（纺织工程专业论文）针织物服装压力测试系统研究与开发.pdf

东华大学硕士学位论文摘要 摘要 针织物由于其良好的延伸性，在弹性紧身服方面获得许 多的应用。在服用中，服装压这一因素是衡量紧身服舒适性 的主要指标，而服装压的测试方法和手段直接影响到人们对 服装舒适性的客观研究和评价。因此，如何通过检测，客观 地获得服装压的评判指标，对服装舒适性研究和正确使用各 类紧身服装有着非常重要的理论和实际意义。 本文自行开发、研制了一套基于虚拟仪器的服装压力测 试系统，用于测试针织面料模拟服用时所产生的压力值。该 测试系统主要包括硬件与软件两大部分，硬件主要由传感 器、放大电路板、数据采集卡( 包括附件转换板) 与计算机组 成。系统利用集成放大电路工作原理对放大电路进行设计， 对传感器的线性度进行测试，根据静态标定的数据表明传感 器性能和测试电路是优良的。软件是在w i n d o w sx p 环境下 采用虚拟仪器软件l a b v i e w 开发而成。系统设置能够同时 从四个通道采集信号，通过数据类型转换后，在e x c e l l 文 档里对数据进行分析和处理。 文中还同时介绍了传统服装压力测试仪器的类型及工 作原理及特点。与传统的测试方法相比，基于虚拟仪器的服 装压力测试系统界面清晰、简单易用，开发费用低，而且容 易升级，因此在测量服装压力等纺织领域有着广阔的应用前 东华大学硕士学位论文摘要 景。 最后，本文对针织物进行了服装压力实际测试研究，并 与针织物服装压力值的理论分析值进行了分析、比较。 关键词：针织物，服装压力，虚拟仪器，l a b v i e w 回，软件 设计 东华大学硕士学位论文 摘要 d e v e l o p m e n ta n dr e s e a r c h o nt h et e s t i n g s y s t e mf o rc l o t h i n gp r e s s u r ew i t hk n i t t e d f a b r i c s a b s t r a c t k n i t t e df a b r i c sp l a ya ni m p o r t a n tr o l ei ne l a s t i ct i g h tg a r m e n t s ， b e c a u s eo ft h e i r g o o de l a s t i c i t y c l o t h i n gp r e s s u r e i so n eo ft h e i m p o r t a n tf a c t o r sf o re v a l u a t i o no fg a r m e n tc o m f o r t t h eo b j e c t i v e r e s e a r c ha n de v a l u a t i o n d e p e n d s o nt h em e t h o d so ft e s t i n ga n d i n s t r u m e n t t h e r e f o r e ，i ti sv e r yi m p o r t a n tt oh a v er e s e a r c ho nt e s t i n g m e t h o da n di n s t r u m e n t o fc l o t h i n g p r e s s u r e ，w h i c hw i l lg i v eo u t s i g n i f i c a n tt h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a le f f e c to nt h ec o m f o r tr e s e a r c ha n d p r o p e ru s a g eo fv a r i o u se l a s t i cg a r m e n t s t h ea u t h o rd e v e l o p e dan e wt e s t i n gs y s t e mf o rm e a s u r i n gc l o t h i n g p r e s s u r ei no r d e rt ot e s tc l o t h i n gp r e s s u r eu n d e rt h ec o n d i t i o no fs t a t i c a n dd y n a m i cs t a t e t h et e s t i n gs y s t e mi n c l u d e st w op a r t s ：h a r d w a r ea n d s o f t w a r e f i r s t l y ，h a r d w a r e i n c l u d e s s e n s o r ，a m p l i f i e r ，d a q a n d c o m p u t e r t h et e s t i n ge l e c t r i cc i r c l ew a sd e s i g n e db a s e do nt h et h e o r y o fa m p l i f i e r t h et e s t s y s t e mw a sc a l i b r a t e d t h er e s u l t so ft h e c a l i b r a t i o ni n d i c a t e dt h a tt h ep r o p e r t i e so ft h es e n s o ra n de l e c t r i cc i r c l e a r eg o o d s e c o n d l y ，t h es o f t w a r ew a sd e v e l o p e dw i t hv i r t u a li n s t r u m e n t o fl a b v i e w u n d e rt h ew i n d o w sx pe n v i r o n m e n t i tm a i n l yi n c l u d e s d a qd r i v i n gm o d u l e ，d a t ag a t h e r i n gm o d u l e ，r e a d i n ga n dw r i t i n g 东华大学硕士学位论文 摘要 m o d u l e ，a n dd a t ac o n v e r s i o nm o d u l e f i n a l l y ，t h ed a t aw i l lb es a v eo n t h ec o m p u t e ra n de x p o r t e da se x c e l f i l e t h ea r t i c l ea l s oi n t r o d u c e dt h e t y p e sa n dt h ep r i n c i p l e so ft h e t r a d i t i o n a li n s t r u m e n t so nc l o t h i n g p r e s s u r em e a s u r e m e n t t h e r ea r e m a n ya d v a n t a g e so ft h et e s t i n gs y s t e mb a s e do nv i r t u a li n s t r u m e n t ， s u c ha sc l e a ri n t e r f a c e ，e a s yu s e ，l o wd e v e l o p m e n tc o s ta n de a s yf o r u p d a t e i th a sw i d ef o r e g r o u n da p p l i c a t i o n si nt e x t i l er e l a t e dt e s t i n g a n o t h e ri m p o r t a n tp a r to ft h ea r t i c l ei st h a tt h et e n s i l ep r o p e r t i e so f t h ee l a s t i ck n i t t e df a b r i c sw i t hd i f f e r e n ts t r u c t u r e sa n dp a r a m e t e r sw e r e m e a s u r e d ac l o t h i n g p r e s s u r e m o d e lw a s s e t u p t o a n a l y z e t h e r e l a t i o n s h i p sb e t w e e nt h ep r o p e r t i e so ft h ef a b r i ca n dp r e s s u r e f i n a l l y t h er e s u l t sf r o mt h em e a s u r e m e n ta n dm o d e lc a l c u l a t i o nw e r e c o m p a r e d w r i t t e nb yc h e nh o n g ju a n ( t e x t i l ee n g i n e e r i n g ) s u p e r v i s e db yp r o f l iw e i k e y w o r d s ：k n i t t e df a b r i c ，c l o t h i n gp r e s s u r e ，v i r t u a li n s t r u m e n t ， l a b v i e w 附件一： 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的 指导下。独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 倚缸确 日期：溯年，2 月2 - 7 日 附件二： 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以 将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密口。 学位论文作者躲币轻嚼 日期：? 僻2 月纠日 指导教师签名店p 日期：加百年三月珈 为、华人宁硕十学衍论文第一章绪论 一、概述 第一章绪论 人体在穿上衣服以后，或多或少都受约束。这种约束可以分为两 种，即服装本身重量形成的垂直负荷和服装形态形成的水平负荷。这 种约束叫服装压m 。 人穿上衣服以后，服装本身的重量，以及出于身体的动作，引起 服装变形所产生的应力，两者的总和约束人体，使人体受到的压迫感， 称为服装压力。服装压力因服装重量、服装结构、穿着方式不同而不 同。服装压力的形成因素，可以分为三类：l 、服装重力形成的压力 ( 重量压) ，例如各种防护服；2 、服装勒得太紧而产生的压力( 集束 压) ，例如中国妇女的裹脚，西欧妇女的紧身胸衣，日本妇女的腰带， 韩国妇女的裙腰，现代的弹性紧带、紧身裤、橡皮筋、甚至皮鞋等产 生的集束压”1 。在生活中，产生集束压的例子是比较多的。譬如，西 欧妇女为了可以追求某种形体，穿上令人窒息的紧身胸衣，以损害身 体健康、甚至危及生命为代价，塑造符合时代审美、理想的体形。如 在电影飘( g o n ew i t ht h ew i n d ) 中，女主人公为了达到细腰 的标准，不吃不喝，屏住呼吸，让女仆将紧身胸衣上的带子拼命收紧， 直到满意的尺寸为止，而女主人公差点因此而晕过去；3 、人做运动 时，服装和身体接触而产生的压力( 面压) ，孩压力与服装的着用感、 尤其与服装的运动功能有很大的关系。 从12 世纪到2 0 世纪初这漫长的岁月里，紧身胸衣和裙撑一直困 扰着广大的欧洲妇女。这种畸形的完美框架限制了呼吸和行动，极大 地伤害了身体健康，有的还危及生命，紧身胸衣成了历史上最残酷的 服装”1 。 时光飞转，到了物质文明相当发达的当代，人们越来越认识到利 用服装压力柬达到一定的功能作用有着非常重要的意义，不同体形的 人、人体的不同部位、以及人在不同的运动状态时，列服装压力舒适 东华大学硕士学位论文第章绪论 性的要求各不相同。服装压力舒适性广泛应用于医用绷带、体育防护 用品及功能内衣等。 医用绷带在包扎伤口时，合适的松紧度有助于伤口的平稳愈合， 并可以缓解因伤而留下的疤痕；体育防护用品穿着时合适的服装压力 能够满足人体在运动过程中减轻疲劳、增强生理机能、满足心理和生 理上舒适的需要。而压力过大易引起人体疲劳，同时对正常的生理机 能( 如血液和淋巴的传输、神经和经络的传导等) 也不利；压力过小， 运动时易产生滑脱，起不到防护作用，穿着也不会舒服“1 。特别地， 现代的塑身衣( 或称瘦身衣、紧身衣) 塑身的概念和以往的腹带、腰 带、胸衣不同的地方在于它加入了一些新概念，改变了以往头痛医头、 脚痛医脚的做法，不是局部的调整，而是通过将身体的各部位，如腋 下的副乳、胃、腹、腰、背等部位多余的脂肪转移，收拢到正确合适 的位置，使身体凹凸有致，从而达到瘦身美体的功效。 然而市场上的好多种塑身衣，有的比巴掌宽那么一点点，它们大 多用强力弹性纤维制成，用手拉拉，要费很大的劲才能把它扯开。这 些塑身内衣，有的束腰，有的收腹，有的修复腿部线条，特别是最厉 害的是一种被称为“全身绑”的连体内衣，厚厚的强力纤维把上腹、 腰、下腹、臀、腿，从上倒下紧紧地箍起来1 。医学专家通过研究发 现，6 0 的妇女病与穿着瘦身衣有关。 如何合理利用服装压力来满足穿着舒适性的需求，是现代人对紧 身服提出的要求。以功能内衣( 修身内衣和调整型内衣) 的开发为例， 它是指一些以特制纤维制成，配合独特的剪裁，对身体的整体做出调 整的内衣；或者配合人体工程学，集瘦身及修正体形功能为一体的内 衣。功能内衣大致可分为三类：文胸、柬裤、腰封和连身束衣。以文 胸为例，在设计过程中要根据人体特征严格控制不同部位的压力大小 来达到健康塑身的目的。首先对于胸衣的主体部位来说：不同的受压 区域可分为九个部位：l 、前心尖片的下边缘：2 、钢圈的中心位置； 3 、侧缝线下边缘；4 、后中心线位置；5 、侧缝线上边缘：6 、腋下部 位的罩杯边缘位置；7 、罩杯中心部位；8 、颈下部位的罩杯边缘位置； 尔华人孚硕十学位论文第一章绪论 9 、前心尖片的上端点( 如图l l ) 。 幽卜1 内农土体部位的不同受压琢域不意图 研究表明，舒适性压力最大的是图中所示的第2 部位和第3 部位， 而最小的为第4 和第8 部。“。设计内衣工艺的时候要考虑到不同部 位需要的弹性效果应该不一样。在框架部分，由于需要达到塑身目的， 要保持稳定状态，所以i j 心尖片、钢圈下边缘、f j i 侧片一般需用无弹 性的或弹性较小的紧密材料的双层结构，后侧片部分由于手臂| ； 伸动 作引起的背部变宽，所以要用弹性大、回弹性好的材料。另外，罩杯 部分由于需要稳定和保护状态，故选择弹性小且柔软材料”1 。 随着生活水平的提高，人们对弹性紧身服装舒适性的要求也越来 越高。除了满足以往简单的束身、保型之外，人们更考虑到面料的伸 缩性、服装的压力、透气吸汗性、耐损性、唰变形性等要求。 二、针织物服装压力研究方法探讨 ( 一) 国外服装压力的研究情况 对紧身衣、塑身腰带等诸多弹性织物对人体的压迫感研究中，学 者们己作了比较细致的工作。h a r u m i - m 、m iy u k i n 等学者对若干个 穿上泳衣的年轻女性在静止站立的条件下，进行了心跳速度、血压、 表皮血流速度及应急反应的测试。当试验对象穿上泳衣之后，血压升 高，心律降低，氧气吸入量和交换量都有所减少。他们得到的结论是： 当服装压低于1 0 k p a 时，她们的心脏功能得到加强，工作效率得到 提高；但是在身体的某些部位加了较高的服装压的情况下，当解除服 东华大学硕士学位论文第一章绪论 装压之后，试验对象表血流向四肢的速度以及血压回复的速度减缓。 从而揭示了不当的服装压力的确对人体存在着不良的影响“。 o k a b e k 、s u g i t a - a 等人也作了类似的研究。他们选择了若干上 了年纪的女性和若干年轻的女性，分别在佩戴和不佩戴紧身腰带的情 况下，对她们的心跳速率、表皮温度以及脑电图进行测试分析。发现 佩戴了紧身腰带的试验对象有了较轻快的应激反应和较高的表皮温 度。数据表明佩戴了紧身腰带的试验对象的生理受到了直接的影响。 n a k a h s h i m 等人则通过实验对腿部舒适服装压进行了评估，并且分 析了其影响因素。试验结果得到了大腿、小腿和踝部的舒适服装压力 分别为：0 5 8 k p a ，0 9 7 k p a ，0 8 1 k p a ；临界服装压力分别为： 1 0 8 k p a ，1 8 5 k p a ，1 6 7 k p a 。而且在实验对象中，二十几岁的体 重轻者明显偏好大腿部位有较大服装压1 “”1 。t o y o n o r in is h i m a ts u 在对男子的弹性短袜的舒适压的研究中，采用发光二极管照射包覆着 光学纤维织物的圆柱体，通过光电二极管，经过放大装置及滤波器等 装置来输出信号的先进测试手段，对测试对象的袜底、袜指头、及袜 的顶端进行压力测试与主观评价舒适感的综合性研究”“。 ( 二) 国内针织服装压力的研究情况 在我国，对于针织物的穿着舒适性能的研究应该说，还是比较多 的。例如保暖性、渝热传导性、触觉舒适性等，就有很多讨论研究。 然而对于其实非常影响穿着舒适传导性的服装压，无论是定性的，或 是定量的，相比之下就不是很多。就全国范围来浇，香港理工大学， 西北纺织工学院、青岛大学、东华大学都有研究。香港理工大学的吴 秀芬教授一直致力于医用绷带的服装压研究。另外，s f n g 和 c l h u i 在医用服装压方面也作了一系列的理论研究。首先，建立压 力的数学模型来预测弹性服装对人体表面的压力，这种压力是由于人 体表面的曲率不同，所以各个部分需要服装的尺寸也不会相同，他们 对弹性织物拉伸的初始模量、人体表面轮廓的曲率、服装与人体皮表 界面间的压力作之间的关系作了公式化表述“”；后来又发展到对圆 4 尔华人学硕十。 侍论文 第一章绪论 筒状的弹性织物的张力和压力的衰变进行理论分析，得出了无论这个 圆筒形弹性织物的尺寸如何变化，它对同形状的物体的压力和张力衰 变的相对速率是相同的，并且以指数函数的衰变模型变化的“”。 青岛大学的师生利用半导体应变片式触力传感器作为非电量服 装压力变换成电压的元件，将传感器输出的电信号经过适当电路处理 显示出柬的工作原理，建立了服装压力测试装詈，研究了服装压力与 氨纶送丝量的关系，得出织物组织结构一定，织物拉伸率较大时，织 物延伸所产生的服装压力随着氨纶送丝量的增加而递减的，即氨纶含 量的增加改善织物的运动舒适性“。 西北纺织工学院的师生在服装压感上做了一系列的研究，包括采 用气压式传感器的测量方法，对紧身服的宽裕量、弹性模量与服装压 感的关系做了一系列的探讨”“；另外，也对测试服装压力的传感器 进行了探讨，认为f l e x i f o r c e 适合静态状态下的平面测量以及半径大 于3 2 m m 的曲面测量，并提出了基于虚拟仪器技术的服装压力测试系 统的概念”1 。东华大学的陈南梁教授对针织物的包覆性能有所讨 论和研究，并且通过组织结构来分析其对服装压和包覆弹性的影响。 三、虚拟仪器在服装压力测试中的应用 虚拟仪器概念是对传统仪器仪表概念的重大突破，是计算机与仪 器仪表相结合的产物。虚拟仪器利用个人计算机强大的图形环境和运 算能力，与功能化模块硬件结合起来，建立虚拟仪器面板，代替传统 仪器完成其使命，改变传统仪器的使用方式，提高仪器的功能和使用 效率，大幅度降低仪器价格。使用户可以根掘自己的需要定义仪器的 功能，并可以通过友好的图形界面柬操作这台计算机，从而完成对被 测信号的采集、分析处理、判断控制、显示打印和数掘存储等功能。 还可利用网络进行全球数据共享，可以直接调用w i n d o w s 其它应用 程序，并具有访问数掘库的能力。目静虚拟仪器广泛应用于电子测量、 自动控制与仿真、医疗设备。高级信号处理、振动测量分析与故障诊 断等诸多领域。 东华大学硕士学位论文第一章绪论 四、课题研究的意义 针织产品( 特别是氨纶弹性针织产品) 由于具有弹性好、延伸性 大、生产效率高等特点，在2 1 世纪被广大消费者所宠爱。然而正如 前面我们所讨论的，从服装卫生学的角度来看，一定程度的服装压对 于人体防护、运动效率、伤口的愈合和美观的角度来说是有益的。 近几年我国的氨纶针织物得到迅猛的发展，但是许多企业的氨纶 原料的特性，特别是氨纶针织物的特性理解掌握不够，不能发挥氨纶 原料的特性；由于针织物大都用于内衣产品，作为人的第二层皮肤， 应该遵循服装卫生学研究所得到的科学观点，正确健康地利用氨纶针 织物产品于服用方面”。 此外，随着计算机技术和传感器技术的不断发展，先进的测试技 术层出不穷，但是运用在服装压力测试研究的例子为数不多。本课题 希望能够从传感器的选择、性能测试、基于虚拟仪器测试系统的建立 来对针织物进行服装压力测试。通过软件设计来达到测量、存储、数 据分析的智能化。对服装压力进行理论分析，并与实际的测试结果进 行比较，从而形成一套完整的进行基于虚拟仪器的测试系统。 五、本文的研究内容 ( 一) 服装压力测试系统的硬件设计 主要介绍传统的服装压力测试方法和手段，对工作原理和仪器的 优缺点进行分析，重点介绍基于虚拟仪器的服装压力测试系统的研 制。主要是分析各硬件的设计，包括：传感器、放大电路板、数据采 集卡( 包括附件转换板) 与计算机组成。其中主要对传感器线性度的测 试，为集成放大器设计其外接电路，然后进行静态标定，以测试传感 器及测试电路的性能。 6 尔华人事硕十等仿论文 第一章绍论 ( 二) 服装压力测试系统的软件设计 主要对服装压力测试系统软件组成部分的设计，包括：数掘采集 模块、波形显示模块、数掘存储模块、数掘类型转换模块等。在软件 设计原则的前提下，丌发具有四通道、实时记录的数据采集系统。 ( 三) 服装压力测试与理论分析 对采集到的针织物样品进行拉件测试，然后在模拟人体的圆杜形 模型上对针织物进行间接的服装压力测试，分析针织物的服装压力与 织物的延伸性能和伸长率之i 日j 的关系；最后对织物服装压力的产生进 行理论分析，以便为紧身服的工艺生产提供理沦依掘。 六、本文研究的方法 本文主要根据服装压力测量的特点，研制一套基于虚拟仪器的服 装压力测试系统来完成数掘采集、分析功能。该系统可以同时、实时 采集多个位冒的信号，以方便比较分析。经过静念标定，确定传感器 和测试电路的性能优良。在建立服装压力测试系统的基础上，对弹性 纬编织物进行服装压力测试，并将测试结果于织物对人体产生压力的 理论模型数据进行比较，从而达到对针织服装压力较为准确测试、分 析的目的。 东华大学硕士学位论文 第一章虚拟仪器的含义与组成 第二章虚拟仪器的含义与组成 测试技术随着大规模集成电路技术、计算机技术、信号处理技术、 软件技术的飞跃发展，许多原来由硬件才能完成的功能，现在可以依 靠软将来完成，美国美国国家仪器公司( n a t i o n a li n s t r u m e n t ，n i ) 公司提出的“软件就是仪器”的口号，彻底打破了传统测试仪器只能 由生产厂家定义、用户无法改变的局面，使人们认识到虚拟仪器软件 框架才是数据采集和仪器控制系统实现自动化的关键”“。本课题正 是引入虚拟仪器技术开发了服装压力测试系统，希望能为纺织仪器的 全面提升起到抛砖引玉的效果。 第一节虚拟仪器的含义 虚拟仪器( v i r t u a lin s t r u m e n ts ) 是现代检测技术与计算机技 术和通信技术有机结合的产物。它是利用计算机的显示功能模拟真实 仪器的控制面板，由用户自定义表达输出结果，利用计算机软件功能 实现信号的运算、分析、处理，由i o 接口设备( 卡) 完成信号的 采集、测量与调理，从而完成各种测试功能的一种计算机仪器系统。 当硬件平台确定后，仪器的测控功能就完全决定于软件系统，即所谓 的“软件就是仪器”。2 2 2 3 1 “虚拟”二字主要包含两个方面的含义： 1 虚拟仪器的面板是虚拟的：真实仪器面板上的器件都是实物， 而且是通过手动和触摸来操作的：而虚拟仪器的面板是由图形化的程 序设计的，由各种图形化的开关、按键、显示模板实现真实仪器的相 应测试功能。 2 虚拟仪器测量功能是由软件编程来实现的：在以p c 为核心的 硬件平台支持下。通过应用软件来实现仪器的测试功能，而且可以通 过不同的测试功能的软件模块组合来实现多种测试功能。 自、华人牛颈十孚伊论文 第一章虚拟仪器的含义与编成 总之，虚拟仪器的概念就是以软件代替硬件，图形代替代码，组 念代替编程，虚拟仪器代替传统仪器的自动测试系统。 第二节虚拟仪器的组成 虚拟仪器由通用仪器硬件平台和应用软件两大部分构成。硬件平 台包括计算机和i o 接口设备( 卡) ，完成破测信号的采集、放大、 模数转换，以及输出控制信号、程控仪器仪表等。根掘测试场合不 同可采用不同的i 0 接口设备，如数掘采集卡( d a t aa c q u i s i t i o n ) 、 g p i b f g e n e r a l p u r p o s e i n t e r f a c eb u s ) 总线仪器、v x i ( v m eb 1 i s x t e n s i o nf o ri n s t r u m e n t a t i o n ) 总线仪器模块、串口仪器等。软件结构 包括应用程序和i 0 接口仪器驱动程序。 一、虚拟仪器的硬件开发平台“” 1 、计算机系统 p c 机或工作站，是虚拟仪器系统的核心，它完成数掘的处理和 结果的显示。利用计算机图形显示技术和多媒体技术，将复杂的数掘 计算和数掘处理推向后台，用数字、曲线、图像、图形、声音等形式 提供给用户测控的结果。 2 、i o 接口设备 它主要完成被测控信号的采集、放大、转换( a d d a ) 。常用 的i o 接口系统有： 1 ) p c d a q 系统，它是以数掘采集板、信号调理电路及计算机 为仪器硬件平台组成的插卡式仪器系统。这种系统采用p c i 或i s a 计算机本身的总线，所以将数掘卡板( d a q ) 插入计算机的插槽中即 可，容易普及使用； 2 )g p i b 系统，它是以g p i b 标准总线仪器与计算机为仪器硬 件平台的系统，g p i b 标准总线在计算机仪器的发展史上曾经发挥过 十分重要的作用，是应用最早的虚拟仪器系统： 3 ) v x i 系统，是以v x i 标准总线仪器模块与计算机为仪器硬件 9 东华大学硕士学位论文第二章虚拟仪器的含义与组成 平台的系统。v x i 总线是一种高速计算机总线v e m 在仪器领域的扩 展。由于它的标准歼放、结构紧凑、数据吞吐能力强、定时和同步准 确、模块可重复使用、众多仪器厂家支持的优点，其应用越来越广， 是虚拟仪器系统的发展方向之一； 4 ) p x i ( p c ie x t e n s i o n sf o ri n s t r u m e n t a t i o n ) 系统，是以v x i 标准 总线仪器模块与计算机为仪器硬件平台的系统； 5 ) 串口系统，它是以s e r i a l 标准总线仪器与计算机为硬件平台 的系统。 在上述的几种虚拟仪器系统中，基于p c 总线的虚拟仪器系统和 v x i 总线的虚拟仪器系统是虚拟仪器发展的方向。与传统的仪器组建 的测试系统相比，基于p c i 总线的虚拟仪器测试系统在性能、灵活任、 易用性和低价格等方面具有绝对的优势。与基于其他总线的虚拟仪器 测试系统相比，价格低廉的特点使其在工业、军工、教育、和科研领 域得到广泛的应用。随着计算机技术的飞速发展，p c 机的性能得到 了极大的提高，其性能已远远超过了早期的工作站的性能，它拥有强 大的硬件基础、广泛的软件支持、一大批熟练的用户以及低廉的价格， 因此，基于p c 总线的虚拟仪器将成为虚拟仪器的一个重要发展方向， 尤其在我国，目前大批陈旧的测试仪器等待改造和更薪，性能价格比 高的p c 虚拟仪器对用户势必有很大的吸引力，p c 虚拟仪器是一个 新兴的产业，具有广泛的应用前景。 二、虚拟仪器的软件开发平台 “软件就是仪器”，当虚拟仪器的硬件平台建立起来以后，设计、 开发、研究虚拟仪器的主要任务就是编制应用程序。一个好的虚拟仪 器开发应用软件将起到事半功倍的作用。目前，虚拟仪器的软件开发 工具主要包括两类：文本式的编程语言如v i s u a lc + + 、v i s u a lb a s i c 、 l a bw i n d o w s c a i 等，图形化编程语言如l a b v i e w 回、h p v e e 等。 v i s u a lc + + 、v i s u a lb a s i c 语言都是面向对象的语言，能够开发出界 面漂亮、功能强大的虚拟仪器，但对开发人员的计算机水平的要求较 尔华人孚硕十学俯论文 第一章虚拟仪器的含义与编成 高。l a bw i n d o w s c a l 、l a b v i e w 面、h p v e e 是专用的虚拟仪器丌发 软件，从用户的角度出发，不仅内含各种仪器驱动程序，而且提供大 量的实现数掘处理的函数集和用户界面编程工具集。 第三节l a b v i e w 图形化编程语言 一、l a b v i e w 8 的应用领域 l a b v i e w 以特有的编程方式及应用的优点，应用于包扩航空、航 天、通信、汽车、半导体、和生物医学等众多领域中。从简单的仪器 控制、数掘采集到尖端的测试和工业自动化，从实验室到工厂，从研 究到技术集成，l a b v i e w 都有涉及m 】。 1 、l a b v i e w 应用于测试与测量 l a b v i e w 己成为测试与测量领域的工业标准，通过g p i b 、v x i 、 p l c 、串行设备和插卡式数掘采集版可以构成实际的数掘采集系统。 同时还支持通过i n t e rf i e t 、a c t i v e x 、d d e 、s q l 等交互式通信方式 实现数据共享，它提供的众多开发工具使复杂的测试与测量任务变得 简单易行。 2 、l a b v i e w 应用于过程控制和工业自动化 l a b v i e w 强大的硬件驱动、图形显示能力和便捷的快速程序设 计，为过程控制和工业自动化应用提供了优秀的解决方案。对于更复 杂更专业的工业自动化领域，在l a b v i e w 基础上发展起束的 b r i d g e v i e w 是更好的选择。 3 、l a b v i e w 应用于实验室研究与自动化 l a b v i e w 为科学家和工程师提供了功能强大的高级数学分析 库，包括：统计、估计、回归分析、线性代数、信号生成算法、时域 和频域算法等众多科学领域，可满足各种计算和分析需要。 东华大学硕士学位论文 第二章虚拟仪器的含义与组成 二、l a b v i e w 组成 l a b v i e w 是n i 公司推出的一种基于“图形，方式的集成化程 序开发环境，是一种编译型图形化编程语言。l a b v i e w 作为编写应 用程序的语言，除了编程方式不同外，还具备语言的所有特性，因此 l a b v i e w 又称之为g 语言。同时也是目前应用最广、发展最快、功 能最强的g 语言开发集成环境。利用它和n l 公司种类齐全的硬件设 备，用户可以方便的组建功能强大、界面美观的测试系统。因此在以 p c 机为基础的测量和工控软件中，得以广泛的应用。从l a b v i e w 2 0 开始，就采用了最新的面相对象编程( o o p ) 技术，直到现在使用的 l a b v i e w 8 1 。这使应用程序在执行速度和灵活性等方面有了较大 的提高心“2 “。 g 语言的与传统编程的最大差别就是编程方式，它不是采用文本 编程而是图形化编程方式，所以编写的程序称为虚拟仪器v i ( v i r t u a l i n s t r u m e n t ) ，因为它的界面与真实的仪器十分相像，在l a b v i e w 固环 境下开发的应用程序都用 v i 后缀，表明是虚拟仪器的含义。每个 v i 由前面板、数据流框图和图标连接端口组成。下面分别介绍三部 分的功能： 1 、前面板 前面板是v i 的交互式用户接口，与真实的物理仪器面板相似， 包括：旋钮、刻度盘、开关、图表等界面工具，如图2 一l 所示。图 中包括随机产生数据的四个开关、存储数据的频率表盘，以及存储数 据、停止存储、退出等指令按钮。允许用户通过键盘或鼠标获取数据 显示结果或执行操作命令。 尔华人学硕十学仔论文 第一章虚拟仪器的含义与编成 幽2 1l a b v l e w 的前面板 2 、数据流框图程序 在程序中也称为后面板，v i 从数掘流框图中接受指令，也是v i 的程序代码，此程序代码可以直接打开后面板进行查看，如图2 2 所示。图中表示四组随机产生的数据放大1 0 倍后输出，所对应的数 值显示在图i j 面板中显示出来。 3 、图杯连接端口 图2 2l a b v l e w 固的后面扳 东华大学硕士学位论文第二章虚拟仪器的含义与组成 v i 图标和连接端口的功能就像一个图形化参数列表，可在v i 和 s u b v i 之间传递数据。一个v i 既可以作为上层独立程序也可以作为 其它程序( 或子程序) 的子程序。当v i 作为子程序时，称为s u b v i 。 下面举一个子程序的调用过程。如图2 3 ，2 4 所示： 图2 3s u b v l 的创建图图2 4s u b v i 的调用 在2 3 图中所显示的是创建一个s u b v i ，在创建好s u b v i 时， 要严格按照输入变量和输出显示量来定义连接端口，并且编辑s u b v i 的图标，以方便调用此s u b v i 。如图2 4 所示的程序中，s u b v i 是 利用图标的连接端口和数据线来与调用它的v i 交换数据的。 总之，与传统仪器相比，虚拟仪器有许多优点：对测试量的处理 和计算可更复杂且处理速度更快，测试结果的表达方式更加丰富多 样，可以方便地存储和交换测试数据，价格低，技术更新快。另外， 它的最大特点就是把由仪器生产厂家定义仪器功能的方式转变为由 用户自己定义仪器功能，满足多种多样的应用需求。由于虚拟仪器的 测试功能、面板控件都实现了软件化，任何使用者都可通过修改虚拟 仪器的软件来改变它的功能和规模，这充分体现了“软件就是仪器” 的设计思想凹“川。 第四节l a b v i e w 在纺织行业的应用及前景 应用于纺织行业l a b v i e w 开发的系统不是很多，据资料显示， 有上海毛麻科学技术研究所的“服装面料质量测定系统”和东华大 - 5 、华人学硕十学伊论文 第一章虚拟仪器的含义与组成 学机械工程学院的“纱线动念张力检测系统”。所用的硬件系统为 p c ，d a q 系统，下面简单介绍两个系统： 服装面料质量测定系统：用n i 的d a q 和l a b v i e w ”构建了图形 编程的数据检测处理系统、分析客观质量测定仪器i n s t r o n 及 k e s f b 的测试信号曲线并加以数掘处理。对含有噪音的信号给予适 当而有效的函数处理。 纱线动态张力检测系统：使用n i 公司l a b v i e w 。图形化编程平 台，p c i 6 0 2 4 e 多功能数掘采集卡，结合性能优良的张力传感器，实 现动念张力的时实检测，并能按实际生产要求对数掘进行分析与处 理，显示或输出所需图形与数据”。 虚拟仪器最突出的特点就是用户能够自己定义仪器的功能，所以 根掘用户的需求柬自行设计软件定义和扩展，所以用户既不必购买多 台不同功能或集中多种功能于一身的传统仪器，也不必不断购买新的 仪器。虚拟仪器可与计算机同步发展，与网络及其周边设备互连，用 户只需改变软件程序，就可以不断赋予、扩展和增强它的测控功能。 本章小节 本章对虚拟仪器的含义与组成的介绍，主要针对虚拟仪器的硬件 丌发平台和软件丌发平台，侧重介绍硬件开发平台的p c 总线虚拟仪 器系统和软件丌发平台的l a b v i e w 回语言环境。p c 虚拟仪器因为性能 价格比高，对用户具有很大的吸引力；并且l a b v i e w 语言的深动的 人机界面、流程图编程、以及本身存在的语法检测和调试过程使用的 探针等等，对于非编程专业人员柬讲是一个比较好的丌发工具。 东华大学硕士学位论文第三章服装压力测试硬件系统 第三章服装压力测试硬件系统 服装压力的测试可以反应出服装结构、材质变化带来的压力变 化，从而为提高服装舒适性而进行的服装结构设计、材质设计提供可 靠的数据基础。由于服装是穿在人体上的，人体曲面的复杂性及人体 运动的生理、物理变化的复杂性，给其测量带来不同程度的困难。随 着计算机技术和传感器技术的发展，建立基于虚拟仪器技术的服装压 力测试系统，可以满足精确测量着装人体运动时的服装压力，直观、 实时、在线地测定服装压力舒适性。 第一节传统服装压力的测量方法及手段 综合国内外的服装压力测量方法和手段的发展，服装压力的测量 方法主要有直接测量和间接测量两种方法，由于主观测试存在无法排 除主观任意性、稳定性较差、缺乏定量描述等不足，本节主要介绍一 些客观测试方法，如：气压法、机械法和电阻法。 一、气压法 气压法测试主要分为两种，水银压力计法和指针压力计法。 1 水银压力计 用水银压力计( 或水压 力计) 测定服装压力是比较 常用的气压式测量方法，如 图3 一l 所示。 斜面水银压力计：以长 5 7 c m ，宽4 c m ，厚1 c m 。 接触面积约2 0 c m2 扁平的椭 圆形橡皮球为力的感受部 1 6 图3 一i 水银压力计 尔华人彳硕十予伊论文 第二章服装乐力测试硬r l 系统 橡皮球的连接橡皮管一端，另一端连接u 形水银压力计或劁面水银压 力计： 主要原理是通过测试部分的橡胶小球受压的变化，使管内空气压 强与大气产生差值，压强差的读数通过水银杠或压力计读出。在测试 压力i i ，打丌橡皮球和送气用气囊的橡皮管连接处的阀门，通过送气 用的气囊对水银管充气对仪器进行调零，以便按照标定准确渎出数 掘。 2 指针压力计”o 指针压力计是测试弹力卫生性纺织品( 如卫生袜和绷带) 的压力 仪器，仪器如图3 2 左图所示： 仪器主要由橡胶小球( 1 ) 和指针压力计( 3 ) 组成，小球与压力 计由软管( 4 ) 连接，小球和软管套在透明的塑料管内。测试i i 小球 放在弹性纺织品与人体之间。小球内气压可达2 6 6 千帕，然后小球 可以在纺织品与人体健慢慢地游动。 指针压力计卫生毒l c 和压力绷带压力变化 在此测量装置的基础上，德国的西格博士对卫生袜和医用绷带进 行压力测量研究，描绘出弹性纺织品的不同部位的压力变化图，如图 3 2 右图所示为卫生袜( 2 ) 和医用绷带( 1 ) 的压力变化情况”。 3 气压式测试方法的特点 气压式的压力测试方法是直接测量方法，它必需使用内容积充分 东华大学硕士学位论文 第三章服装压力测试硬件系统 大的橡皮球，且橡皮球的厚度过大，对人体曲率半径小的部位( 膝盖、 弯曲的肘，胸部，身体侧面，臀部等) 的测定有困难，而且有伸缩性 的内衣和妇女紧身胸衣等人体压力大的衣服，仅用橡皮球插入也会使 服装变形，所以测出的压力比实际的垂直压力大，很难测出准确的服 装压力。另外，橡皮球内封入的空气量会产生压力的变化，而使用橡 皮的特点不同也会产生压力变化。 二、机械法 机械法测量织物的服装压力主要用于实验室的研究开发中，是属 于间接测量方法，机械式的测试方法的测量原理：是测量弹性织物包 裹在人体模型后，拉平弹性包裹织物的凹陷部分所需要的力。下面介 绍的是机械平衡测量方法、微电子机械电桥平衡法。 1 机械平衡法 机械平衡法的原理 如图3 3 所示，包括以 下几个部分：水平底座 ( 1 ) 、匀质塑料硬管 ( 2 ) 、平衡杆( 3 ) 、砝 码( 4 ) 、加压模具盘子 ( 5 ) 、平横刻度( 6 ) 、 织物夹子( 7 ) ；图3 3 机械平衡法 图中，匀质塑料硬管表面是有着光滑表面的酚醛树脂管，它不仅 能够承受织物因拉伸而产生的压力，而且能够确保织物伸长自如。但 是为了测量织物对平衡杆( 3 ) 的压力，首先要将空心的塑料管挖空 一个已知面积( 为了方便计算织物的受力面积) 的圆洞，由于将平衡 杆和模具盘固定一体，这样平衡杆( 3 ) 的摆动将会受到织物服装压 力的影响。另外，由于平衡杆是由钢制成，为了不受自身重力的影响， ( 3 ) 的扭转点在中心位置，这样在忽略模具盘的重力前提下，可以 1 8 尔华人孚硕十宁忙论文第二章服杖压力测试硬f 1 系统 认为保持平衡时( 4 ) 的砝码的重量即为织物对塑料管的压力。最后， ( 7 ) 可以用来控制织物的伸长率，以改变弹性织物的压力大小。 2 电桥平衡法 电桥平衡法实际上是基于传感器技术的微电子机械法，在取代用 砝码直接读数的基础上，采用电阻应变片式传感器进行间接测量。电 桥平衡测试法的主要是采用应变片传感器作为记录压力变化的载体， 工作原理主要是在被测量非电量( 服装压力) 的作用下，产生一个与 被测量乘正比的应变，然后通过应变片将应变量转换为电阻变化，经 过测量电路以电压( 或电流) 形式输出。如图3 4 所示”，主要出 六部分组成：水平