（服装设计与工程专业论文）整形内衣压力测试系统的开发与应用.pdf

a b s t r a c t a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，t h ek n i t t e df a b r i c sh a v eb e e nw i d e l yu s e di nav a r i e t yo ff i g h t - f i t t i n g u n d e r w e a r , f o u n d a t i o ng a r m e n t sa n ds p o r t s w e a rb e c a u s eo ft h e i rg o o df l e x i b i l i t ya n d e x t e n s i b i l i t y c o n s u m e r si np u r s u i to ff a s h i o na r ep a y i n gm o r ea t t e n t i o nt ot h e i rp h y s i c a la n d m e n t a lh e a l t ha n dc o m f o r ta f t e rw e a r i n g t h ep r e s s u r ec o m f o r to ff o u n d a t i o ng a r m e n t sh a s g r a d u a l l yb e c o m eo n eo ft h em o s ti m p o r t a n ti n d i c a t o r sf o re v a l u a t i o no fw e a r i n gc o m f o r t t h e r e f o r e ，i t sv e r yi m p o r t a n tt oi n v e s t i g a t et h em e t h o d sf o re v a l u a t i n gp r e s s u r ec o m f o r ta s w e l la se s t a b l i s h i n gc o m f o r te v a l u a t i o ns y s t e mf o rf o u n d a t i o ng a r m e n t s i tw i l la l s of a c i l i t a t e t h ed e v e l o p m e n to ff u n c t i o n a lu n d e r w e a r i nt h i sp a p e rap r e s s u r em e a s u r e m e n ts y s t e mf o rf o u n d a t i o ng a r m e n t sb a s e do nv i r t u a l i n s t n n n e n tl a b v l e ww a sd e v e l o p e di no r d e rt om e a s u r et h ep r e s s u r eo ff o u n d a t i o ng a r m e n t s t h es y s t e mc a nm a i n l yb ed i v i d e di n t ot w op a r t si n c l u d i n gh a r d w a r ea n ds o f t w a r e t h e h a r d w a r ec o n s i s t e do fp r e s s u r es e n s o r , s i g n a lc o n d i t i o n i n gm o d u l e s ，t e r m i n a le q u i p m e n t ，d a t a a c q u i s i t i o na n dc o m p u t e r t h es o , w a r ep a r tw a sg r a p h i cp r o g r a m m i n gb a s e do nl a b v i e w a n dc o n f i g u r a t i o no fd a t aa c q u i s i t i o np a r a m e t e r s i nt h eh a r d w a r es y s t e ms i g n a lc o n d i t i o n i n gm o d u l e sw e l ed e s i g n e db a s e do nt h et h e o r yo f a m p l i f i e ra n dp r e s s u r es e n s o rf l e x i f o r c ea 2 0 1 d e v e l o p e db yt e x s c a nu s aw a sc h o s e n , o f w h i c ht h ep e r f o r m a n c ew a sp r o v e dt ob ef i n ea n ds t a b l ea c c o r d i n gt ot h es t a t i cc a l i b r a t i o n d a t a 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 du n d e rt h ew i n d o w sx pe n v i r o n m e n tw i t hv i r t u a l i n s t r u m e n to fl a b v i e wf r o mn a t i o n a li n s t r u m e n tu s a t h eu s e ri n t e r f a c ed e s i g ni s c h a r a c t e r i z e db yp u t t i n gt h es i m i l a ro nt h es a m ep a n e l ，w h i c hi sc o n v e n i e n tf o ru s e r s o p e r a t i o n a sf o rt h ep r o g r a md e s i g n ，i ti sa c c u r a t ea n de f f i c i e n tf o rt h et r a n s m i s s i o no f p a r a m e t e r sb e t w e e nt h ef u n c t i o n a lm o d u l e s m e a n w h i l e , t h es y s t e mw a sa l s od e s i g n e d 、i n l e r r o r - h a n d l i n gc a p a b i l i t i e st op r e v e n td e f e c t so fd a t al o s sc a u s e db ys y s t e mi n s t a b i l i t yd u r i n g t h ep r e s s u r et e s t ，w h i c hi ss u p e r i o rt ot h eo r d i n a r ys y s t e m i na d d i t i o n ，t h es y s t e mc a na c q u i r e s i g n a l sf r o mf o u rc h a n n e l ss i m u l t a n e o u s l ya n dd i s p l a yt h ec u r v ea tt h es a m et i m e g e n e r a l l y , t h es y s t e mh a sb e t t e rm e tt h en e e d so fp r e s s u r em e a s u r e m e n tf o rf o u n d a t i o ng a r m e n t s o b j e c t i v e l y a f t e rt h ee s t a b l i s h m e n ta n de v a l u a t i o no fp r e s s u r em e a s u r e m e n ts y s t e m ，t h ec o m b i n a t i o n o fo b j e c t i v em e a s u r e m e n tw i ms u b j e c t i v ea s s e s s m e n tw a su s e dt oi n v e s t i g a t et h ep r e s s u r e c o m f o r to ff o u n d a t i o ng a r m e n t s t h ee x p e r i m e n to fo b j e c t i v ep r e s s u r et e s tw a sd i v i d e di n t o t h r e eg r o u p s f i r s t ，o nt h eb a s i so fp r e v i o u ss t u d i e sf i v ep r e s s u r ez o n e sc o n t a i n i n gt w e n t y r e p r e s e n t i v et e s t i n gp o i n t sw e r ed e t e r m i n e d t h e n ，b yu s eo fc o n t r o l l i n gv a r i a b l em e t h o d ， i n f l u e n c e so np r e s s u r ec a u s e db yf a b r i c s ，r e l a x e da n ds t r u c t u r e sw e r ed i s c u s s e da sw e l la st h e p r e s s u r ed i s t r i b u t i o n f o rt h es u b j e c t i v ea s s e s s m e n t ，p s y c h o p h y s i c a lm e t h o d sw e r eu s e d t h r o u g ha n a l y s i so fc o r r e l a t i o nm a t r i x ，c o r r e l a t i v i t ya m o n gv a r i o u sp e r c e p t i o n sw a sf o u n d a n dt h ec o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n tb e t w e e nf e e l i n go f t i g h ta n dc o n s t r i c t i n gw a st h eh i g h e s tt h a t s 0 9 0 6 5 i na d d i t i o n ，t h es u b j e c t i v ea s s e s s m e n t sf o ra l lt e s t i n gp o i n t sw e r em a d et h e nt h e w e a r i n gc o m f o r tw a se v a l u a t e dc o m p r e h e n s i v e l y , w h i c hl a y e dt h ef o u n d a t i o nf o rt h e c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nf o rt h ef o u n d a t i o ng a r m e n t s i i a b s t r a c t f i n a l l y , b yc o m b i n gt h eo b j e c t i v et e s ta n ds u b j e c t i v ea s s e s s m e n tr e s u l t s ，t h er e l a t i o n s h i p s b e t w e e nt h ep r e s s u r ea n dw e a r i n gc o m f o r tw a sa n a l y z e dt og e tt h ep r e s s u r er a n g e ，i nw h i c h n ou n c o m f o r tw a sf e l tf o rt h ew e a r e r s t h u s , am o r es c i e n t i f i ca n dp r a c t i c a le v a l u a t i o ns y s t e m o fp r e s s u r ec o m f o r tf o rt h ef o u n d a t i o ng a r m e n tc a nb ee s t a b l i s h e d , w h i c hw i l lp r o v i d ea r e f e r e n c et oo p t i m a ld e s i g no ff o u n d a t i o ng a r m e n t s k e y w o r d s ：p r e s s u r em e a s u r e m e n t , v i r t u a li n s t r u m e n t , s u b j e c t i v ee v a l u a t i o n , f o u n d a t i o n g a r m e n t ，l a b v i e w , p r e s s u r ec o m f o r t l i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人雀导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签名： 三堑煎 日 期： 坐乏：兰：丝 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅，可以将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、汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致 保密的学位论文在解密后也遵守此规定 。 签名：；，务绣导脚：璁鸺 日 期： 第一章绪论 1 1 概述 第一章绪论 随着社会的进步，现代消费者对于服装的要求不仅仅是保暖、时尚或唯美，更在于 舒适的感觉。服装的舒适性已经成为消费者普遍的基本需求。然而，舒适性是一个复杂 且模糊的概念，学者s l a t e r 将舒适性定义为：人与环境间生理、心理及物理协调的一种 愉悦状态【l 2 l 。关于舒适性可更广泛接受的定义是：无痛、无不舒适感觉的一种中性状 态，它主要包含三个潜在的独立感觉因子：热湿舒适因子、触觉舒适因子与压力舒适因 子p j 。压力舒适性作为舒适性三个主要的感观因素之一，尤其是动态压力舒适性，对服 装整体舒适性有着积极的影响。 服装压力指人体着装后，服装形状、重量、尺寸等因素对人体制约时产生的压力1 4 1 ， 主要有两种形式：即服装本身的重力对人体产生压力以及由于服装材料的变形产生张力 从而作用于人体形成服装压力。服装压力舒适性是指在一定的环境和运动状态时人体在 一定的服装压力下能够感到满足的状态。人体不同部位需要的舒适压力具有一定的范 围，并且受到运动状态、心理因素、生理因素等的影响。 服装压力舒适性已经广泛应用于竞技体育用品( 如鲨鱼皮泳装) 、医用纺织品( 如 烧伤病人压力服、绷带) 以及功能性内衣等方面。竞技体育用品穿着时，合适的服装压 力能够满足人体在运动过程减轻疲劳、增强生理机能、同时提到竞技者的水平；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。 特别地，诸如塑身衣或称美体内衣、整形内衣，其塑身的概念不同于以往的文胸、 收腹带，后者仅是局部的调整，而塑身衣则是通过将身体的各部位( 如腋下，腹部、腰 部等部位) 多余的脂肪转移，收拢到合适的位置，使身体凹凸有致，从而达到瘦身美体 的功效【5 1 。 目前市场上的多种塑身衣，大多是由高弹性纤维制成，穿着时紧紧地裹在身上，其 对人体产生的较大压力也是不容忽视的。中国某内衣公司做的一项调查表明，至少有 5 0 的女性对她们的紧身内衣不满意，主要是由于内衣的穿着让她们感到非常不舒适， 束缚人体太紧甚至产生疲劳感【6 】。 因此，如何合理地设计内衣的服装压力来满足人体对压力舒适性的要求以及服装压 力舒适性的评价方法研究，是人们对大部分紧身服装穿着舒适性提出的共同要求。然而， 诸多研究表明人们对压力舒适性的认识、表达和研究还处于起步阶段，远远落后于服装 热湿舒适性方面的研究，对人体各部位压力舒适范围、过压不适的定量化描述等缺乏有 力的数据和可靠的表达。服装压力舒适性研究已经逐渐成为服装舒适性问题的重要内容 之一。本课题在总结前人研究的基础上，以整形内衣( 上衣) 为载体，借助于自行设计 搭建的基于l a b v i e w 虚拟仪器技术的内衣服装压力测试系统，通过主观评价与客观评 价相结合的方法，初步建立整形内衣压力舒适性的评价方法。 江南大学硕士学位论文 1 2 服装压力舒适性的研究回顾 1 2 1 国外服装压力舒适性研究情况 服装压力舒适性的研究最早始于国外，其研究发展可划分为3 个阶段：早期研究( 2 0 世纪5 0 年代7 0 年代) 、中期研究( 2 0 世纪8 0 年代9 0 年代) 以及近期研究( 2 1 世纪 至今) 1 7 。 服装压力舒适性的早期研究始于2 0 世纪5 0 年代，w m 飚r k 等人是最早关注弹性面 料的学者，早在1 9 6 6 年就提出了一种测量人体皮肤在运动时延伸率的方法，并给出了 人体穿着弹性服装时对服装弹性的要求，此方法为后来计算压力与皮肤延伸关系提供了 重要参考【8 】。i b r a h i ms a l i m 在1 9 6 8 年探讨了具有双向拉伸性能的织物制成的保型性服装 的力学性能，并给出了服装压力、服装穿着在人体上的外型轮廓、人体在行走时的震颤 情况的测试方法【9 1 。1 9 7 2 年d e n t o n 指出舒适服装压力的范围为1 9 6 k p a 3 9 2 k p a ，当压 力超过此值时人体各部位会感到不同程度的不舒服【1 0 1 。 由此可以看出，早期服装压力舒适性研究主要停留在服装压力舒适性的定义及产生 压力的生理机制，具体体现者在两个方面：( 1 ) 定量记述压力物理量或通过试验刺激改 变皮肤延伸率；( 2 ) 按压力测量刺激的变化及由之唤起的感觉的生理学量度，即皮肤感 觉的最低阈值。 服装压力舒适性的中期研究始于2 0 世纪8 0 年代，伴随着弹性织物及弹性内衣的兴 起而展开。其研究内容集中在客观穿着压力测量和主观压迫感接受以及两者之间的关系 上，日本的一些高校和研究机构在该领域的研究成果比较突出。 1 9 9 5 年n o r i k oi t o 等人探讨了织物的物理性能( 如：摩擦系数、柔软度、光滑度和 接触感、面料双轴向拉伸、剪切性能、弯曲性能等) 和紧身短裤的穿着舒适性之间的关 系【1 1 1 。1 9 9 8 年t o y o n o r in i s h i m a t s u 等人利用了具有弹性的光纤纤维制成的压力测试仪 测试并评定了男袜的压力舒适性【1 2 1 ，逐渐取代了早期采用的气囊式压力测试方法。 h a r u m i m 、m i y u k i n 等学者研究了紧身弹性织物对人体的压迫舒适性，通过对若干女 性在静止站立条件下进行的心跳速度、血压、表皮血流速度以及应急反应的测试，揭示 了不恰当的服装压力对人体存在着诸多不良影响【1 3 】。 对于舒适阈值的研究，m a k a b e 通过对塑裤压力的研究得出塑裤舒适压力阈值为 4 0 k p a _ 5 3 3 k p a t l 4 1 ，他同时还对女性调整型腹带的压力舒适性进行研究，得出腹带的舒 适性阈值为2 4 6 k p a t l 5 】。 服装压力舒适性的近期研究从2 0 0 0 年算起，研究内容集中在服装压力的现代测试 系统开发以及服装压力对人体生理参数的影响。m a r t i nf e r g u s o n p e l l 等人通过实验客观 评价了美国t e k s c a n 公司开发的f l e x i f o r c e 压力传感器的各种性能指标，发现此压力传 感器能够适应于曲率较小的接触面压力测试，如服装压力【1 6 1 。学者a y am i y a t s u j i 等人通 过使用功率谱的方法分析不同压力的文胸对人体的自主神经系统的影响，得出高压力的 文胸能够显著影响人体的自主神经系统，给人体带来不利的影响。n i l uf e r y l l & z 探讨 2 第一章绪论 了医用压力服的合适压力设计问题，实验比较了在人台模型和真实人体两者问的舒适压 力值的关系【l ”，为医用压力服的设计提供了可靠的参考数据。 近年来，在服装压力朔i 试方法方面也有较多的学者投入其中。例如，2 0 0 7 年韩国 t a ej i n k a n g 等人使用模拟头部假人来研究棒球帽对头部的压力大小与分布，也称为假 人模拟法。其方法是通过制作假人模型并将压力计埋入其中，模拟着装状态从而测得头 部所受的压力大小。其头部模型的测试装置如图1 1 所示，结果发现面料弹性较大的棒 球帽对头部的平均压力较小，且压力分布均匀。 翻黧鬻 图1 - l 模拟头部压力删试蓑王图 f i g1 1p r e s s u r e m e a s u r i n g m a n i k i n 1 2 2 国内服装压力舒适性研究现状 图1 2 头部模型的高压力点 f i 9 1 - 2 t h e h i 曲p r e s s u r e p o i n t so n m 锄i k t h 在国内，服装压力舒适性的研究起步相对较晚，定性或定量研究都比较少。香港理 工大学的李毅教授等围绕人体和服装之间的动态接触力学机制对服装压力舒适性进行 了一些探索和研究，运用弹性力学、有限元等方法，建立了相应的预测模型或三维压力 模型。 2 0 0 2 年，张欣等人分析了人体和服装问的接触特性，在动态接触力学的理论基础上 建立了几何非线性的数学模型，模拟三维女体在穿着紧身服装过程中的动奄服装压力分 布。其数字模拟结果表明，该模型能够比较准确地预测服装在穿着过程中的动态力学行 为唧】。 2 0 0 3 年，李毅等人进一步建立了女体的三维生物力学模型以研究女性胸部与文胸之 问的动态力学接触模型。在该模型中，脚罩被认为是材料线性和几何非线性，人体与胸 罩接触是动态滑移界面，模拟结果与同类文献报道所测的服装压力值相比，具有很好的 预测性“”。 东华大学在服装变形和压力舒适性研究方面也做了大量的研究。1 9 9 5 年，陈南粱教 授对服装压力铡试方法进行了相关研究，通过研究针织物的组织结构分析其对服装压和 包覆弹性的影响【划；张文斌教授等研究了裤装穿着束缚感的相关因子【2 = i ；2 0 0 5 年陈红 绢、李炜教授开发了一套基于虚拟仪器的服装压力测试系统，并将其用于测试针织面料 模拟服用时的压力1 2 4 】。 江南大学硕士学位论文 此外，西安工程科技大学的由芳等人在服装压感方面做了一些探讨，采用气压式传 感器的测量方法研究紧身服装的宽裕量、弹性模量与服装压感的关系，通过分析，选用 服装宽裕率和织物的弹性模量作为指标预测服装的穿着压力感【2 5 1 。徐军教授等人则提出 了基于l a b v i e w 虚拟仪器技术的组建服装压力测试系统的概念【2 6 1 。 青岛大学的师生利用半导体应变式触力传感器，将非电量参数服装压力变换成 电量参数电压，建立服装压力测试装置，通过i c l 7 1 0 7 数模转换器实现模拟信号与 数字信号的转换并在发光二极管( l e d ) 上显示输出，并研究了服装压力与氨纶送丝量 之间的关系【27 1 。 闽江学院的陈东生教授等人研制基于微传感器技术、适用于人体柔性压力测量的感 压元件微气囊( 示意图如图1 3 所示) ，避免了因感应元件厚大而造成测试部位服装压 测试条件的改变，并实现服装压力数据的多点采集与记录【2 引。该测试系统符合人体大多 数着装部位的压力测量，为服装压力舒适性的测试提供了技术支持。 图1 - 3 感压气囊示意图 f i g 1 - 3s k e t c ho f m i c r o a i r b a g 1 3 服装压力舒适性的发展趋势 从国内外的的研究状况来看，虽然服装压力舒适性的研究已经半个多世纪，但至今 仍未形成一套较为成熟的理论体系，值得高兴地是目前越来越多的人开始对服装压力舒 适性问题表现出浓厚的兴趣。由于人是服装穿着的主体，服装压力舒适性研究应当把人 的主观感受作为研究对象，并选择合适的参数将人体主观感受与客观数据有机结合起 来，因此服装压力舒适性的研究必须同人体的生理、心理以及织物物理性能三者有机结 合。 另一方面，目前服装压力舒适性研究局限于宏观研究，即人体外形轮廓及运动使得 服装对人体产生束缚力并由此形成皮肤深层的压迫感。其特点是易于从主观试验表象分 析中找出服装压力与舒适性之间大致的相关关系，但难于挖掘其本质的机制，要研究开 发具有特殊功效、优良舒适性的服装产品，还需要结合服装材料、人体皮肤及软组织的 微观结构和宏观性能的关系，从分子和纳米微观结构进行研究、设计与改进，在纤维、 纱线和织物结构的设计和生产工艺的过程中，在服装结构设计、材料的选择和搭配到生 产制造工艺过程中，进行服装压力舒适性的工程设计与创新。 整形内衣是对人体束缚较紧、包覆面积较大且与人体皮肤直接接触的内衣，因此穿 着整形内衣时极易引起人体的不舒适感，严重时还会对人体产生生理上的危害。本课题 4 第一苹绪论 选择整形内衣作为研究对象，通过压力的客观测试和主观评价，从其面料性能、结构、 放松量等方面综合分析整形内衣的压力分布和舒适性之间的关系，是服装压力舒适性微 观研究的基础，也符合了服装压力舒适性的发展趋势。 1 4 课题研究的意义 在人体工程学中，服装压力舒适性是适合人体需要的第一标志，服装压力舒适性研 究体现了现代服装设计中的自然属性和社会属性的统一。就整形内衣而言，首先必须满 足人体生理要求，设计时必须选择恰当的面料和结构来修饰人体体型，并完善其对人体 的保护和保健功能；社会性的表达是指个性、心理等方面。整形内衣的压力舒适性充分 考虑人的生理和心理因素，对现代内衣设计具有深远的指导意义。 服装压力舒适性的客观评价便是服装压力的测定，其大小直接影响到人体运动自如 和人体的生理机能。然而，先进的服装压力测试系统目前并不多见，尤其是动态压力测 试还处于研发阶段。因此，开发适合于紧身内衣服装的动态压力测试系统势在必行。 整形内衣是指对人体体型具有调节作用的内衣，即针对女性体型不足之处，利用材 料和结构设计达到抬高、支撑和束紧身体的目的。然而，但过大的内衣压力会对人体生 理活动产生一定的影响，导致人体的不适，如使内脏变位，呼吸运动受到抑制，血液循 环受阻等，最后导致各种生理的、心理的及精神上的疾病。因此，整形内衣对人体的压 力必须有一定的限度，其压力设计是制约内衣发展的主要因素，因此内衣压力舒适性是 内衣发展中急需解决的问题。 人体皮肤与服装之间相互作用而产生的皮肤压力方面的舒适性，涉及到服装的基本 特性，却不同于服装的一般属性。它不仅同服装与人体间相互机械作用有关，与织物的 力学性能和表面性能、以及服装的结构也有关。因此，确定一个合适的服装压力范围， 或把服装的压力作为指标来设计内衣服装是非常必要的。 服装压力的大小是评价服装舒适性的重要指标之一，它受到服装材质、服装结构等 众多因素的影响。对服装压力的研究主要通过理论模型的建立和压力测试手段的不断改 进来开展的，先进的服装压力测试系统是压力舒适性客观评定的依据和基础。因此，对 服装压力的客观评价有助于模拟人体生物力学模型的建立，在服装制作前就对其舒适性 和功能性进行全面的预测与评价，从而指导生产，并增强纺织服装企业、纺织服装产品 设计开发商的竞争力。 1 5 课题研究的内容 本课题针对整形内衣，采用f l c x i f o r c e 压力传感器，自行开发基于l a b v i e w 虚拟仪 器技术的服装压力测试系统；然后，以整形内衣为对象，应用此压力测试系统分析面料 性能、围度放松量等因素对整形内衣压力大小及其压力分布的影响，并结合人体穿着实 验的主观评价方法，初步形成整形内衣压力舒适性的评价方法，从而为整形内衣的压力 舒适性的优化设计提供基础数据，增强整形内衣的美体功能同时减少对人体的危害。 5 江南大学硕士学位论文 1 5 1 整形内衣压力测试系统的构建 首先，通过介绍传统服装压力测试方法、工作原理以及测试的优缺点，分析理想的 服装压力测试系统的配置。其次，侧重于“基于l a b v i e w 虚拟仪器技术的服装压力测 试系统 的构建。其具体研究步骤为： ( 1 ) 选择合适的压力传感器，最大程度地满足整形内衣服装压力的测试要求； ( 2 ) 设计信号调理模块，实现微弱的压敏信号的放大和滤波处理，完成信号的预 处理；进行l a b v i e w 软件系统的编程，数据采集卡的配置，通过s c c 6 8 接线设备将 信号以输出电压的形式采集并显示在前面板上，从而实现了多通道的数据采集、数据保 存、实时显示以及动态服装压的测定； ( 3 ) 系统的标定和可重复性验证试验，使用砝码完成系统的标定，为后面的整形 内衣的客观压力舒适性评价做好准备； 1 5 2 整形内衣压力舒适性评价方法研究 本课题以常见的女式整形内衣为研究对象，对整形内衣的压力舒适性分别进行客观 和主观评价测试。首先，内衣压力的客观评价，选取具有代表性的压力测试点进行测试， 分析面料性能、围度放松量等因子对各部位的服装压力大小与压力分布的影响。 其次，内衣压力的主观评价，通过设计一组服装穿着实验，以问卷调查的形式，分 析各种穿着感觉特征之间的相关关系，并对人体各部位进行压力舒适性的主观评定。 最后，将客观测试和主观评价的实验结果想结合，分析人体无不舒适感的压力范围， 初步形成整形内衣服装压力舒适性的评价方法。 6 第二章整形内衣压力测试硬件系统 第二章整形内衣压力测试硬件系统 在整形内衣的压力舒适性研究中，压力的客观测试尤为重要，它能够反应出面料性 能、服装结构、放松量等因素变化而带来的压力变化，还可以建立起服装与人体生理指 标之间的联系，从而指导企业科学地设计、生产并能满足不同压力需要和功能的整形内 衣，也指导消费者科学地选购与穿着合适的服装。 由于人体体表曲面的复杂性及人体运动的生理、物理变化的复杂性，给服装压力的 测量带来了不小的困难f 2 9 】。本课题在分析传统服装压力测试方法的优点和不足的基础 上，搭建基于l a b v i e w 虚拟仪器技术的整形内衣压力测试的硬件系统，为整形内衣压 力舒适性的精确与深入研究提供可能。 2 1 传统的服装压力测试方法 服装压力的测量是服装压力舒适性客观评定的依据和基础【3 0 1 。综合国内外的服装压 力测量方法和手段，服装压力的测量方法有直接测量和间接测量两种方法，如表2 1 所 示。 表2 - 1 服装压力测量方法 t a b 2 - im e t h o do f c l o t h i n gp r e s s u r em e a s u r e m e n t 2 1 1 直接测量法 常见的直接测量法有气压法和电阻法。气压法主要有水银压力计法和指针压力计法 两种p 。气压法的两种装置示意图如图2 1 所示。 水银压力计( 或水压力计) 是传统服装压力测试比较常用的仪器，图2 1 ( a ) 中椭圆 形橡胶小球长约5 c m ，宽4 c m ，厚度约4 c m ，其受感面积约2 0 c m 2 ，用橡皮管将橡胶球 和u 形水银压力计连接起来。水银压力计的工作原理是：通过测试部分的橡胶小球的受 压变化，使管内空气压强与大气压产生差值，压强差的读数通过水银柱或压力计读出。 指针压力计是另一种气压式测试仪器，常用于弹力卫生性纺织品( 如卫生袜，绷带) 的压力测试【3 2 1 ，测试装置如图2 1 ( b ) 所示。仪器主要由橡胶小球和指针压力计组成，两 者用软管连接，小球和软管套在透明塑料管内。在压力测试前，先将小球放在弹性纺织 品与人体之间，小球内气压可达到2 6 6 k p a ，小球可以在纺织品与人体间缓慢地移动。 气压法压力测试装置的优点是测试方法比较直观且成本较低，其缺点是使用的压力 传感器一橡胶小球内容积较大，其厚度也较大，对人体曲率半径小的部位( 如膝盖、 胸部、臀部等) 的测定有一定的困难。对于弹性较大的塑身内衣，仅用橡胶小球的插入 便会使服装发生变形，测出的压力比实际的垂直压力偏大，很难获得准确的压力值。此 7 些堕叁堂塑兰堕堡兰 外，橡胶小球内封入的空气量也会产生压力的变化，而使用橡皮的特点不同也会影响测 得的压力值。因此，此装置只适用于部分人体部位且测试精度不高的服装压力测试。 ( a ) 水银压力计蓑置囤( b ) 指针压力计装置图 图2 - l 气压法的两种装置示意图 f i g2 - lt w ok i n d s o f s c h 啪a t i c d i a g r 啪s o f p n e u m a t i c p r o c 岛$ 为了减小气压法测试装置中传感器的厚度和大小，弥补其缺点，便出现了使用应变 片式压力传感器的方法，即电阻法测量服装压力。其测量原理是：先将带有电阻应变片 的传感器放置在服装与人体之自j ，服装压的存在使得电阻应变片发生变形，进而其电阻 发生变化，再通过相关模块( 如双臂电桥或放大电路) 把压力的变化作为电阻的变化检 测出来。 电阻法测试服装压力的优点足测试装置体积相对较小，传感器重量轻，且测试结果 相对稳定，其缺点在于测试时受人体表面的曲率、织物力学性能等外部条件影响较大， 漂移值较大，且局限于静态服装压力测试。 2 1 2 间接测量法 常见的间接测量法是理论计算法，其原理是通过测试月装在某个方向上的拉伸力或 者拉伸伸长柬汁算面料施加给人体的压力值。学者k j r k 和l b r a h i m 早在1 9 6 6 年就给出 了人体压力p 、织物的张力( 拉伸力) t 以及人体受压部位皮肤表面的曲率半径旯三者 的转换公式i ，如式21 所示： 一nn 2 面+ 一r v 式2 1 式中，p 为人体所受压力，r 为织物的张力，胄为人体帽关部位的曲率半径，片表 示水平方向，v 表示垂直方向。 从以上几种服装压力测试方法，可以得出适用于测量服装与人体皮肤接触面产生压 力的理想仪器应该具有以下特征： ( 1 ) 感应元件压力传感器轻薄且易于放置在贴身农物和皮肤之问，易于弯曲 且能比较准确地完成曲面压力的测量； ( 2 ) 系统能够同时进行多点的压力测试，并连续输出测试结果，数据采集速度快， 采集精度高； ( 3 ) 系统具有自动处理错误功能，避免因系统错误而导致所有数据丢失的缺限； 第二苹整形内衣压力测试硬件系统 针对以上要求，论文开始搭建基于l a b v i e w 虚拟仪器技术的服装压力测试系统， 尽可能地满足服装压力测试的所有要求，同时获得更准确的压力测试值。 2 2 基于l a b v i e w 虚拟仪器的服装压力测试硬件系统 2 2 1 虚拟仪器与现代测试系统 随着微电子技术、计算机技术、通信技术、网络技术的不断发展，新的测试理论和 测试方法不断涌现。习惯地，把具有自动化、智能化、可编程化等功能的测试系统称为 现代测试系统【蚓。它包含三个主要方面：智能仪器，自动测试系统，虚拟仪器。 智能仪器的仪表中含有微处理器、单片计算机或体积很小的微型机，即内含微处理 器的仪器或基于微型机的仪器，因其功能丰富且灵巧而得名。智能仪器通常具有自动校 准功能、简单报警功能，量程可自动切换并具有操作面板和显示器等。 自动测试系统始于2 0 世纪7 0 年代，般包含四个组成部分：微机或微处理器，被 控制的测量仪器或设备，接口，软件。其中，微机是系统的核心，在软件控制下，微机 控制整个自动测试系统的正常运转，并对测量数据进行某种方式的处理，如计算、变换、 数据处理、误差分析等，最后将测量结果通过打印机、显示器等方式输出 3 3 。 随着计算机技术的高速发展，计算机技术与测试系统的有机结合，新的测试仪器已 经突破了传统仪器的概念，测试仪器的功能和作用也发生了质的变化。在这种背景下， 美国国家仪器公司n i ( n a t i o n a li n s t r u m e n t ) 在2 0 世纪8 0 年代最早提出虚拟仪器( v i r t u a l i n s t r u m e n t ) 的概念【3 5 1 ，提出“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。 与传统仪器相比，虚拟仪器具有以下优点： ( 1 ) 仪器功能可由用户自己定义传统仪器的功能是供应商定义的，用户不可 更改；而对虚拟仪器，当用户的测试要求变化时，用户可以方便地增减软件模块，或重 新配置系统以满足现有系统的测试要求，系统开放灵活。 ( 2 ) 速度和可靠性提高对于传统仪器，在测试过程中人工干预较多，操作容 易出错，测试的速度和稳定性也难保证；而虚拟仪器把仪器的部分软件化并封装成模块 以供调用，实现了软件的即插即用，用户可以通过友好的用户界面调用不同的软件模块 来实现不同的测试功能，提高了测试的速度和稳定性。 ( 3 ) 数据可以进行编辑、存储和打印传统测试设备一般需要人工记录测试数 据，而基于虚拟仪器的测试设备得到的数据将会实时、直接地通过计算机总线，传输到 计算机的内存或硬盘供分析使用。 ( 4 ) 基于软件的结构体系可大大节省开发费用，降低仪器成本传统测试仪器 性能的关键是硬件的质量，开发维护费用都较高，技术更新周期长；虚拟仪器的关键是 软件，开发维护费用低，技术更新周期短。此外，虚拟机器通过软件将计算机硬件资源 与仪器硬件有机结合为一体，从而把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量、控 制能力结合在一起，大大缩小了仪器硬件的成本和体积。 9 江南大学硕士学位论文 目前，虚拟仪器的使用仍然集中在自动控制和和工业控制领域，但将其用于纺织服 装领域，必将带来巨大的影响，因为它代表着测试仪器发展的最新方向和潮流，必将促 进纺织工业的进步。 2 2 2 整形内衣压力测试硬件系统的结构形式与工作原理 由于本系统用于服装压力的测试，服装压力是一个随着时间波动的参量，因此系统 选择p c d a q ( 计算机数据采集卡) 型虚拟仪器的构成形式，是一种以数据采集卡、 信号调理电路及计算机为仪器硬件平台组成的插卡式虚拟仪器系统【3 6 】。其优点是能够完 成对多点、多种随时间变化参量的快速、实时测量，并能排除噪声干扰，进行数据分析、 信号处理，由测得的信号求出与研究对象有关的量值或给出其状态的判别。p c d a q 型 的基本结构框图如图2 2 所示： 被测参量1 被测参量2 被i 贼参量n i 压力佶感器i - 一信号调理梗块lf - d a q输 叫压力信感器2h 信号调理模块2 卜 数 出 据 母 显 采 集 不 打 卡 印 叫压力传感器n ， 信号调理模块1 1 一 图2 - 2p c - d a q 型基本结构框图 f i g 。2 - 2b a s i cs t r u c t u r ed i a g r a mo fp c d a qt y p e 本课题搭建的服装压力测试系统的工作原理：利用f l e x i f o r c e 压力传感器作为探测 器，经过信号调理模块( 放大电路和滤波电路) 将压敏电阻变化信号转换成电信号，进 而通过接线设备和多功能数据采集卡d a q 将信号输入计算机，进而利用计算机对数据 进行分析、处理和显示。该系统的构建将计算机与测试系统融为了一体，其工作流程图 如图2 3 所示： 信号调理模块 l 压力传感器卜， l 放大电路i 接线设备hd a q 板- ri l 谵波电路 i 图2 - 3 系统工作流程图 f i g 2 - 3s y s t e m sf l o w c h a r t 2 2 3 系统硬件的配置 根据图2 3 所示的系统工作流程图中的各个组成部件，对系统硬件的参数逐个进行 配置： ( 1 ) 压力传感器一由于服装压力存在于贴身衣物与皮肤之间，人体皮肤表面的 曲率复杂多变的，因此理想的服装压力传感器需要具备以下几个特点3 7 】： 1 0 第二章整形内农压力测试硬件系统 量程由于人体着装压力一般在19 6 k p a 一下，通常不会超过1 0 k p a ，因此压 力传感器的最大测试量程应该约为1 5 k p a ； 外观性能传感器必须很薄，厚度不超过l m m ；具有较好的柔韧性且易于弯 曲，测试时，能够紧密贴台体表的曲率变化，不引起服装的额外变形； 受感区域传感器的感应面积应该是可调的，并且对于不同的测试区域有最优 的感应面积： 连续测试人体在静态或运动时，传感器均可