CN108089066A - 一种测量电磁屏蔽织物单纱区域电磁参数的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种测量电磁屏蔽织物单纱区域电磁参数的方法及装置，用以解决无法测量织物细微网格局部单纱区域的电磁参数的问题。方法包括单纱可控排列装置、纱线拼接体制作、厚度精确控制、等效试样制作和等效电磁参数确定，装置包括单纱可控排列装置，单纱可控排列装置包括间距调整框、上下固定框、固定辊和张力辊，上下固定框设置在间距调整框的前方，上下固定框的前方设有固定辊，固定辊的前方设有张力棍。本发明通过单纱精确排列装置有效制作单纱区域拼接体，通过等效介质原理巧妙设计并制作出等效试样，测试结果科学且有依据性，为电磁屏蔽织物以及服装局部屏蔽效能的测试及分析提供有力的技术支持，具有良好的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及纺织服装及电子信息的技术领域，尤其涉及一种测量电磁屏蔽织物单纱区域电磁参数的方法及装置。
背景技术
电磁屏蔽织物是一种重要的电磁防护材料，其研究开发越来越受到人们的重视。电导率、磁导率等电磁参数是描述屏蔽材料电磁属性的基本特征参数，是电磁屏蔽织物防护性能、发生机理、影响规律等科学研究以及产品设计、实际生产、测试评价等环节中必须掌握的参数。
然而，由于电磁屏蔽织物由多根纱线沿不同方向交织形成，内部是一个复杂的非均匀空间多介质排列电磁材料，导致所制作的切片在三维方向的不均匀性和形态不可知性，用目前已有方法很难直接对织物的电磁参数测试进行测试，即使勉强进行也会出现极大的误差，无法为后续工作提供支撑。因此，必须将织物划分成不同类别、内部均匀的细微网格区域，即重叠区域、单纱区域和孔隙区域，测量掌握这些细微网格区域的电磁特性并建立物理模型，采用FDTD进行数值计算及数值模拟，就能分析得到电磁屏蔽织物的各种整体及局部电磁特性，从而达到精确获得电磁屏蔽织物整体电磁参数的目的。可见，测量单纱区域、重叠区域和孔隙区域的电磁参数是获取织物电磁参数的关键。然而，到目前为止还没有方法能测量织物细微网格局部的单纱区域、重叠区域的电磁参数。
发明内容
针对无法测量织物细微网格局部的单纱区域、重叠区域的电磁参数的技术问题，本发明提出一种测量电磁屏蔽织物单纱区域电磁参数的方法及装置，通过制作单纱区域拼接体，结合等效介质理论发明了等效样片及制作方法，能够有效的确定相对电导率σ r 、相对磁导率μ r 及复介电常数ε r 等单纱电磁参数，为后续的相关研究、产品设计、生产及评价奠定基础。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种测量电磁屏蔽织物单纱区域电磁参数的方法，其步骤如下：
步骤一：搭建单纱可控排列装置，将纱线分成与待测织物相符的若干束依次紧密精确排列固定在张力辊上；
步骤二：采用对纱线无损和对电磁透明的固化剂对纱线进行喷涂，使纱线形态固定并紧密牢固粘连，形成半固化的纱线拼接体；
步骤三：将所测织物的纱线拆解，测量半固化的纱线拼接体的实际厚度尺寸；采用压板对半固化的纱线拼接体进行反复轻轧和测量，使得到的纱线拼接片达到符合对应织物的厚度；继续喷涂固化剂，使纱线拼接片完全定型固化；
步骤四：等效试样制作：将定型好的纱线拼接体裁剪成若干块样布，每个样布尺寸面积至少大于夹具试样的50%以上；然后将第一块样布平放，喷洒少许固化剂，再在其上放置第二块样布，再在第二块样布上喷洒固化剂，其上放置第三块样布，以此类推，直至多层样布厚度达到矢量网络分析仪测试电磁参数的切片要求厚度；待固化剂完全干后，将试样裁剪成切片要求的长和宽的尺寸；
步骤五：等效电磁参数确定：将制作的等效试样放入到传输反射法夹具中进行测量；根据等效介质理论，单层纱线拼接体看成单纱在厚度方向不变时尺寸的扩展，重叠形成的切片的电磁参数为单纱的电磁参数。
所述步骤二中对固定好的纱线利用固化剂直接进行喷涂；所述固化剂包括硬化剂和粘连剂，硬化剂和粘连剂的体积比为2:1，反复喷涂2-10次，晾干至纱线拼接体达到半固化的状态。
所述半固化的纱线拼接体的实际厚度尺寸为将所测织物纱线拆解，测定单纱区域实际编织的厚度H 1 ，采用压板对半固化纱线拼体进行反复轻轧及测量，以达到厚度H 1 ；叠式制作等效试样时每层纱线拼接体厚度为纱线厚度，且纱线具有硬度不变性。
一种测量电磁屏蔽织物单纱区域电磁参数的装置，包括单纱可控排列装置，单纱可控排列装置包括间距调整框、上下固定框、固定辊和张力辊，上下固定框设置在间距调整框的前方，上下固定框的前方设有固定辊，固定辊的前方设有张力棍；每根纱线由间距调整框调整间距后穿入，经上下固定框上下调整后引出，然后纱线覆盖在固定辊上，根据待测织物中含纱线的数量将纱线分成若干束，分束后的纱线缠绕在张力辊上。
所述间距调整框、上下固定框、固定辊和张力辊通过底部螺栓结构或底座结构固定在地面或者实验台上；所述固定辊的材质为木质、金属或高分子材料，固定辊上设有具有摩擦力的橡胶或高分子材质包覆层，或固定辊上分布有整齐排列的细微颗粒和锯齿；所述固定辊中间设有转轴，转轴的材质为金属、高分子材料或木质。
所述间距调整框的数量根据纱线排列紧密程度设有1-5个，每个间距调整框穿入一组纱线，间距调整框的长度为3cm-50cm之间、高度大于3cm，间距调整框的材料为木质、金属或硬质高分子材料。
所述间距调整框中部设有若干个竖直的穿纱线，间距调整框的上部和下部均设有轨道，穿纱线在轨道内左右滑动；所述穿纱线中部设有穿纱孔。
所述上下固定框的上部和下部固定有若干个弹簧，弹簧上固定有压片；通过弹簧顶住压片将从穿纱孔引出的纱线被轻微压紧。
所述穿纱线的材质为直径大于1mm的韧性和硬度均较强的金属；穿纱孔为水平宽度介于0.5mm-3mm之间的椭圆形或菱形；所述间距调整框的上部设有标尺；所述上下固定框的长度与间距调整框的尺寸一致，上下固定框的材质为木质、金属或硬质高分子材料，上下固定框的高度大于6cm；所述弹簧的数量设有2-6个，弹簧固定在弹簧杆上，弹簧杆均匀、对称固定在上下固定框的上部和下部；所述压片的材质为金属、木质或高分子材料。
所述张力棍中部设有主轴，主轴上设有包覆层，包覆层的一端设有手柄；所述主轴的侧面设有刻度表。
与已有电磁屏蔽织物电磁参数测量技术相比，本发明的有益效果：首次给出电磁屏蔽织物局部单纱区域电磁参数的测量方法和装置，通过单纱精确排列装置有效制作单纱区域拼接体，通过等效介质原理巧妙设计并制作出等效试样；实验过程中使用的设备及方法符合电磁屏蔽织物屏蔽效能测试要求，测试结果科学且有依据性。本发明为电磁屏蔽织物以及服装局部屏蔽效能的测试及分析提供有力的技术支持，为后续的相关研究、产品设计、生产及评价奠定基础，具有良好的应用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的精确排纱装置的结构示意图。
图2为本发明的间距调整框的结构示意图。
图3为本发明的上下调整框的结构示意图。
图中，1为间距调整框，2为上下固定框，3为纱线，4为固定辊，5为张力棍，6为穿纱孔，7为穿纱丝，8为标尺，9为压片，10为弹簧组，11为主轴，12为刻度表，13为手柄。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种测量电磁屏蔽织物单纱区域电磁参数的方法，包括单纱可控排列装置及纱线拼接体制作、厚度精确控制、等效试样制作和等效电磁参数确定，其步骤如下：
步骤一：搭建单纱可控排列装置，将纱线分成与待测织物相符的若干束依次紧密精确排列固定在张力辊上。
通过张力辊可对纱线施加张力，并借助单纱可控排列装置内的固定辊的摩擦力将纱线固定，使之不会上下左右滑动。
步骤二：采用对纱线无损和对电磁透明的固化剂对纱线进行喷涂，使纱线形态固定并紧密牢固粘连，形成半固化的纱线拼接体。
步骤二中对纱线进行喷涂在单纱可控排列装置上直接实现，对固定好的纱线利用固化剂直接进行喷涂；所述固化剂包括硬化剂和粘连剂，硬化剂和粘连剂的体积比为2:1，反复喷涂2-10次，晾干至纱线拼接体达到半固化的状态。硬化剂为火棉胶，粘连剂为环氧树脂，通过反复对纱线喷涂硬化剂和粘连剂，使纱线形态固定并紧密牢固粘连。在具体实施例中，反复喷涂进行的次数为5次。
步骤三：根据需要测量纱线对应织物组织时的纱线实际厚度尺寸，采用压板对半固化的纱线拼接体进行反复轻轧和测量，使得到的纱线拼接片达到符合对应织物的厚度；继续喷涂固化剂，使纱线拼接片完全定型固化。
将待测织物的纱线从单纱可控排列装置上拆解，根据需要测量纱线对应织物组织时的纱线实际厚度尺寸。半固化的纱线拼接体的实际厚度尺寸为将所测织物纱线的拆解，测定单纱区域实际编织的厚度H 1 ，采用压板对半固化纱线拼体进行反复轻轧及测量以达到厚度H 1 ，进一步使纱线紧密相邻，消除残存孔隙，即得到单纱区域连续排列的拼接体。将所测织物纱线拆解，测定单纱区域实际编织的厚度为0.23mm，即半固化纱线拼接片的厚度尺寸亦为0.23mm。压板为光滑木质或金属材质，大小与纱线拼接体面积一致，手动利用压板对纱线拼接体中间区域施加压力进行压挤，使片区均匀排列并且达到所要求厚度，保证纱线拼接体的质量。继续喷洒对电磁波透明的火棉胶等硬化剂、环氧树脂等渗透粘连剂，晾干使纱线片完全定型固化。
步骤四：等效试样制作：将定型好的纱线拼接体裁剪成若干块样布，每个样布尺寸面积至少大于夹具试样的50%以上。在具体实例中，每个样布尺寸面积为矢量网络分析仪传输反射法夹具试样的60%。然后将第一块样布平放，喷洒少许固化剂，再在其上放置第二块样布，再在第二块样布上喷洒固化剂，其上放置第三块样布，以此类推，直至多层样布厚度达到矢量网络分析仪测试电磁参数的切片要求厚度。在具体实例中，达到切片要求厚度的层数为3层。待固化剂完全干后，将试样裁剪成切片要求的长和宽的尺寸。
将试样裁剪成夹具要求的长和宽尺寸形成等效试样。固化剂仍为对纱线无损并对电磁波透明的火棉胶等硬化剂、环氧树脂等粘连剂的混合体，硬化剂与粘连剂之间体积比为2:1。
步骤五：等效电磁参数确定：将制作的等效试样放入到传输反射法夹具中进行测量；根据等效介质理论，单层纱线拼接体看成单纱在厚度方向不变时尺寸的扩展，重叠形成的切片的电磁参数为单纱的电磁参数。
采用矢量网络分析仪将制作的等效试样放入到传输反射法夹具中进行测量。叠式制作等效试样时每层纱线拼接体厚度为纱线厚度，且纱线具有硬度不变性，因此重叠形成的切片可看做拼接体在厚度方向的均匀扩展。由于多个方向全为均匀扩展，因此等效试样的电磁参数与单纱拼接体的电磁参数必然相等，即采用本发明制作的等效试样的电磁参数即为单纱区域的电磁参数，从而确定最终的相对电导率σ r 、相对磁导率μ r 、复介电常数ε r 等单纱电磁参数。
如图1所示，一种测量电磁屏蔽织物单纱区域电磁参数的装置，包括单纱可控排列装置，单纱可控排列装置包括间距调整框1、上下固定框2、固定辊4和张力辊5，上下固定框2设置在间距调整框1的前方，上下固定框2的前方设有固定辊4，固定辊4的前方设有张力棍5；每根纱线3由间距调整框1调整间距后穿入，经上下固定框2上下调整后引出，然后纱线3覆盖在固定辊4上，根据待测织物中含纱线的数量将纱线3分成若干束，分束后的纱线缠绕在张力辊5上。间距调整框1、上下固定框2、固定辊4和张力辊5通过底部螺栓结构或底座结构固定在地面或者实验台上。
固定辊4的材质为木质、金属或高分子材料，固定辊4上设有具有摩擦力的橡胶或高分子材质包覆层，包覆层上分布有整齐排列的细微颗粒和锯齿，能有效防止纱线左右滑动。所述固定辊4中间设有转轴，转轴的材质为金属、高分子材料或木质。间距调整框1的数量根据纱线排列紧密程度设有1-5个，每个间距调整框1穿入一组纱线3，间距调整框1的长度为3cm-50cm之间、高度大于3cm，间距调整框1的材料为木质、金属或硬质高分子材料。
如图2所示，间距调整框1中部设有若干个竖直的穿纱线7，间距调整框1的上部和下部均设有轨道，穿纱线7在轨道内左右滑动；所述穿纱线7中部设有穿纱孔6。纱线3可在穿纱线7上打结固定后经过穿纱孔6引出。穿纱线7的材质为韧性及硬度均较强的金属，直径大于1mm；穿纱孔6为水平宽度介于0.5mm-3mm之间的椭圆形或菱形。间距调整框1的上部设有标尺8，可根据标尺8调整穿纱线7的位置使单位长度内的纱线数量一致。
如图3所示，上下固定框2的上部和下部固定有若干个弹簧10，弹簧10上固定有压片9；通过弹簧10顶住压片9将从穿纱孔6引出的纱线被轻微压紧，纱线可通过外力左右活动以便均匀排列。上下固定框2的长度与间距调整框的尺寸一致，上下固定框2的材质为木质、金属或硬质高分子材料，上下固定框2的高度大于6cm；所述弹簧10的数量设有2-6个，弹簧10固定在弹簧杆上，弹簧杆均匀、对称固定在上下固定框2的上部和下部。弹簧杆使弹簧10不能左右移动，只能沿弹簧杆方向伸缩以顶住压片9。压片9的材质为金属、光滑木质或高分子材料，压片9在纱线前端施加张力，固定纱线及便于排列调整纱线。固定辊4与压片9之间的纱线3通过喷涂固化剂变成半固化的纱线拼接体，以待后面做成等效试样。
张力棍5中部设有主轴11，主轴11上设有包覆层，包覆层的一端设有手柄13。主轴11的侧面设有刻度表12，可将手柄13摇至某刻度以确定张力大小。张力棍5为旋转结构，通过手柄13使包覆层围绕主轴11转动，从而调整纱线的张紧度。
在具体实例中，间距调整框1的数量为2个，每个间距调整框1可穿入一组纱线3。间距调整框长度为10cm，高度为6cm，材料为木质。穿纱丝7的材质为柔性刚，直径1.2mm。穿纱丝7中间部位有穿纱孔6，为椭圆形，直径为0.8mm。上下固定框2长度尺寸与间距调整框一致，材质为木质，高度为8cm。压片9的材质为不锈钢金属材料。固定辊4的材质为高分子塑料，上面是具有摩擦力的橡胶包覆层，中间为转轴，转轴的材质为不锈钢。
每根纱线3由间距调整框1中穿纱丝7的穿纱孔6穿入，经上下固定框2中压片9之间引出；经压片9引出的纱线3覆盖在固定辊4上，并缠绕在张力辊5上。纱线3依靠张力及摩擦力紧贴在固定辊4上，并能轻微左右移动，以进行微调，使纱线片紧密均匀。张力棍5的张力为模拟实际编织物的张力，此时纱线所受拉力与实际组织一致。纱线3排列后，根据情况在上下固定框2内的压片之间及固定辊4上对纱线的左右位置进行微调，以将纱线聚拢，使所有纱线紧密相邻且之间没有重叠或孔隙。当纱线3的密度较大时，可采用多个间距调整框1分组穿纱，然后在上下固定框2的压片9之间汇集并均匀排列。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种测量电磁屏蔽织物单纱区域电磁参数的方法，其特征在于，其步骤如下：
步骤一：搭建单纱可控排列装置，将纱线分成与待测织物相符的若干束依次紧密精确排列固定在张力辊上；
步骤二：采用对纱线无损和对电磁透明的固化剂对纱线进行喷涂，使纱线形态固定并紧密牢固粘连，形成半固化的纱线拼接体；
步骤三：将所测织物的纱线拆解，测量半固化的纱线拼接体的实际厚度尺寸；采用压板对半固化的纱线拼接体进行反复轻轧和测量，使得到的纱线拼接片达到符合对应织物的厚度；继续喷涂固化剂，使纱线拼接片完全定型固化；
步骤四：等效试样制作：将定型好的纱线拼接体裁剪成若干块样布，每个样布尺寸面积至少大于夹具试样的50%以上；然后将第一块样布平放，喷洒少许固化剂，再在其上放置第二块样布，再在第二块样布上喷洒固化剂，其上放置第三块样布，以此类推，直至多层样布厚度达到矢量网络分析仪测试电磁参数的切片要求厚度；待固化剂完全干后，将试样裁剪成切片要求的长和宽的尺寸；
步骤五：等效电磁参数确定：将制作的等效试样放入到传输反射法夹具中进行测量；根据等效介质理论，单层纱线拼接体看成单纱在厚度方向不变时尺寸的扩展，重叠形成的切片的电磁参数为单纱的电磁参数。
2.根据权利要求1所述的测量电磁屏蔽织物单纱区域电磁参数的方法，其特征在于，所述步骤二中对固定好的纱线利用固化剂直接进行喷涂；所述固化剂包括硬化剂和粘连剂，硬化剂和粘连剂的体积比为2:1，反复喷涂2-10次，晾干至纱线拼接体达到半固化的状态。
3.根据权利要求1或2所述的测量电磁屏蔽织物单纱区域电磁参数的方法，其特征在于，所述半固化的纱线拼接体的实际厚度尺寸为将所测织物纱线拆解，测定单纱区域实际编织的厚度H 1 ，采用压板对半固化纱线拼体进行反复轻轧及测量，以达到厚度H 1 ；叠式制作等效试样时每层纱线拼接体厚度为纱线厚度，且纱线具有硬度不变性。
4.一种测量电磁屏蔽织物单纱区域电磁参数的装置，其特征在于，包括单纱可控排列装置，单纱可控排列装置包括间距调整框（1）、上下固定框（2）、固定辊（4）和张力辊（5），上下固定框（2）设置在间距调整框（1）的前方，上下固定框（2）的前方设有固定辊（4），固定辊（4）的前方设有张力棍（5）；每根纱线（3）由间距调整框（1）调整间距后穿入，经上下固定框（2）上下调整后引出，然后纱线（3）覆盖在固定辊（4）上，根据待测织物中含纱线的数量将纱线（3）分成若干束，分束后的纱线缠绕在张力辊（5）上。
5.根据权利要求4所述的测量电磁屏蔽织物单纱区域电磁参数的装置，其特征在于，所述间距调整框（1）、上下固定框（2）、固定辊（4）和张力辊（5）通过底部螺栓结构或底座结构固定在地面或者实验台上；所述固定辊（4）的材质为木质、金属或高分子材料，固定辊（4）上设有具有摩擦力的橡胶或高分子材质包覆层，或固定辊（4）上分布有整齐排列的细微颗粒和锯齿；所述固定辊（4）中间设有转轴，转轴的材质为金属、高分子材料或木质。
6.根据权利要求4或5所述的测量电磁屏蔽织物单纱区域电磁参数的装置，其特征在于，所述间距调整框（1）的数量根据纱线排列紧密程度设有1-5个，每个间距调整框（1）穿入一组纱线（3），间距调整框（1）的长度为3cm-50cm之间、高度大于3cm，间距调整框（1）的材料为木质、金属或硬质高分子材料。
7.根据权利要求6所述的测量电磁屏蔽织物单纱区域电磁参数的装置，其特征在于，所述间距调整框（1）中部设有若干个竖直的穿纱线（7），间距调整框（1）的上部和下部均设有轨道，穿纱线（7）在轨道内左右滑动；所述穿纱线（7）中部设有穿纱孔（6）。
8.根据权利要求6所述的测量电磁屏蔽织物单纱区域电磁参数的装置，其特征在于，所述上下固定框（2）的上部和下部固定有若干个弹簧（10），弹簧（10）上固定有压片（9）；通过弹簧（10）顶住压片（9）将从穿纱孔（6）引出的纱线被轻微压紧。
9.根据权利要求7或8所述的测量电磁屏蔽织物单纱区域电磁参数的装置，其特征在于，所述穿纱线（7）的材质为直径大于1mm的韧性和硬度均较强的金属；穿纱孔（6）为水平宽度介于0.5mm-3mm之间的椭圆形或菱形；所述间距调整框（1）的上部设有标尺（8）；所述上下固定框（2）的长度与间距调整框的尺寸一致，上下固定框（2）的材质为木质、金属或硬质高分子材料，上下固定框（2）的高度大于6cm；所述弹簧（10）的数量设有2-6个，弹簧（10）固定在弹簧杆上，弹簧杆均匀、对称固定在上下固定框（2）的上部和下部；所述压片（9）的材质为金属、木质或高分子材料。
10.根据权利要求4或5所述的测量电磁屏蔽织物单纱区域电磁参数的装置，其特征在于，所述张力棍（5）中部设有主轴（11），主轴（11）上设有包覆层，包覆层的一端设有手柄（13）；所述主轴（11）的侧面设有刻度表（12）。
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