纬向呈一定角度的位置布置若干根测试探针，基准探针与测试探针之间组成一个织物电阻检测电路；\n[0024] ②、在基准探针位置处注入液体，液体沿织物表面方向扩散，当液体扩散到某一根测试探针后，该测试探针与基准探针之间电阻下降，采集测试探针与基准探针之间的电阻值变化；\n[0025] ③、将测试探针与基准探针之间电阻值变化，输入到计算机内转换为出织物表面方向的液滴扩散情况，得到织物导湿排汗性能参数。\n[0026] 本发明的另一个目的是提供一种织物导湿排汗性能检测装置，包括注液机构、检测机构、信号采集及处理机构，其中：\n[0027] 注液机构包括一个用于盛放液体的容器，以及与容器相连的导液管；\n[0028] 检测机构包括箱体，箱体上安装有一块平面板，在平面板上对准导液管出口的位置设置有两根基准探针，以及以基准探针为中心均匀排列的测试探针，基准探针、测试探针作为织物电阻测试传感器，与置于箱体内的定值电阻、电源串联组成一个织物电阻检测电路，测试用信号输出接口设置于箱体上；\n[0029] 信号采集及处理机构包括带信号采集设备的计算机，计算机通过信号线与箱体上的测试用信号输出接口相连接。\n[0030] 本发明织物导湿排汗性能检测装置的进一步设置如下：\n[0031] 容器安装在底座上，导液管通过蠕动泵与容器相连。\n[0032] 测试探针设置在以基准探针为中心的经向及纬向位置，或与经向、纬向呈0～90度的位置，其中，在经向位置的测试探针设置有32根，在纬向位置的测试探针设置有30根，与经向呈22.5°、45°、67.5°角度的位置分别设置有20根、22根和20根。\n[0033] 在箱体上还安装有调平水泡，在箱体的下部四角位置皆安装有调平底座。\n[0034] 在箱体的四角位置皆安装导向柱，导向板可拆卸地安装于导向柱上，在导向板对应基准探针的位置设有一个导向孔，导液管的出口对准导向孔的位置。\n[0035] 两根基准探针的间距设置为0.4mm，在两根基准探针之间串联一个电阻，与两根基准探针组成一个启动计时电路。\n[0036] 信号采集设备为PCI-1713采集卡。\n[0037] 在箱体上还设置有电源接头、保险丝和电源开关。\n[0038] 本发明的工作原理及有益效果如下：\n[0039] 由于织物在不同含水率下的质量比电阻差异很大，当织物处于干态时，织物表面\n12 14\n比电阻值达10 ～10 Ω，即使织物处于标准状态下(相对湿度为65％左右，温度为20℃\n8\n左右)时，质量比电阻也达到10Ω以上，而当织物内部有液态水时，其质量比电阻降至\n2 7\n10Ω～10Ω数量级。显然织物在干态或标准状态时表面比电阻比其含有液态水时的表面比电阻大得多。根据织物的这个性质，可以判断织物上是否存在液态水。基于上述原理，本发明通过在织物上一些固定点有规律地插入探针，并将探针用检测电路连接起来，利用检测电路测定各探针之间电阻值大小，根据电阻值大小可间接获得织物上液体水扩散情况。\n本发明与现有技术相比，操作简单，且检测精度较高。织物导湿性能测试仪器数据采集频率\n1000Hz；且可测试织物经向、纬向、斜向吸湿排汗性能。\n[0040] 以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。\n[0041] 附图说明\n[0042] 图1为本发明的织物导湿排汗性能检测方法的原理图；\n[0043] 图2为本发明的织物导湿排汗性能检测装置结构示意图；\n[0044] 图3为本发明的织物导湿排汗性能检测装置的探针分布图；\n[0045] 图4为本发明的织物导湿排汗性能检测装置的37针D型I/O接口图；\n[0046] 图5为本发明四种测试方式的检测电路图；\n[0047] 图6为本发明测试算法的逻辑框图。\n具体实施方式\n[0048] 本发明的织物导湿排汗性能检测装置如图2所示，织物导湿排汗性能检测装置被罩在有机玻璃透明罩子2内，在有机玻璃透明罩子2内还设有一个相对湿度计7，用水蒸发放湿或干燥剂吸湿可调节透明罩子2内相对湿度，以方便地用于测试不同相对湿度条件下的织物导湿性能，织物导湿排汗性能检测装置包括注液机构、检测机构、信号采集及处理机构，其中：\n[0049] 注液机构包括一个用于盛放液体的容器4，容器4可选择烧杯及其他玻璃或金属器皿，容器4安装在底座3上，导液管5通过蠕动泵6与容器4相连，导液管5通过蠕动泵\n6将容器4内的液体定量注入在织物表面。\n[0050] 检测机构包括箱体1，在箱体1的下部四角位置皆安装有调平底座8，调平底座8的作用是保证箱体1的水平及检测的准确性，箱体1上安装有一块平面板11，平面板11是一块具有良好绝缘性的平整面板，优选采用有机玻璃板，具有绝缘性好、表面光洁的优点，通过固定螺丝9固定在箱体1上，在平面板11上对准导液管5出口的位置设置有两根基准探针12，以及以基准探针12为中心均匀排列的测试探针13，在箱体1的四角位置皆安装导向柱16，导向板17可拆卸地安装于导向柱16上，导向板17采用有机玻璃板，在导向板17对应基准探针12的位置设有一个导向孔18，导液管5的出口对准导向孔18的位置，在箱体1上还安装有调平水泡19，调平水泡19的作用是防止布面倾斜，由于重力作用导致测试不准确，在箱体1上还设置有电源接头20、测试用信号输出接口22、保险丝24和电源开关\n21。\n[0051] 如图3所示的实施例中，本发明的测试探针13可设置在以基准探针12为中心的经向及纬向位置，或与经向、纬向呈呈0～90度角度的位置，其中：经、纬向位置的测试探针\n13设置有62根(其中经向32根，纬向30根)，其测试方式定义为A、C测试方式，与经向、纬向呈一定角度的位置也设置有62根(分别分布于沿经向22.5°有20根、沿经向45°有\n22根和沿经向67.5°方向20根)，其测试方式定义为B、D四种测试方式，这样，本发明的传感器选择4个系列测试方法，分别是A系列、B系列、C系列、D系列，其中，A系列用于测试吸湿排汗性能较好的织物经向和纬向导湿性能，相邻探针间距5mm，可测织物最大导湿位移8cm；B系列用于测试吸湿排汗性能较好的织物22.5°、45°和67.5°方向导湿性能，相邻探针间距7mm，可测织物最大导湿位移7.7cm；C系列用于测试吸湿排汗性能较好的织物经向和纬向导湿性能，相邻探针间距2mm，可测织物最大导湿位移3.2cm；D系列用于测试吸湿排汗性能较差好的织物22.5°、45°和67.5°方向导湿性能，相邻探针间距3mm，可测织物最大导湿位移3.3cm。探针的安装方法如下：先在平面板1上打直径为0.35mm的孔，孔径应与探针的直径相等，通过高温熔融，将基准探针12、测试探针13垂直地固定于平面板1上。\n[0052] 请再结合图1所示，本发明基准探针12、测试探针13作为织物电阻测试传感器，与置于箱体1内的定值电阻14、电源15串联组成一个织物电阻检测电路，基准探针12设置为两根，间距为0.4mm，并在两根基准探针12之间串联一个电阻，这样就组成一个启动计时电路，当蠕动泵6抽取水份滴落将两基准探针12迅速润湿，两根基准探针12之间电阻迅速降低，此时说明水份渗入织物表面，传感器开始工作，这样，完成迅速感应并开始计时。结合图5所示，本发明的A系列、B系列、C系列、D系列四种测试方式，每种测试方式插入31根探针作为织物电阻测试传感器，外加一个启动计时电路，这样共有125条检测电路。这125条检测电路皆直接并联接到直流电源15上。\n[0053] 信号采集及处理机构：由于本发明的检测电路有4种测试方式，在实际测试中需在4种测试方式中选择一种方式测试，四种测试方式都采集31路电压信号和1路计时信号，这32条电压信号直接接在37-针D型接头上，如图4所示，本发明针对四种测试方式共配备了4个37-针D型接头，在测试时根据测试要求选择连接方式，再通过一条PCL-10370电缆线将32路电压信号接入到A、B、C、D四种测试用信号输出接口22，计算机23上的信号采集设备可与任意一个测试用信号输出接口22通过信号线24相连接，本发明的信号采集设备选择采用PCI-1713采集卡，这样，本发明所采集的电压信号经由PCI-1713采集卡直接以数据信号输出，并由计算机内的检测软件对数据进行处理，最终得到织物表面方向的液滴扩散情况，及织物导湿排汗性能参数。\n[0054] 如图1所示，本发明的织物导湿排汗性能检测方法及原理如下：\n[0055] 1、根据实验确定需要检测的织物的测试方向和范围，测试时，观察调平水泡19，并通过调整调平底座8将平面板11调至水平，然后打开电源15，将导向板17拆下，将织物10平整地放在平面板11上并绷紧，将导向板17装于导向柱16上，启动电脑软件，并打开蠕动泵6，通过导液管5将容器4内的液体经由导向板17的导向孔18注入到织物10的基准探针12位置，液体优选采用0.09g/ml的NaCl溶液(模拟人体汗液)。由于织物10是干态时，基准探针12与测试探针13之间电阻会很大，此时可以认为电路处于断路状态，检测电路的输出电压为0；当液体由基准探针12沿织物表面方向扩散，液体扩散到某一根测试探针13后，即测试探针13周围处于湿态时，测试探针13与基准探针12之间的电阻下降，阻值变得较小，电路可视为通路状态，这时，检测电路的输出电压大于0。将上述两种状态下的输出电压接到37-针D型接头上，再通过一条PCL-10370电缆线将32路电压信号接入到确定的A、B、C、D其中一种测试用信号输出接口22，并通过信号线24最终传输到计算机23上的PCI-1713采集卡。这样，本发明所采集的电压信号由PCI-1713采集卡采集后，通过计算机内的检测软件对数据进行处理，最终得到织物表面方向的液滴扩散情况，及织物导湿排汗性能参数。\n[0056] 本发明共采用A、B、C、D四种测试方式，每种测试方式插入31根探针作为织物电阻测试传感器，外加一个启动计时电路，这样共有125条检测电路。各检测电路的输出电压及接地电压由126条信号引线接出到PCI-1713采集卡；本发明的输出电压值是加在定值电阻两端的电压，其值由下式表示。\n[0057] \n[0058] 式中Vout是电路输出电压；U是稳压电源电压；R0是定值电阻(阻值2MΩ)；R是织物电阻。\n[0059] 织物干湿状态的电压阀值判断：\n[0060] 本仪器是根据检测电路输出的电压值的大小判断织物上各测试探针位置处织物的干湿状态。在测试电路中稳压电源电压5V，定值电阻值为2MΩ，而织物湿阻数量级为\n2 7 8 14\n10 ～10Ω，织物干态电阻值为10Ω～10 Ω，据此可确定织物干湿状态的电压阀值。\n[0061] a.当从注液点到探针位置织物都处于湿润状态时，仪器检测电路输出的电压值为：\n[0062] \n[0063] b.当探针周围织物处于干燥状态时，仪器检测电压值为：\n[0064] \n[0065] 式中Vout是仪器检测电路输出的电压值；U是仪器稳压电源电压；R0检测电路选用的定值电阻阻值；R从注液点到检测探针位置之间的织物电阻值。显然织物处于前者条件下输出电压最小值较后者条件下电压输出最大值数十倍还大，织物干湿状态的电压阀值很容易判定，本程序中电压阀值取0.1V。\n[0066] (2)测试算法：本发明的测试算法如图6所示，其中：n＝0表示软件开始启动时间，此时选择测试方式，如选择A或C测试方式，此时检测织物经向、纬向导湿性能，n累加\n1次，分别将经、纬向第i根和第j根探针定值电阻两端电压值分别输入软件，如电压大于\n0.1V，表明织物该探针导通，此时电压导通时间为(0.01×n)S，如电压小于等于0.1V，则表明为导通，如经向导通，i探针累加一次；如纬向探针导通，j累加一次。如i累加大于等于\n16路或j大于等于15路，或n大于4000000，结束；否则返回，n继续累加1次。\n[0067] 同理，如选择B或D检测方式，则每次输入电压值改为3个，测试原理相同。