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原文传递一种便捷式剑麻叶片杨氏模量快速测定装置及方法

专利名称：	一种便捷式剑麻叶片杨氏模量快速测定装置及方法
摘要：	本发明提供一种便捷式剑麻叶片杨氏模量快速测定装置，基于CCD机器视觉传感器的剑麻叶片横截面积与长度测量模块、拉力测量模块、升降组件和基于LabVIEW的剑麻纤维杨氏模量快速测定控制系统。相较于现有技术，本发明能够快速准确的进行剑麻叶片长度、横截面积、伸长量的高精度测量，从而提高杨氏模量的测量精度。本发明通过直接测量剑麻叶片的杨氏模量，实现对剑麻纤维杨氏模量的测量，较现有化学法预处理剑麻纤维的测量方法，具有操作便捷、快速测量、且对环境无污染的特点。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	广东;44
申请人：	岭南师范学院
发明人：	李栋宇;黄贞;黄恒烽
专利状态：	有效
申请日期：	2019-09-10T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-19T00:00:00+0800
申请号：	CN201910850315.8
公开号：	CN110470540A
代理机构：	广州市南锋专利事务所有限公司
代理人：	李慧
分类号：	G01N3/08(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	524000 广东省湛江市赤坎寸金路29号
主权项：	1.一种便捷式剑麻叶片杨氏模量快速测定装置，其特征在于，包括：基于CCD机器视觉传感器的剑麻叶片横截面积与长度测量模块、拉力测量模块、升降组件和基于LabVIEW的剑麻纤维杨氏模量快速测定控制系统；所述拉力测量模块和所述基于CCD机器视觉传感器的剑麻叶片横截面积与长度测量模块均安装在升降组件上；将被测剑麻叶片样品置于所述基于CCD机器视觉传感器的剑麻叶片横截面积与长度测量模块上，通过所述基于LabVIEW的剑麻纤维杨氏模量快速测定控制系统控制基于CCD机器视觉传感器的剑麻叶片横截面积与长度测量模块，测得被测剑麻叶片样品的横截面积S和长度L；将被测剑麻叶片样品置于所述升降组件上，所述基于LabVIEW的剑麻纤维杨氏模量快速测定控制系统控制所述升降组件对被测剑麻叶片样品进行拉伸，拉力传感模块测量所述被测剑麻叶片样品的伸长量L及拉力值F；通过所述基于LabVIEW的剑麻纤维杨氏模量快速测定控制系统内的杨氏模量定义式E＝(F/S)/(L/L)，得到被测剑麻叶片样品的杨氏模量。 2.如权利要求1所述的一种便捷式剑麻叶片杨氏模量快速测定装置，其特征在于，所述基于LabVIEW的剑麻纤维杨氏模量快速测定控制系统包括：基于LabVIEW的剑麻叶片横截面积与长度测量单元、基于LabVIEW的升降控制单元、基于LabVIEW的实时拉力测量与显示单元和数据显示分析显示单元；所述基于LabVIEW的剑麻叶片横截面积与长度测量单元通过CCD机器视觉传感器的剑麻叶片横截面积与长度测量模块对被测剑麻叶片样品进行检测，利用标准面积和标准长度比例法，测得被测剑麻叶片样品的横截面积和长度；所述基于LabVIEW的升降控制单元用于控制所述升降组件对被测剑麻叶片样品进行拉伸；所述基于LabVIEW的实时拉力测量与显示单元用于实时显示并记录所述拉力测量模块检测到的伸长量和拉力值；所述分析显示单元将测得的被测剑麻叶片样品的横截面积、长度、伸长量和拉力值通过杨氏模量定义式进行分析处理，并将结果通过显示器显示出来。 3.如权利要求2所述的一种便捷式剑麻叶片杨氏模量快速测定装置，其特征在于，所述基于CCD机器视觉传感器的剑麻叶片横截面积与长度测量模块包括：安装在升降组件上的CCD摄像机、LED灯和机器视觉标定板，所述LED灯用于对被测剑麻叶片样品进行对光，所述机器视觉标定板用于装夹被测剑麻叶片样品，所述CCD摄像机用于拍摄被测剑麻叶片样品上的横截面的和表面的图像，通过基于LabVIEW的剑麻叶片横截面积与长度测量单元对拍摄的被测剑麻叶片样品上的横截面的和表面的图像进行处理。 4.如权利要求3所述的一种便捷式剑麻叶片杨氏模量快速测定装置，其特征在于，所述机器视觉标定板的尺寸为220mm×160mm，所述机器视觉标定板的标准图形尺寸为10mm×10mm，其中面积为S0＝10mm×10mm，其边长为L0＝10mm。 5.如权利要求4所述的一种便捷式剑麻叶片杨氏模量快速测定装置，其特征在于，所述基于LabVIEW的剑麻叶片截面积与长度测量单元控制所述CCD摄像机采集到机器视觉标定板的图像和被测剑麻叶片样品上的横截面的图像，并测量机器视觉标定板图形对应的像素面积S1，测量所述被测剑麻叶片样品的横截面积所对应的像素面积S2，利用标准面积比例法，得到被测剑麻叶片样品的横截面积S＝S0×S2/S1；所述基于LabVIEW的剑麻叶片截面积与长度测量单元控制CCD摄像机采集到机器视觉标定板的图像和所述被测剑麻叶片样品的表面的图像，并测量机器视觉标定板图形边长长度对应的像素长度L1，测量被测剑麻叶片样品的长度所对应的像素长度L2，利用标准长度比例法，得到所述被测剑麻叶片样品的长度L＝L0×L2/L1。 6.如权利要求5所述的一种便捷式剑麻叶片杨氏模量快速测定装置，其特征在于，其特征在于，所述升降组件包括：主架、传动系统、摄像机调节装置、步进电机、电机驱动器、安全保护模块和数据采集卡；所述传动系统包括可转动的安装在所述主架上的丝杆，所述丝杆与步进电机相连接，所述丝杆上安装有随丝杆转动而移动的滑块，所述拉力检测模块与滑块相连接；所述安全保护模块、LED灯和所述机器视觉标定板均安装在所述主架上，所述CCD摄像机通过摄像机调节装置安装在主架上，所述摄像机调节装置用于调节所述CCD摄像机的位置，所述数据采集卡电连接所述电机驱动器，所述电机驱动器电连接所述步进电机，所述安全保护模块用于对滑块移动到丝杆的两端进行限位。 7.如权利要求6所述的一种便捷式剑麻叶片杨氏模量快速测定装置，其特征在于，所述基于LabVIEW的升降控制单元控制所述数据采集卡输出脉冲信号到电机驱动器，电机驱动器将信号进行处理和放大后控制步进电机的运转，使滑块在丝杆的转动下发生直线位移从而实现对所述被测剑麻叶片样品的伸长控制。 8.如权利要求7所述的一种便捷式剑麻叶片杨氏模量快速测定装置，其特征在于，所述拉力测量模块包括称重传感器、第一拉力测量样品夹具和第二拉力测量样品夹具，所述称重传感器安装在滑块上，所述称重传感器一端连接所述第一拉力测量样品夹具，所述称重传感器和所述第一拉力测量样品夹具随滑块一同移动，所述第二拉力测量样品夹具安装在主架上。 9.如权利要求8所述的一种便捷式剑麻叶片杨氏模量快速测定装置，其特征在于，所述安全保护模块为两个安装在主架上且分别靠近丝杆两端的接近开关传感器，所述接近开关传感器在信号滑块靠近的时候发出信号，切断所述步进电机的电源。 10.如权利要求9中任意一条权利要求所述的一种便捷式剑麻叶片杨氏模量快速测定的测定方法，其特征在于，包括如下步骤： S1:被测剑麻叶片样品的横截面积的与长度的测量 a1：将被测剑麻叶片样品的横截面上切一片薄片； a2：将被测剑麻样品和切好的被测剑麻样品薄片放到机器视觉标定板相应的区域内，调整所述CCD摄像机的位置，使得CCD摄像机能够拍摄到被测剑麻样品和切好的被测剑麻样品薄片的全部； a3：所述CCD摄像机拍摄到机器视觉标定板的图像和被测剑麻叶片样品上的横截面的图像，并测量机器视觉标定板图形对应的像素面积S1，测量被测剑麻叶片样品的横截面积所对应的像素面积S2，利用标准面积比例法，得到被测剑麻叶片样品的横截面积S＝S0×S2/S1； a4：所述CCD摄像机拍摄到机器视觉标定板的图像和被测剑麻叶片样品的表面的图像，并测量机器视觉标定板图形边长长度对应的像素长度L1，测量所述被测剑麻叶片样品的长度所对应的像素长度L2，利用标准长度比例法，得到所述被测剑麻叶片样品的长度L＝L0×L2/L1； S2：剑麻叶片样品伸长量及拉力测量 b1：将被测剑麻叶片样品的两端分别安装到所述第一拉力测量样品夹具和第二拉力测量样品夹具上； b2：通过步进电机驱动所述丝杆转动，带动第一拉力测量样品夹具移动，使得被测剑麻叶片样品处于拉紧状态，并记下此时所述夹具发生的位移D0； b3：设定被测剑麻叶片样品的运行程序为单步伸长量L、连续拉伸次数T和设定拉伸速度V，控制升降组件按预先设定的程序运行； b4：记录在程序运行过程中，实时地测量被测剑麻叶片样品的拉力值F； S3:剑麻叶片样品的杨氏模量计算 c1：对上述测量数据进行分析处理，通过杨氏模量定义E＝(F/S)/(L/L)，计算被测剑麻叶片样品的杨氏模量。
所属类别：	发明专利