纤维直径及温度在线测量装置的研制

摘要

近年来各种高强、高模、高性能纤维层出不穷，随之而来的各种纺丝加工技术也不断产生。为了对纺成纤维品质的直观控制，实时监测所纺纤维的性能，需要开发出一套系统的、结合实际应用的测量设备，在线检测纺成纤维的直径及温度，以便及时调整纺丝过程中的工艺条件，精确控制纤维高次结构以及纤维最终性能。同时对纤维直径及温度的在线监测，对纺丝动力学理论的研究也具有非常重要的意义。在线测量及纺丝动力学的结合，是制备高品质纤维的重要手段。
　　在纺丝过程中对纤维直径及温度的测量，为防止对纺丝线的影响，应采用非接触测量技术。现有的测量仪器虽然可以得出所需测量结果，但往往有其相应的局限性，如需接触被测物进行测量、操作复杂、成本昂贵、直径及温度不能同时测量等缺点。
　　本论文设计了一套专门用于纤维直径及温度的在线测量装置，用于在纺丝过程中对纤维直径及温度进行测量。论文主要包括以下内容:
　　(1)硬件部分设计:根据被测物的特征及所需测量的物理量，选择Keyence IB-01型激光传感器和Optris CSmicro LT型红外测温传感器分别用于在线测量纤维的直径和温度，选用IOtech Personal Daq/3000 Series数据采集卡，将两个传感器产生的模拟信号转换成数字信号并通过USB接口输入计算机，并用自制的升降机控制装置测量部分的前后上下左右运动。
　　(2)软件部分设计:上位机与下位机需通过通讯协议才能进行通讯，要使计算机能读取数据采集卡输入的数字信号并将数字信号转换成相应模拟信号，需要利用通讯协议编写程序来实现。本文选用NI公司开发的Labview进行程序编写，其可视化的图像编写形式，提供了一个轻松便捷的编写环境。
　　(3)直径及温度的校正:仪器测量信号不是直接反映纤维直径及温度的测量数值，需要对仪器直接测量的结果进行校正。直径和温度的校正都是通过得出测量值与准确值的校正曲线，输入计算机程序中，对仪器直接测量的结果在计算机中进行校正，在计算机界面上输出测量结果的准确值。
　　(4)校正后仪器的测量结果分析:对于纤维直径测量值分析，将其与熔融纺丝动力学模拟结果做比较，可以发现测量结果与模拟结果非常吻合。对于纤维温度测量值分析，将其分别于熔融纺丝动力学模拟结果与红外热像仪测量结果做比较，同样也能发现仪器测量结果与两者非常吻合。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 纤维直径的在线测量

1．2．1 纤维直径在线测量研究进展

1．2．2 传感器

1．3．纤维温度的在线测量

1．3．1 纤维温度在线测量的发展历程

1．3．2 红外探测

1．4 数据采集

1．4．1 数据采集系统

1．4．2．虚拟仪器

1．5 聚合物熔融纺丝动力学研究进展

1．6 本课题的研究内容

1．7 拟解决的关键问题

第二章 硬件设计及装置设计理论

2．1 引言

2．2 硬件设计

2．2．1 激光传感器

2．2．2 红外探测器

2．2．3 数据采集卡

2．3 升降机

2．4 基于计算机的测量装置原理

2．4 直径及温度校正原理

2．4．1 直径校正原理

2．4．2 温度校正原理

2．5 连接好后的整套测量装置

2．6 本章小结

第三章 软件设计

3．1 引言

3．2．数据流程

3．2．1．前面板设计

3．2．2．应用程序设计

3．3．系统具体应用程序的实现

3．4．系统软件的具体实现

3．5 本章小结

第四章 具体测试及结果分析

4．1 聚丙烯纤维的直径测量

4．1．1 静态测量结果分析

4．1．2 动态测量结果分析

4．1．2 熔融纺丝模拟

2．4．1 模型中未知材料参数的优化与获取

4．1．3 直径模拟结果与直径测量结果分析

4．2 聚丙烯纤维的温度测量

4．2．1 仪器温度测量结果与红外热像仪温度测量结果分析

4．2．2 模拟值与测量结果分析

4．5 本章小结

第五章 结论

5．1 与同类技术水平相比较

5．2 仪器的实用性

5．3 软件的人性化设计

参考文献

附录一：攻读硕士期间发表的论文和专利

致谢