CN210604201U - 一种均匀加载拉力的单纤维拉力测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种均匀加载拉力的单纤维拉力测量仪，包括：单纤维伸长测量模块，其包括悬挂部、承载杯、位移传感器、分别用于夹持待测单纤维两端的上柔性夹和下柔性夹，位移传感器和上柔性夹朝下安装在悬挂部上，承载杯设在悬挂部下方，下柔性夹朝上安装在承载杯的杯口上方；均匀加载拉力模块，其包括电控位移装置、液压缸和导液管，液压缸包括用于对缸内液体进行压缩的液压杆，液压杆沿电控位移装置的移动方向安装在电控位移装置上，导液管一端连接液压缸，另一端对准承载杯的杯口；单片机控制模块，其分别连接位移传感器和电控位移装置。通过均匀加载单纤维上的拉力，来代替利用价格昂贵的等速伸长实验仪等速拉伸单纤维长度，降低了成本。

Description

一种均匀加载拉力的单纤维拉力测量仪

技术领域

本实用新型涉及单纤维拉力测量仪，特别涉及一种均匀加载拉力的单纤维拉力测量仪。

背景技术

随着我国毛纺行业的迅速发展，国内对纺织原料需求量不断增加，纺织材料的质量的衡量问题将会更加突出。作为纺织材料的基本单元——单纤维，它的力学性能直接决定了纺织材料的基础质量。纺织材料种类众多，每种纤维的力学性能差异较大，而且能够测量单纤维力学性能的方法较少。单纤维的断裂强力、断裂伸长与弹性系数为评定纤维质量的重要指标，直接反映出纤维强度与韧性。因此，实现对单纤维以上三个特性的有效测定对衡量纺织材料的质量有重要意义。

在纺织材料的质量问题中，尤其像羊毛、兔毛这种天然纤维，单纤维的断裂强力较低，难以对其进行测量。目前对单纤维拉伸性能采取的主要测量方法为手扯法与等速伸长实验仪测量法，前者受测量人主观影响较大，后者等速伸长实验仪昂贵且不易运输，而且在等速伸长实验仪中，受拉力传感器的精度影响，单纤维拉伸测量不易实现，大多用束纤维代替，但束纤维难以直观表现单纤维的质量。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是为软件工程师提供一种单纤维拉力测量仪的硬件结构，以使得软件工程师对该硬件结构中的单片机控制模块进行编程后，单纤维拉力测量仪在实现对单纤维拉伸性能的有效精确测量的前提下，降低成本。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种均匀加载拉力的单纤维拉力测量仪，包括：

单纤维伸长测量模块，其包括悬挂部、承载杯、位移传感器、分别用于夹持待测单纤维两端的上柔性夹和下柔性夹，所述位移传感器和上柔性夹朝下安装在悬挂部上，所述承载杯设在悬挂部下方，所述下柔性夹朝上安装在承载杯的杯口上方；

均匀加载拉力模块，其包括电控位移装置、液压缸和导液管，所述液压缸包括用于对缸内液体进行压缩的液压杆，所述液压杆沿电控位移装置的移动方向安装在电控位移装置上，所述导液管一端连接液压缸，另一端对准承载杯的杯口；

单片机控制模块，其分别连接位移传感器和电控位移装置。

优选地，所述电控位移装置包括步进电机驱动器、步进电机、螺杆、滑台和滑台限位杆，所述单片机控制模块连接步进电机驱动器，所述步进电机驱动器连接步进电机，所述螺杆与步进电机的转轴同轴安装，所述滑台限位杆与螺杆朝向相同，所述滑台可移动地套在螺杆和滑台限位杆上，滑台与螺杆的接触部位设有螺纹，所述液压杆沿螺杆方向安装在滑台上。

优选地，所述螺杆通过弹性联轴器与步进电机的转轴同轴安装。

优选地，所述滑台限位杆与螺杆相互平行。

优选地，包括反光板，其水平环绕安装在承载杯的杯口外边缘；所述位移传感器是激光位移传感器，其探测头对准反光板。

优选地，所述悬挂部下方设有两根支柱，所述反光板上设有两个通孔，反光板通过这两个通孔可移动地套在两根支柱上。

本实用新型提供的硬件结构具有以下有益效果：在软件工程师对硬件结构中的单片机控制模块进行编程后，用户用上柔性夹和下柔性夹分别夹住待测单纤维的两端，以使得承载杯被待测单纤维悬挂起来，然后通过单片机控制模块控制电控位移装置匀速移动，以推动液压杆匀速压缩液压缸内的液体，使得液体从导液管匀速流至承载杯，这样承载杯的重量就均匀增加，从而实现对待测单纤维均匀加载拉力，使得待测单纤维被向下拉伸，直至待测单纤维断裂，通过计算承载杯、下柔性夹和流至承载杯的液体的整体重量可得到作用于待测单纤维的实时拉力，与此同时单片机控制模块还控制位移传感器测量并记录承载杯的位移量，从而在待测单纤维断裂时可得到待测单纤维的断裂强力和断裂伸长，并能根据断裂强力和断裂伸长计算出弹性系数，从而确定单纤维的拉伸性能。本实用新型通过均匀加载单纤维上的拉力，来代替利用价格昂贵的等速伸长实验仪等速拉伸单纤维长度，降低了成本。

附图说明

图1是均匀加载单纤维拉力测量仪的结构示意图。

附图标记说明：1-单纤维伸长测量模块；2-均匀加载拉力模块；3-单片机控制模块；4-悬挂支架；5-激光位移传感器；6-上柔性夹；7-下柔性夹；8-承载杯；9-反光板；10-支柱；11-竖直部；12-悬挂部；13-待测单纤维；14-步进电机驱动器；15-步进电机；16-弹性联轴器；17-螺杆；18-第一支架；19-第二支架；20-滑台；21-滑台限位杆；22-液压缸；23-液压杆；24-导液管。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本申请的示例性实施例。虽然附图中显示了本申请的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施例所限制。相反地，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1所示，均匀加载拉力的单纤维拉力测量仪包括单纤维伸长测量模块1、均匀加载拉力模块2和单片机控制模块3。

单纤维伸长测量模块1包括悬挂支架4、激光位移传感器5、上柔性夹6、下柔性夹7、承载杯8、反光板9和两根支柱10。悬挂支架4设有竖直部11和悬挂部12，悬挂部12横向安装在竖直部11的顶端，上柔性夹6夹头朝下地挂在悬挂部12上。反光板9水平环绕安装在承载杯8的杯口外边缘，两根支柱10安装在悬挂部12的下方，反光板9上设有两个通孔(图中未示出)，反光板9通过这两个通孔套在两根支柱10上，使得承载杯8和反光板9可沿这两个支柱10上下移动。下柔性夹7夹头朝上地安装在承载杯8的杯口上方，上柔性夹6和下柔性夹7分别用于夹持待测单纤维13的两端，这样承载杯8就能被待测单纤维13悬挂起来。激光位移传感器5连接单片机控制模块3，激光位移传感器5安装在悬挂部12上，激光位移传感器5的探测头朝下对准反光板9。

均匀加载拉力模块2包括步进电机驱动器14、步进电机15、弹性联轴器16、螺杆17、第一支架18、第二支架19、滑台20、滑台限位杆21、液压杆23、液压缸22和导液管24。单片机控制模块3连接步进电机驱动器14，步进电机驱动器14连接步进电机15。螺杆17一端通过弹性联轴器16与步进电机15的转轴同轴安装，另一端穿过第一支架18后安装在第二支架19上，且可相对第一支架18和第二支架19转动，弹性联轴器16使得步进电机15的转轴与螺杆17之间能零间隙地传递扭矩，即步进电机15的转轴与螺杆17能同步转动。滑台限位杆21横跨在第一支架18与第二支架19之间，且滑台限位杆21与螺杆17相互平行，滑台20套在螺杆17和滑台限位杆21上，且滑台20与螺杆17的接触部位设有螺纹。液压缸22中注满液体，液压杆23沿螺杆17的方向安装在滑台20上，液压杆23用于压缩液压缸22内的液体，导液管24一端连接液压缸22，另一端对准承载杯8的杯口。

在使用本实施例的单纤维拉力测量仪时，用户先用上柔性夹6和下柔性夹7分别夹住待测单纤维13的两端，使得承载杯8被待测单纤维13悬挂起来；然后通过单片机控制模块3控制步进电机驱动器14驱动步进电机15的转轴匀速转动，则步进电机15的转轴带动螺杆17匀速转动，此时滑台限位杆21使得滑台20不会跟随螺杆17转动，而螺杆17与滑台20上的螺纹相互作用使得滑台20沿螺杆17和滑台限位杆21匀速移动；滑台20匀速移动则推动液压杆23匀速压缩液压缸22内的液体，使得液体22从导液管24匀速流至承载杯8，这样承载杯8的重量就均匀增加，从而实现对待测单纤维13均匀加载拉力，使得待测单纤维13被向下拉伸，直至待测单纤维13断裂。用户通过计算下柔性夹7、承载杯8、反光板9和流至承载杯8的液体的整体重量可得到作用于待测单纤维13的实时拉力，具体地：滑台20的移动速度记为v，下柔性夹7、承载杯8和反光板9的整体重量记为F₁，液压缸22内的液体密度记为ρ，液压缸内径记为r，则作用于待测单纤维13上的实时拉力F＝ρgπr²v+F₁。与此同时单片机控制模块3还控制激光位移传感器5测量并记录承载杯8的位移量，从而在待测单纤维13断裂时可得到待测单纤维13的断裂强力和断裂伸长，并能根据断裂强力和断裂伸长计算出弹性系数，从而确定单纤维的拉伸性能。本实施通过均匀加载单纤维上的拉力，来代替利用价格昂贵的等速伸长实验仪等速拉伸单纤维长度，降低了成本。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本申请作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本申请技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.一种均匀加载拉力的单纤维拉力测量仪，其特征是，包括：

单纤维伸长测量模块，其包括悬挂部、承载杯、位移传感器、分别用于夹持待测单纤维两端的上柔性夹和下柔性夹，所述位移传感器和上柔性夹朝下安装在悬挂部上，所述承载杯设在悬挂部下方，所述下柔性夹朝上安装在承载杯的杯口上方；

均匀加载拉力模块，其包括电控位移装置、液压缸和导液管，所述液压缸包括用于对缸内液体进行压缩的液压杆，所述液压杆沿电控位移装置的移动方向安装在电控位移装置上，所述导液管一端连接液压缸，另一端对准承载杯的杯口；

单片机控制模块，其分别连接位移传感器和电控位移装置。

2.根据权利要求1所述的均匀加载拉力的单纤维拉力测量仪，其特征是：所述电控位移装置包括步进电机驱动器、步进电机、螺杆、滑台和滑台限位杆，所述单片机控制模块连接步进电机驱动器，所述步进电机驱动器连接步进电机，所述螺杆与步进电机的转轴同轴安装，所述滑台限位杆与螺杆朝向相同，所述滑台可移动地套在螺杆和滑台限位杆上，滑台与螺杆的接触部位设有螺纹，所述液压杆沿螺杆方向安装在滑台上。

3.根据权利要求2所述的均匀加载拉力的单纤维拉力测量仪，其特征是：所述螺杆通过弹性联轴器与步进电机的转轴同轴安装。

4.根据权利要求2所述的均匀加载拉力的单纤维拉力测量仪，其特征是：所述滑台限位杆与螺杆相互平行。

5.根据权利要求1所述的均匀加载拉力的单纤维拉力测量仪，其特征是：包括反光板，其水平环绕安装在承载杯的杯口外边缘；所述位移传感器是激光位移传感器，其探测头对准反光板。

6.根据权利要求5所述的均匀加载拉力的单纤维拉力测量仪，其特征是：所述悬挂部下方设有两根支柱，所述反光板上设有两个通孔，反光板通过这两个通孔可移动地套在两根支柱上。

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