本發(fā)明涉及一種基于聲發(fā)射原理的羊毛束纖維斷裂伸長率分布及斷裂強度分布測試方法。

背景技術(shù)：

由于天然纖維如毛、棉等單纖維間的拉伸性能差異較大，實際評價中需要測定很多單纖維才能得到代表纖維試樣的平均性能值?，F(xiàn)有技術(shù)對羊毛束纖維拉伸斷裂時單根纖維強度的分布是無法測量的，單根纖維斷裂伸長率的分布也僅是理論上的假設(shè)，無法實測。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：利用聲發(fā)射測量技術(shù)來實現(xiàn)束纖維拉伸時單根纖維斷裂伸長率分布和斷裂強度分布的精確測量。

為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種基于聲發(fā)射原理的羊毛束纖維斷裂伸長率分布及斷裂強度分布測試方法，利用束纖維強力儀、單纖維強力儀、帶聲卡的計算機、兩個規(guī)格相同的麥克風(fēng)，束纖維強力儀和單纖維強力儀都為等速拉伸，麥克風(fēng)分別固定在束纖維強力儀和單纖維強力儀上，距離受拉伸的束纖維或單纖維Lmm，其特征在于，所述測試方法包括以下步驟：

第一步、從待測羊毛中隨機抽取P根纖維，以p根為一組分成N組，N＝P/p，各組纖維的兩端都分別粘在在紙片上，使纖維呈伸直狀態(tài)，纖維間平行排列且互相不接觸，形成N組纖維樣本，對上述N組纖維樣本分別在束纖維強力儀上進行組合測量，拉斷的同時用麥克風(fēng)記錄下帶噪纖維斷裂聲發(fā)射信號；

第二步、用小波去噪的方法處理第一步得到的N組帶噪纖維斷裂聲發(fā)射信號，得到N個完整的纖維斷裂聲發(fā)射信號；

第三步、提取第二步得到的N個完整的纖維斷裂聲發(fā)射信號的波形振幅A和能量E；

第四步、將.N個完整的纖維斷裂聲發(fā)射信號的波形振幅A和能量E中的最小振幅A_min和最小能量E_min代入復(fù)合參數(shù)M，M＝E×A，計算得到復(fù)合參數(shù)M的臨界值M_Cri；

第五步、對經(jīng)充分梳理的羊毛束纖維用束纖維強力儀(1)進行拉伸，并同步記錄下拉伸過程中的帶噪纖維斷裂聲發(fā)射信號；

第六步、用與第二步相同的小波去噪的方法去除帶噪纖維斷裂聲發(fā)射信號的背景噪音，利用波形振幅A和能量E計算小波去噪后束纖維拉伸聲發(fā)射譜中所有瞬態(tài)信號的復(fù)合參數(shù)M，去除小于M_Cri的信號，剩下的聲發(fā)射信號即由纖維斷裂產(chǎn)生，為纖維斷裂聲發(fā)射信號；

第七步、將第六步得到的纖維斷裂聲發(fā)射信號的波形波峰所對應(yīng)的時間作為纖維斷裂的時間，則纖維斷裂時的伸長＝斷裂時間×拉伸速度，纖維的斷裂伸長率＝伸長/拉伸隔距，求出束纖維拉伸時所有纖維的斷裂伸長率并作直方圖，即可得羊毛束纖維斷裂伸長率分布；

第八步、隨機從待測羊毛中抽取Q根單纖維試樣，分別用單纖維強力儀進行組合測量，記錄每根單纖維的斷裂強力和其對應(yīng)的斷裂聲發(fā)射信號，用與第二步相同的小波去噪的方法去除各組斷裂聲發(fā)射信號的背景噪音，分別提取Q根單纖維斷裂聲發(fā)射信號的能量E，并建立斷裂強力和能量之間的線性回歸方程；

第九步、將第六步得到的束纖維拉伸中的纖維斷裂聲發(fā)射波形的能量E代入第八步得到的線性回歸方程，即可計算出對應(yīng)纖維的斷裂強力，利用中段切斷稱重法測量待測羊毛束纖維的平均線密度，用各根纖維的斷裂強力比上平均線密度即可得各自的斷裂強度，對所有纖維的斷裂強度做直方圖即可得束纖維拉伸的斷裂強度分布。

優(yōu)選地，所述束纖維強力儀和所述單纖維強力儀的速率為3mm/min，拉伸隔距10mm；所述聲卡量化精度16位，采樣頻率44.1kHz；所述L＝5mm。

優(yōu)選地，所述第二步包括以下步驟：

步驟2.1、第i組帶噪纖維斷裂聲發(fā)射信號Y_i表示為，i＝1，2，...，N：

Y_i＝F_i+Z_i，式中，F(xiàn)_i為第i個完整的纖維斷裂聲發(fā)射信號，Z_i第i個噪音信信號，則Y_i的小波系數(shù)表示為Y_j，k，j為小波分解層數(shù)，k為當(dāng)前分解層的索引：

Y_j，k＝W_j，k+Z_j，k，式中，W_j，k為F_i的小波系數(shù)，Z_j，k為Z_i的小波系數(shù)；

步驟2.2、對Y_j，k進行軟閾值處理，即令絕對值小于閾值ε的軟處理小波系數(shù)T_soft為零，將絕對值大于閾值ε的軟處理小波系數(shù)T_soft向零做收縮：

式中，α為噪聲信號偏差，J為含噪信號在所有層次上的小波分解包分解系數(shù)的個數(shù)總和。

優(yōu)選地，在所述第三步中，所述波形振幅A是超出測量閾值的波形最大峰值；所述能量E是超出測量閾值的波形外包絡(luò)線與閾值間包圍的面積。

本發(fā)明基于聲發(fā)射測量技術(shù)，實現(xiàn)了束纖維拉伸時單根纖維斷裂伸長率分布和斷裂強度分布的精確測量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的測量示意圖；

圖2為纖維樣本示意圖；

圖3為波形參數(shù)示意圖；

圖4(a)及圖4(b)為單纖維小波去噪效果；

圖5(a)及圖5(b)為羊毛束纖維小波去噪效果；

圖6為羊毛束纖維斷裂伸長率分布；

圖7為能量與斷裂強力的回歸分析；

圖8為羊毛束纖維斷裂強度分布。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

羊毛纖維的斷裂伸長率分布和斷裂強度分布是其拉伸性能的重要組成部分，關(guān)系到紡織加工過程的順利和最終產(chǎn)品的力學(xué)性能。本發(fā)明能夠通過分析束纖維斷裂聲發(fā)射脈沖譜，快速和精確地測量羊毛束纖維的斷裂伸長率分布和強度分布。本發(fā)明采用了如圖1所示的硬件設(shè)備，包括束纖維強力儀1一臺；單纖維強力儀2一臺；帶聲卡的計算機一臺；規(guī)格相同的麥克風(fēng)3兩個(響應(yīng)頻率為50～15000Hz)。

束纖維強力儀1和單纖維強力儀2都為等速拉伸，速率為3mm/min，拉伸隔距10mm；聲卡量化精度16位，采樣頻率44.1kHz；麥克風(fēng)3分別固定在束纖維強力儀1和單纖維強力儀2上，距離受拉伸束纖維4或單纖維5的距離為5mm。

本發(fā)明提供的一種基于聲發(fā)射原理的羊毛束纖維斷裂伸長率分布及斷裂強度分布測試方法包括以下步驟：

步驟1、從待測羊毛中隨機抽取200根纖維，以20根為一組分成10組。各組纖維的兩端都分別粘在在紙片上，使纖維呈伸直狀態(tài)，纖維間平行排列且互相不接觸，如圖2所示。對上述10組纖維樣本分別在束纖維強力儀1上進行組合測量，拉斷的同時用麥克風(fēng)3記錄下帶噪纖維斷裂聲發(fā)射信號。

步驟2、用小波去噪的方法處理各組的帶噪纖維斷裂聲發(fā)射信號，得到200個完整的纖維斷裂聲發(fā)射信號。

步驟2.1、第i組帶噪纖維斷裂聲發(fā)射信號Y_i表示為，i＝1，2，...，N：

Y_i＝F_i+Z_i，式中，F(xiàn)_i為第i個完整的纖維斷裂聲發(fā)射信號，Z_i第i個噪音信信號，則Y_i的小波系數(shù)表示為Y_j，k，j為小波分解層數(shù)，k為當(dāng)前分解層的索引：

Y_j，k＝W_j，k+Z_j，k，式中，W_j，k為F_i的小波系數(shù)，Z_j，k為Z_i的小波系數(shù)；

步驟2.2、對Y_j，k進行軟閾值處理，即令絕對值小于閾值ε的軟處理小波系數(shù)T_soft為零，將絕對值大于閾值ε的軟處理小波系數(shù)T_soft向零做收縮：

式中，α為噪聲信號偏差，J為含噪信號在所有層次上的小波分解包分解系數(shù)的個數(shù)總和。

步驟3.提取上述200個完整的纖維斷裂聲發(fā)射信號的波形振幅A和能量E。波形振幅A是超出測量閾值的波形最大峰值；能量E是超出測量閾值的波形外包絡(luò)線與閾值間包圍的面積，測量閾值這里取0.2，如圖3所示。

步驟4、將200個完整的纖維斷裂聲發(fā)射信號的波形振幅A和能量E中的最小振幅A_min和最小能量E_min代入復(fù)合參數(shù)M，M＝E×A，計算得到復(fù)合參數(shù)M的臨界值M_Cri。

步驟5、對經(jīng)充分梳理的羊毛束纖維用束纖維強力儀1進行拉伸，并同步記錄下拉伸過程中的聲發(fā)射譜。

步驟6、用小波去噪的方法去除束纖維拉伸斷裂聲發(fā)射譜的背景噪音，方法同步驟2。計算小波去噪后束纖維拉伸聲發(fā)射譜中所有瞬態(tài)信號的復(fù)合參數(shù)M，去除小于M_Cri的信號，剩下的聲發(fā)射信號即為由纖維斷裂產(chǎn)生，為纖維斷裂聲發(fā)射信號。

步驟7、將步驟6得到的纖維斷裂聲發(fā)射信號的波形波峰所對應(yīng)的時間作為纖維斷裂的時間，則纖維斷裂時的伸長＝斷裂時間×拉伸速度，纖維的斷裂伸長率＝伸長/拉伸隔距。求出束纖維拉伸時所有纖維的斷裂伸長率并作直方圖，即可得羊毛束纖維斷裂伸長率分布。

步驟8、隨機從待測羊毛中抽取50根單纖維試樣，分別用單纖維強力儀進行組合測量。記錄每根單纖維的斷裂強力和其對應(yīng)的斷裂聲發(fā)射信號。用小波去噪的方法去除各組聲發(fā)射信號的背景噪音，同步驟2。分別提取50根單纖維斷裂聲發(fā)射信號的能量E，并建立斷裂強力和能量之間的線性回歸方程。

步驟9、將束纖維拉伸中的纖維斷裂聲發(fā)射波形的能量E代入上述線性回歸方程，即可計算出對應(yīng)纖維的斷裂強力。利用中段切斷稱重法測量待測羊毛束纖維的平均線密度，用各根纖維的斷裂強力比上平均線密度即可得各自的斷裂強度。對所有纖維的斷裂強度做直方圖即可得束纖維拉伸的斷裂強度分布。

單纖維小波去噪效果如圖4(a)及圖4(b)所示，其中橫坐標(biāo)為時間，縱坐標(biāo)為振幅。

羊毛束纖維拉伸斷裂聲發(fā)射譜及小波去噪效果如圖5(a)及圖5(b)所示，其中橫坐標(biāo)為時間，縱坐標(biāo)為振幅。

根據(jù)聲發(fā)射信號計算的羊毛束纖維斷裂伸長率分布如圖6所示。

羊毛斷裂聲發(fā)射能量與斷裂強力的回歸分析如圖7所示。

根據(jù)羊毛束纖維斷裂聲發(fā)射計算的羊毛束纖維斷裂強度分布如圖8所示。