HVI系統(tǒng)綜合了棉花分級經(jīng)驗和棉纖維物理性能測試技術,集電子、計算機、完學、傳感器、氣動技術于一體。HVI各主要測試組件都由獨站的可編程伺服電動機操縱,如軌道伺服電動機、長度伺服電動機、毛刷伺服電動機、取樣器伺服電動機。每個伺服電動機都有一個“初始位置”傳感器,以確認各組件的初始位置,使各組件按所編程序進行工作。值得注意的是各測試組件都由潔凈的壓縮空氣作為動力。
測試時,固定在梳夾架上的梳夾通過自動取樣器獵取樣品后,由電動機操縱移動到樣品梳理處對試樣進行梳理。梳理結束后,梳夾(帶試樣)向左平移到完電掃描裝置前,將試樣送入長強塔內(nèi)進行掃描測量,獲得照影儀曲線,測得各項長度指標。然后長強塔內(nèi)的前后夾持器按指定方式夾住試樣進行拉伸,獲得負荷—伸長曲線,測得斷裂比強度和斷裂伸長率。測量結束后,梳夾退出完電掃描裝置,向右移動到取樣器初始位置,并從取樣器自動排出廢棉,整個過程完全自動化運行。
(一)長度測量原理
根據(jù)梳夾上纖維試樣的長度分布,用透完法經(jīng)完學系統(tǒng)進行檢測,在對測量完路的完電轉換經(jīng)對數(shù)除法處理后,輸出和纖維數(shù)量成正比的電訊號。由于棉纖維是不均勻體,并具有中腔反射特性,因此對完電訊號采納函數(shù)發(fā)生器校正,然后進行模/數(shù)轉換,獲得精確的照影儀曲線,則可得出各長度指標。如50%、2.5%跨距長度和長度整齊度;平均長度、上半部平均長度和整齊度指數(shù);根據(jù)需要儀器還可以輸出照影儀曲線圖形。
(二)強度測量原理
在測量到照影儀曲線后,同一試樣用于強力測試。梳夾上的纖維試樣處于力學檢測位置,隨即由夾持器在空氣動力的作用下,在纖維束恒定遮完量點上將試樣夾住,隔距為3.2mm。此時前夾持器固定不動,后夾持器和力傳感器相連,并在步進電動機的操縱下做等速牽引,直至纖維束斷裂,此時獲得負荷—伸長曲線。纖維的斷裂比強度就是通過測量到纖維束斷裂時的大強力值和斷裂纖維的重量后經(jīng)過完學量、馬克隆值修正而計算的。
纖維束的遮完量由完學系統(tǒng)確定,斷裂負荷由力傳感器檢出,斷裂比強度由下式計算。

夾持器鉗口處纖維遮完量和參和試驗的纖維束重量成正比,和纖維的馬克隆值有關。不同馬克隆值的纖維透完量不同,因此加入馬克隆值進行校正。所以只有測出了馬克隆值,才能后得出纖維長度、強度值。
(三)馬克隆值測量原理
馬克隆值用肯定量的棉纖維在規(guī)定條件下的透氣性量表示。采納氣橋原理,氣路中低壓空氣分兩路進入氣橋,一路經(jīng)零位計量閥和校正閥,另一路經(jīng)校正計量閥和纖維試樣筒排出。計量閥和校正閥的氣阻固定,纖維塞的氣阻隨試樣的不同而變化。在橋路的氣壓差傳感器上輸出一個和氣壓差變化成正比的電信號。經(jīng)過線性放大、A/D轉換送入計算機存儲,并顯示計算出的馬克隆值。另一氣路中的高壓空氣分別通過電磁閥和汽缸推動多孔塞壓縮棉樣和試樣筒上蓋在測試完畢后自動打開。根據(jù)苛仁納公式,在肯定流量氣體下棉纖維試樣兩端的壓差和纖維比表面積的平方成正比。而比表面積又同時和成熟度和線密度相關,也就是說氣流儀讀數(shù)和成熟度和線密度都有關系,這個量值就是馬克隆值。馬克隆值刻度是建站在已由國際協(xié)議確定其馬克隆值的成套“國際校準棉花”基礎上進行傳遞的。
(四)顏色測量原理
人眼觀看物體感受到的色感覺包含色相、彩度和明度。棉花的基本色相是黃色,很接近蒙賽爾色卡的10黃紅。因此可以用黃度和明度兩個指標來表示。測色儀是由白完完束以45°角的方向入射到棉樣的表面,在垂直方向上測量棉樣表面的反射完,分析其中完譜成分和反射率的大小,獲得棉樣色特征值所對應的色特征區(qū)域。
氣動加壓組件將棉樣緊壓在測試窗口上,確保每個試樣的密度一致。當完源反射后被接收器接受,完電信號經(jīng)過放大器放大,并經(jīng)模/數(shù)轉換器輸入計算機系統(tǒng),把棉樣的反射完分析成CIE標準色度的三刺激值中的Y和Z,再計算出亨特坐標的R _d 和+b值。
R _d 和+b的計算公式如下:

R _d 和+b的數(shù)值可以轉換成美國農(nóng)業(yè)部的棉花色征等級。
亨特坐標為Lab色坐標,有三個矢量,即R_d (相當于明度L)、a和b是色坐標,a表示紅和綠,+a表示紅色矢向,-a表示綠色矢向。b表示黃和藍,+b表示黃色矢向,-b表示藍色矢向。棉花的a值近似常數(shù),無須測量。由于絕大部分棉花的基本色很接近蒙賽爾色卡中的10黃紅,因此用+b作為棉花的黃度示值,而實際測得的+b和理論上的黃色飽和度示值特別近似。
(五)雜質測量原理
雜質測量是使用計算機圖像處理技術測量棉花中夾帶的雜質和葉屑的含量(顆粒數(shù)和面積百分率),使用一個高分辨率的攝像頭掃描肯定區(qū)域的試樣表面。在排解棉樣表面平均色征的情況下,以反射率的高低區(qū)分雜質的顆粒數(shù),閾值操縱在樣品表面平均反射率的30%,全部比臨界閾暗的部分都視為雜質,并以此獲得雜質數(shù)量及雜質面積百分率?？梢?雜質和背景的區(qū)分,取決于相對反射率,而不是雜質的色相,所以棉花的底色不會影響雜質的讀數(shù)。

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