（纺织工程专业论文）基于labview虚拟仪器袜品压力测试系统开发及应用.pdf

东华大学硕士学位论文摘要 基于l a b vle w 虚拟仪器袜品压力测试系统开发及应用 摘要 袜子作为一种脚部的保护与装饰品，已经俨然成为了人们生活的 必需品。袜子在穿着和使用过程中所表现出来的一系列性能，即袜子 的服用性能，比如舒适性、保养性、耐用性和外观等，直接关系到广 大消费者对袜子的需求与购买。服装舒适性成为近几年的研究热点， 做为服装的一个重要分支袜子，其舒适性包括热湿舒适性及压力舒适 性等，袜压这一因素是袜子压力舒适性的主要指标，而袜压的测试方 法和手段直接影响到人们对袜子舒适性的客观研究和评价。国内现有 的关于袜子的标准主要就是袜子f z t 7 3 0 0 1 2 0 0 4 ) ) ，该标准未涉及 到压力舒适性及测试方法，因此，如何通过检测，客观地获得袜压的 评判指标，对袜子舒适性研究和开发功能性卫生袜有着非常重要的理 论和实际意义。 本文自行搭建、开发了一套基于l a b v l e w 虚拟仪器的袜品压力测 试系统，并用该系统进行了袜压测试，旨在探讨袜品压力测试的新方 法。系统包括硬件平台的搭建和应用软件的开发两部分。在硬件平台 上，选用美国t e s c a n 公司生产的f l e x i f o r c ea 2 0 1 型压阻式压力传 感器，该传感器具有轻便、可挠、薄片且灵敏的特点，通过实验标定 的方法对传感器的静态指标( 线性度、灵敏度、迟滞性等) 进行了可 行性实验，经研究分析发现该传感器在袜压测试上是可行的，并自行 东华人学硕士学位论文摘要 制作高性能的恒压源电路对传感器进行激励和运放。通过实验比较了 使用与未使用高精度调理模块s c x i 处理前端信号，得出结果是使用 s c x i 调理模块使输入输出关系更加准确、直观。在应用软件开发上， 利用图形化语言( 既“g 语言) l a b v i e w 开发了可对仪器进行操作 的系统应用软件，包括数据的采集、分析、保存、回放等功能。 文中同时还介绍了传统服装压力测试仪器的类型、工作原理及特 点。与传统的测试方法相比，基于l a b v i e w 虚拟仪器的袜品压力测试 系统具有界面清晰、易于开发和操作、开发费用低等的优点，因此在 测量袜品压力等纺织领域有着广阔的应用前景。 最后，还用此系统测量了静态时袜子作用于石膏脚模上不同部位 的袜压，得出了袜口部位作用产生的压力要较其它部位的高，在研究 袜子压力舒适性时袜口部位的袜压要特别重视，并结合理论公式进行 分析；同时，还用此系统测量了静态时在同一部位、同一伸长率情况 下袜子作用于石膏脚模和实际人脚的袜压，发现两种情况下袜子套在 石膏脚模的压力要比套在实际人脚上的压力大，并进行原因分析；另 外，建立袜口作用于腿部压力的物理模型，通过模型分析建立了袜口 对腿部理论计算式，进行了袜压理论计算，并与用该系统实测袜压值 进行比较，结果是理论计算值要比实测值来得小。 关键词：l a b v l e w ，袜压，虚拟仪器，f l e x i f o r c e 传感器，软件开发 东华大学硕士学位论文摘要 d e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no f t h es o c k - p r e s s u r em e a s u r e m e n t s y s t e mb a s e do nl a b v i e w v i s u a li n s t r u m e n t a bs t r a c t s o c k sh a v ea l r e a d yb e c o m ep e o p l e sd a i l yn e c e s s a r i e sa s o n ek i n do ff o o tp r o t e c t i o na n da d o r n m e n t s o c k s w e a r a b i l i t y , w h i c hs h o w si nt h e p r o c e s s o fa p p a r e la n du s a g es u c ha s c o m f o r t ，m a i n t e n a n c e ，s e r v i c e a b l e n e s sa n da p p e a r a n c e ，h a s b e e nd i r e c t l yr e l a t e dt ot h ee x t e n s i v ec o n s u m e r s i n t e r e s t i n go f n e e da n dp u r c h a s e c l o t h i n g - c o m f o r tr e s e a r c hb e c o m e sh o ti n r e c e n t y e a r s s o c ki s a ni m p o r t a n tb r a n c ho fc l o t h i n g ，i t s c o m f o r ti n c l u d eh o t 一，w e t - ，p r e s s u r e c o m f o r ta n ds oo n t h e f a c t o ro ft h es o c k p r e s s u r ei st h em a i ni n d e xo fs o c k - c o m f o r t ， a n dt h e t e s t i n gm e t h o d a n dm e a n so fs o c k p r e s s u r ew i l l d i r e c t l yi n f l u e n c ep e o p l et or e s e a r c ha n de s t i m a t es o c k c o m f o r t d o m e s t i cs o c k - s t a n d a r dm a i n l yi s ”s o c k f z t 7 3 0 01 - 2 0 0 4 ，b u t t h i ss t a n d a r dh a sn o ti n v o l v e dt ot h ep r e s s u r e - c o m f o r ta n di t s t e s t i n gm e t h o d t h e r e f o r e ，h o wt og a i ns o c k p r e s s u r ei n d e x t h r o u g ht e s t i n go b j e c t i v e l y ，h a sv e r yi m p o r t a n ta c a d e m i ca n d a c t u a ls i g n i f i c a n c et ot h es o c k - c o m f o r tr e s e a r c ha n dt ot h e d e v e l o p m e n to ff u n c t i o n a lh y g i e n es o c k i i i 东华大学硕士学位论文摘要 t h i s p a p e r b u i l ta n d d e v e l o p e d a s o c k p r e s s u r e m e a s u r e m e n ts y s t e mb a s e do nl a b v i e wv i s u a li n s t r u m e n tb y m y s e l fa n dt r i e dt ou s et h i ss y s t e mt ot e s ts o c k - p r e s s u r e t h e p u r p o s e w a st o e x p l o r e an e wm e t h o do n s o c k - p r e s s u r e m e a s u r e m e n t t h i ss y s t e mh a st w op a r t s ：h a r d w a r eb u i l d i n g a n ds o f t w a r e d e v e l o p m e n t f o r h a r d w a r e b u i l d i n g ，t h e f l e x i f o r c ea 2 01 t y p e s e n s o rp r o d u c e d b ya m e r i c at e s c a n c o m p a n yw a ss e l e c t e dt ou s e ，w h i c hi s at h i n ，f l e x i b l ea n d s e n s i t i v es e n s o r i tw a sf o u n df e a s i b l ei nt h e s o c k p r e s s u r e t e s t i n gt h r o u g ha ne x p e r i m e n t w h i c hw a st or e s e a r c ha n d a n a l y z et h es t a t i cs t a t ei n d e xo ft h es e n s o r ( 1 i n e a r i t yd e g r e e ， s e n s i t i v e n e s s ，h y s t e r i c s ，e t c ) ah i g h - p e r f o r m a n c ec o n s t a n t v o l t a g es o u r c ec i r c u i tw a su s e dt oe x c i t ea n da m p l i f yt h es e n s o r t h eh i g h p r e c i s i o n c o n d i t i o n i n gm o d u l ew a si n t r o d u c e d t o p r o c e s st h ef r o n ts i g n a l ，w h i c hm a k e si n p u ta n do u t p u tm o r e a c c u r a t ea n dm o r ep e n e t r a t i n gf o u n di na ne x p e r i m e n tt h a tu s e d a n dn o tu s e ds c x i f o rs o f t w a r e d e v e l o p m e n t ，g r a p h i c l a n g u a g el a b v i e w ( a l s oc a l l e d g l a n g u a g e ) w a su s e dt o d e v e l o pt h ea p p l i c a t i o ns o f t w a r e ，t h r o u g hw h i c ht h ei n s t r u m e n t c a nb e o p e r a t e ，t h es o f t w a r ei n c l u d e st h e f u n c t i o n so fd a t a a c q u i s i t i o n ，a n a l y s i s ，s a v ea n dr e a p p e a r a n c e t h i sp a p e ra l s oi n t r o d u c e dt h et y p e ，t h eo p e r a t i n gp r i n c i p l e i v 东华大学硕士学位论文 摘要 a n dt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft r a d i t i o n a li n s t r u m e n to f c 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 c o m p a r e dt o t h et r a d i t i o n a l i n s t r u m e n t ，t h es o c k p r e s s u r em e a s u r e m e n ts y s t e mb 砖, e d o n l a b v i e wv i s u a li n s t r u m e n th a st h ec h a r a c t e r i s t i c 嗲s 、u c ha s c l e a n e ri n t e r f a c e ，e a s i e rt od e v e l o pa n dc o n t r o l ，a n di , o w e tf e e o fd e v e l o p m e n t t h e r e f o r e ，i th a sv a s ta p p l i c a t i o np r o s p e c ti n t e x t i l ef i e l ds u c ha ss o c k p r e s s u r em e a s u r e m e n t i nt h ee n d ，t h i ss y s t e mw a su s e dt om e a s u r es o c k p r e s s u r e o fd i f f e r e n tp o s i t i o n so ft h ep l a s t e rm o d e lw h i c hs o c ka c t e do n a n df o u n dt h a tp r e s s u r ea c t e do ns o c k t o pp o s i t i o ni s h i g h e r t h a n a n y o t h e rp o s i t i o n s ，s o e s p e c i a l l yi m p o r t a n ts h o u l db e a t t a c h e do nt h ep r e s s u r eo fs o c k t o pp o s i t i o nw h e nr e s e a r c h i n g s o c k - p r e s s u r e c o m f o r t c o m b i n e dw i t ht h e o r y sf o r m u l a ，t h e s e s o c k - p r e s s u r e s o fd i f f e r e n t p o s i t i o n s w e r e a n a l y z e d a l s o ， d i f f e r e n ts o c k - p r e s s u r e sw e r em e a s u r e d ，w h i c hs o c ka c t e do n t h ep l a s t e rm o d ea n do nt h ea c t u a lf o o tm o d e lu n d e rt h es a m e p o s i t i o n a n dt h es a m ee l o n g a t i o nr a t e ，a n df o u n dt h a tt h e s o c k - p r e s s u r ew h i c ha c t e do np l a s t e rm o d ew a sh i g h e rt h e nt h a t a c t e do na c t u a lf o o t ，a n dt h er e a s o n sf o rt h a tw a sa n a l y z e d i n a d d i t i o n ，ap h y s i cm o d e lo fs o c k p r e s s u r e ，w h i c hs o c k t o p a c t e do nt h ef o o t ，w a sb u i l t ，a n daf o r m u l aw h i c hc a l c u l a t e dt h e s o c k p r e s s u r e w a sw r i t t e n b ya n a l y z i n g t h a tm o d e l t h e v s o c k p r e s s u r e sc a l c u l a t e db yt h ef o r m u l aa n dt h o s em e a s u r e d b yt h es y s t e mw e r ec o m p a r e d ，a n df o u n dt h a tt h es o c k 。p r e s s u r e c a l c u la t e db yt h ef o r m u l ai sl o w e rt h a nt h a tm e a s u r e db yt h e s y s t e m p o s t g r a d u a t e ：w a n gy u a n h u a n ( m a j o r ：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 y ：p r o f l o n gh a i m k e yw o r d s ：l a b v i e w , s o c k p r e s s u r e ，v i r t u a l i n s t r u m e n t ， f l e x i f o r c es e n s o r ，s o f t w a r ed e v e l o p m e n t v i 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己经发表或撰写过的 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： ，、之 砂汐恹 日期：- 刁年 。厶月 7 日 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。 本学位论文属于 学位论文作者签名： 日期：诈1 1 月c f f j 保密口，在年解密后适用本版权书。 不保密 方誊埃指导教师签名：凇f 孙 吼垆2 ，月加 东华大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 袜子可以起到脚部的保温、保护皮肤和保持脚部清洁的作用，还可以做装饰 品。随着人们生活水平的提高，对服装舒适性的要求也越来越高，服装舒适性日 益成为现代消费者需求的主要特性之一。袜子是服装的一个重要分支，人们对袜 子的舒适性要求也与日俱增。关于对袜子舒适性的关注和研究也成为一个热点， 其主要包括压力舒适性和热湿舒适性，而压力舒适性中最关键的指标就是压力。 1 1 袜压的理解 袜子的压力舒适性是袜子舒适性一项重要的指标。袜子压力舒适性是一个包 括物理、生理、神经生理以及心理过程。有关袜子压力舒适性的可能物理因素包 括袜子的合体性、小腿和脚表面的几何形状，皮肤和皮下软组织的力学性能以及 袜子面料的力学性能( 主要是各项弹性性能) 等因素。研究发现，与袜子压力舒 适性相关性较高的是袜子对于小腿部和脚的压力，即袜子压力，本课题中用单位 面积上所受到的压力值，即压强来表示。 从袜子压力产生来分析，主要是皮肤与袜子在静态或动态接触时，由于袜 子的变形( 拉伸、弯曲等引起的) 以及动态时相对于皮肤产生滑移( 如剪切、 压缩) ，导致袜子产生内应力，对人体接触部位产生束缚力，使人感受到袜子 的压力；另外，由于袜子自身的重量，在水平方向上与人体接触部位也会产生 压力，这个压力值一般很小，在研究分析中通常忽略不计。 1 2 国内外关于袜压的历史研究及现状 关于袜子的穿着性能表述前后主要分两个阶段n 3 ，前一阶段主要以袜子的几 何尺寸( 如长度等) 为主，后一阶段主要以物理指标( 如延伸值等) 为主，划分的 依据是弹性袜出现与否。前一阶段测量袜子尺寸很简单。将袜子平摊在桌子上， 从袜头至袜跟两端测量其长度，所得数值即是袜子的英寸长度( 2 5 4 m m ) 。1 9 6 1 年，为了提供弹力袜的测量方法，袜子制作协会( n a h m ) 发布一种新的标准， 即依据袜头、袜跟可能拉伸的最大长度来测定袜子尺寸。上述两种标准都仅依据 东华人学硕士学位论文第一章绪论 袜子长度测定，而对袜子宽度则未加考虑。两种方法中没有一种能可靠地断定一 种袜子能否适合某种脚型。六十年代初期，r e n f r o 公司开始研究通过不同途径以 求改进袜子尺寸的测量方法，通过测量人脚，从中发现某种袜子适合于某种脚 型，同时发现袜子长度并非决定合脚的唯一因素，袜宽也是重要因素，其他如线 圈密度和纱线润滑性等因素同样也影响到袜子尺寸。这样，关于袜子的穿着性能 就进入了后面一个阶段，随之出现了横向延伸值口1 等指标，出现了各种测横向延 伸值的方法：手拉法和横拉仪测定。近几十年来，随着人们生活水平的提高，对服 装舒适性要求越来越高，作为服装一个分支的袜子综合性能及舒适性也随之“热 起来，出现了比较全面的关于袜子穿着综合性能的研究口4 1 ，关于袜子压力舒适 性的研究是目前的热点。 在国内，虽然服装压力舒适性的研究已经开始并取得相当的成就，比如西 安工程科技学院曾经针对运动长裤、弹力背心等对服装压力的主、客观影响因 素进行过研究陆6 1 ，并建立了一种人工神经网络，通过设计一组服装穿着实验， 在进行主观评价服装穿着感和舒适感的同时，测量了每位服装穿着者一定部位 的穿着压力、服装材料的拉伸率和服装的宽裕率口1 。北京服装学院采用美国 t e k s c a n 开发的e l f 服装压力测试系统，对青年女性内衣小样本压力进行研 究馏1 ，香港理工大学在动态服装压力的测量方面有一定的研究。但是，国内专 门对袜压进行研究的还很少，大部分在研究一些医用袜子等功能袜中出现，比 如，西北纺织工学院沈大齐、竺素丹的医用弹力袜的压力设计m ，益萍的糖尿 病袜子的最新研究n 们等；另外在研究袜子性能时也顺代提了一下袜压，比如天 津工业大学郭虹等对袜子服用性能评价指标研究中就提到袜子压力嘲。 在国外，近期，国际上特别是日本的学者进行了较多的研究n h 5 1 ，k a z u y a 等人n 幻研究并讨论了内衣舒适和内衣压的关系；n o r i k oi t o 等人n 3 1 和h a r u m i m o r o o k a 等人1 探讨了织物的物理性能和紧身短裤的穿着舒适性之间的关系； a y a k oi n a m u r a n 朝等人研究了紧身短裤的穿着舒适性与织物的物理性能之间的 关系。m a r k s n 6 1 用一弹性材料制作的带子围在身体的某一部位并拉伸，从而估计 出不舒适压力的最低限度，并对舒适的程度进行判断，他们发现如果起初有些 不适，一段时间后就会感觉好些；如果起初非常不适，那么随着时间的推移就 会变得无法忍受。不舒适的临界压大约为7 0 9 m 2 ，它与皮肤表面毛细血管的血 东华大学硕士学位论文第一章绪论 压平均值8 0 9 m 2 相接近。z h a n g 等人n 7 1 对服装压力舒适性丌展了一系列理论研 究，在三维人体几何模型的基础上，建立了一系列三维力学模型来描述人体及 服装的动量平衡，建构方程及接触力学模型。在这个模型中，人体假设为一个 钢体而服装视为弹性薄膜，通过定义三维人体和服装的数字结构，材料力学属 性，接触力学模型，边界条件和初始条件，该模型可以计算出服装内部的应力一 应变动态分布和变化，皮肤和软组织的应力应变动态分布和变化。这个模型已 用于模拟紧身穿着过程中的服装压力分布的变化。l i 等人“8 。2 1 1 研制了一个新的 生物力学模型来描述和模拟穿着运动文胸时的服装压力和应力一应变分布，该模 型具有较好的预伙- u 月匕k 力。为模拟人体以测定接触压力。最近有人采用柔软人体 模型为女体下躯干的尺寸，模型包括全尺寸骨骼，模拟人体柔软组织及皮肤，该 组织由不同模量的聚氨酯泡沫制成类似于人体各部分的组织，用硅橡胶来模仿 皮肤。此方法主要根据服装对人体和模型的压力相关性，通过线性方程来评价 服装的压力舒适性，而无需用真的模特瞳引。在袜压研究上，t o y o n o r in i s h i m a t s u 等人乜3 3 利用了具有弹性的光导纤维制成的压力测试仪，测试并评定了男袜的压 力舒适性。m o m o t u 等乜町研究了日本妇女长筒袜造成的服装压力，测量了穿着这 种袜子时的服装压力和人的感觉反应情况。他得出结论，为了设计不松不紧舒 适的长筒袜，有必要保证以下几点：袜长必须能足以盖住小腿上部；脚踝处的 线迹和式样能够方便地跟上腿部的活动；在休息站立时小腿部的压力应在 6 6 6 5 p a 一1 3 3 k p a 范围内。h o m a t m 等乜明报告了一项穿着日本男式袜的服装压 力的研究，通过测量人脚上袜子的压力和脚模型的袜子压力，发现袜子在人脚 ! i 的压力比脚模型上测量的压力要小，受试者报告了感觉舒适性的压力大约为： 上部1 3 3 k p a ，踝部6 6 6 5 p a 1 3 3 k p a 。 1 3 袜品压力的测试方法 关于服装舒适性研究始于2 0 世纪4 0 年代，对于袜子压力的研究迟些，且刚开 始主要是以开发功能性袜子为主，如防护弹力袜、医用袜一们等，也有研究女性 长统袜压力的乜6 1 。近几年，有人开始研究以舒适性为主的袜子压力叼1 。做为服装 一个重要分支的袜子，理论上用于测服装压力的方法均可以用来测袜子的压力。 东华大学硕士学位论文第一章绪论 1 3 1 传统测试方法 综合国内外发展，虽然存在一些研究利用纯粹的主观评定方法来描述压力大 小，但大多数研究还是以客观测量为主要压力测试方法。传统的客观测试方法一 般分为间接测量法和直接测量法，间接法的最典型代表就是e h k i r k t 2 8 】等人提出的 理论计算公式，而基于气压的、机械的以及压力传感器测量应力原理的服装压力 测试方法是直接在人体上测出服装压的大小。目前常用的测试方法有以下几种： ( 1 ) 气压法。气压式压力测力计嘲是运用较多的一种服装压力测试方法，多用在 弹力卫生性纺织品对人体压力的测量，例如，测量卫生袜以及医用绷带对人体产 生的压力。它的主要原理( 如图卜1 ) 是通过测试接触面积约2 0 c m 2 扁平的椭圆形 橡皮球受到不同的压力，从而使管内空气压强与大气产生差值，橡皮球的一端连 接橡皮管，另一端连接u 型水银压力计或斜面水银压力计，压强差的读数通过水 银柱或压力计读出。 2 5 0 2 0 0 1 5 0 1 0 0 5 0 o 胍力计 图卜l 气压法原理 此方法的特点为：操作简单，但准确度将受到操作人员和人体的影响。同 时，这种方法必须使用内容积充分大的橡皮球，橡皮球厚度过大，对人体曲率半 径小的部位测定有一定的难度，而且仅用橡皮球插入也会使服装变形，很难准确 测出服装的压力，因受压部位橡皮球( 5 c m x 4 c m xl c m ) 的插入会产生服装变形， 橡皮球内封入的空气量会产生压力的变化，又由于橡胶球的放入，橡胶球不能很 好的紧贴人体的皮肤，会使测量结果与实际有所偏差。另外，对于动态服装压测 量比较困难。 ( 2 ) 石膏法。本测定法啪3 ，如图1 - 2 。适用石膏做测定部位的模型，模型的顶部 要做的平一点，然后打孔，贴感压器材，测定模型上的衣服施加的压力，所以 东华大学硕十学位论文第一章绪论 叫做间接测定法，间接测定法的顺序是，首先在不用测服装压的部位盖上弹性 尼龙罩，并用圆形图章法或直接用手做记号，然后在上面贴石膏做模型，如此 做法可以在桌子上再现受垂直压力的体表面的形状，这时，在石膏模型上也用 圆形图章做记号。为了测定垂直压力，桌子上放平测定部位的模型，贴感压器 材，软线，绝缘电线从模型内部引到外边。剪掉前述弹性锦纶布上盖章的部分， 盖在石膏上面，对准石膏和布的盖章部分，这样做，布就会在石膏上面向四面 拉长，可以再现人体表面产生服装压力的状态。垂直压力可以用感压器材料测 定。 石膏 检测器 织物 图卜2 石臂法原理 此方法的特点为：可以侧出接近穿衣时的自然服装压力值，但石膏模型的 制作较麻烦；不可能把握连续的动作引起的服装压力变化；不可能根据测定目 的或条件直接使用。 ( 3 ) 传感器法。为了弥补气压法的缺点，有必要减小检测器的厚度和大小，于是 出现了使用电器材料的检测器，即传感器。传感器的结构有球形，盘形等，该仪 器的特点是：精确度高；受压面上很难产生适当的服装压；电感灵敏度小，有必 要连接增幅器；反应特征因传感器的大小，形状，种类不同而不同；用指示仪 读压力或使用自动记录装置；另外，这种将压力转换成应变，再把应变转化成电 阻的测试方法，必须对测定量进行压力的转变。用传感器测量服装压口3 1 基本的原 理如图卜3 ，利用一个传感器直接置于织物与皮肤之间，输出与压力值线性相关 的电信号，处理电路采用典型的非电量测量放大电路输送到显示仪器。 东华大学硕士学位论文 第一章绪论 图1 - 3 传感器法原理 目前用于测压力的传感器主要有电容式、压阻式、磁致伸缩型、压电型以及 声表面波等多种类型，其中应用范围最广技术、最为成熟的当属压阻式。相比而 言，其它几种皆存在灵敏度低、线性度差、体积大以及价格较高等缺陷。另外， 压阻式力传感器产品繁多，测试范围广，便于选择。而其在线性度、抑制温漂等 性能方面优于金属电阻体应变片。文献采用了美国霍尼韦尔( h o n e y w e l l ) 公 司s f g l5 n 1 a 力敏压阻式传感器测量了氨纶弹性针织服装压力，也有文献d 妇尝试 用t e k s c a n 公司研制出的f l e x i f o r c e j i , 阻式传感器，并就f l e x i f o r c e 的一些性能，如 漂移、重复性、线性度、迟滞性、曲面等进行了研究，得出f l e x i f o r c e 最适宜静态 测量，在测量精度不高的情况也可以进行动态测试，并且适合静止状态下的平面 测量以及半径大于3 2 m m 的曲面测量的结论。 此外，有文献口2 1 提出了平衡法，包括机械平衡法和电桥平衡法，并分别用此 两种方法测了棉和l y c r a 混纺的织物压力，虽然受到测试装置限制以及会造成读 数的人为误差等，但都取得了一定的效果。 1 3 2 较先进的测试方法 北京服装学院王晋子在女性内衣压力舒适性小样本研究中用了e l f 系统哺1 ， 即e c o n o m i c a ll o a d & f o r c es y s t e m 。该系统是美国t e k s c a n 公司研制的一种压 阻效应型压力传感器系统，如图卜4 ，把f l e x i f o r c e 传感器与先进的电子装置 相结合及软件的结合，使测量系统的精度和性能达到最优。可变增益使用户能 够对压力范围进行微调。e l f 软件为3 2 位应用软件，与m i c r o s o f t ( m s ) w i n d o w s t m2 0 0 3 x p n t 兼容。它能够对传感器的受力进行实时图象显示，也可 对测量的压力信息以录像形式进行记录，以后可对记录的影片进行播放、查看 和分析。显示压力数据有多种方式，如带状图，测量仪表，柱形图或数字读数。 记录的影片帧可保存为a s c i i 文件，输入到电子表格程序或w o r d 处理程序。 从8 h z - 2 0 0 h z 有8 种记录速度。实时数据或“影片 帧也可复制到w i n d o w s 剪贴板上再作为位图粘贴到其他应用程序中。 日本学者使用弹性光导纤维、新型的以合成树脂作为探头的压力传感器， 东华大学硕t 学位论文第一章绪论 这足种非常方便适用的新方法。3 川。该方法采用弹性光纤来测量袜子对人体 皮肤产生的丌三力该纤维由核心层、中州层和鞘层组成，并具有光学波长索引导 航。弹性光纤的核心层( 光线折射率为i5 【，直径为l7m m ) 被中间层( 折射 率为14 1 ) 覆盖，一者由最外层的黑色鞘层挡住了外部光线。核心层和中间层 由硅橡胶制成，鞘层由氟橡胶制成。进入核心层的自然光通过全反射从一端传 递至另一端。当弹性光纤受外力变形时在核心层内传递的光线数量会发生变 化，逸出的光线数量会减少。因此，作用于弹性光纤的外力大小可通过测量逸 出的光线数量来获得。该学者基于这个原理研制的一套装置用来估测服装压力， 分析了输出电压和外力问的关系，发现二者的线性相关度为一0 9 9 。因此采用 这套装置测试服装压力准确性相当高。 罔卜4e l f 压力测试最缆 目前，有人介绍了尝试用基于l a b v i e w 虚拟仪器在服装舒适性测试上的应 用，虽然取得了定成果1 ，但作为新思维的测试仪器，在应用上善不成熟，有 待进一步研究。本课题所用的测试方法就是用自行措建的基于l a b v i e w 的虚拟 仪器测试系统。 4 基于l a b v ie w 虚拟仪器简介 虚拟仪器( v i r t u a l i n s t r u m e n t ) ”5 = 是基丁：计算机的仪器。虚拟仪器技术就是 利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件米完成各种测试、测量和自动 化的应用。灵活高效的软件能帮助创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件 东华大学硕十学位论文第一章绪论 能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用 的需求。 计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。粗略地说这种 结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的 仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越 来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算 机。以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。虚拟仪器主 要是指这种方式。图卜5 反映了常见的虚拟仪器方案。 被 测 对 象 数 据 数 采 据 集 处 卡 理 图卜5 常见的虚拟仪器方案 虚拟仪器的主要特点是：尽可能采用了通用的硬件，各种仪器的差异主要 是软件；可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能 更强的仪器；用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。 虚拟仪器技术由三大部分组成：a 、高效的软件。软件是虚拟仪器技术中最 重要的部份，使用正确的软件工具并通过设计或调用特定的程序模块，工程师 和科学家们可以高效地创建自己的应用软件以及友好的人机交互界面。有了功 能强大的软件，就可以在仪器中创建智能性和决策功能，从而发挥虚拟仪器技 术在测试应用中的强大优势。b 、模块化的i o 硬件。包括从数据采集、信号调 理、声音和振动测量、视觉、运动、仪器控制、分布式i o 到c a n 接口等工业 通讯。c 、用于集成的软硬件平台。包括p c i ，p x i ，p c m c i a ，u s b ，1 3 9 4 总 线等。 虚拟仪器技术有四大优势：a 、性能高。虚拟仪器技术是在p c 技术的基础 上发展起来的，所以完全“继承 了以现成即用的p c 技术为主导的最新商业 技术的优点，包括功能超卓的处理器和文件i o ，在数据高速导入磁盘的同时 就能实时地进行复杂的分析。此外，不断发展的因特网和越来越快的计算机网 东华大学硕士学位论文第一章绪论 络使得虚拟仪器技术展现其更强大的优势。b 、扩展性强。只需更新计算机或测 量硬件，就能以最少的硬件投资和极少的、甚至无需软件上的升级即可改进整 个系统。在利用最新科技的时候，可以把它们集成到现有的测量设备，最终以 较少的成本加速产品上市的时间。c 、开发时间少。在驱动和应用两个层面上， 可以轻松地配置、创建、发布、维护和修改，高性能、低成本的测量和控制解 决方案。d 、无缝集成。虚拟仪器技术从本质上说是一个集成的软硬件概念。 虚拟仪器的一个重要组成部分是软件开发平台，它是代表虚拟仪器的整个 驱动软件，因此，软件开发平台的水平在很大程度上代表了虚拟仪器的水平。 目前可用于虚拟仪器开发的软件可以分为如下两大类，它们都包含界面设计模 块和功能函数设计模块。 1 文本式编程语言，如：v i s u a lc + + 、v i s u a lb a s i c 、j a v a 、c + + b u i l d e r 、 l a b w i n d o w s c 等； 2 图形化编程语言，如：l a b v i e w 、h p v e e 等。 目前在这一领域内，使用较为广泛的计算机语言是美国n i 公司的 l a b v i e w 。l a b v i e w ( l a b o r a t o r yv i r t u a li n s t r u m e n te n g i n e e r i n g ) 是一种图 形化的编程语言，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个 标准的数据采集和仪器控制软件。l a b v i e w 集成了满足g p i b 、v x i 、r s - 2 3 2 和r s - 4 8 5 协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用 t c p i p 、a c t i v e x 等软件标准的库函数。这是一个功能强大且灵活的软件。利 用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都 生动有趣。图形化的程序语言，又称为“g 语言。使用这种语言编程时，基 本上不写程序代码，取而代之的是流程图。它尽可能利用了技术人员、科学家、 工程师所熟悉的术语、图标和概念，因此，l a b v i e w 是一个面向最终用户的工 具。它可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和 数据采集系统的便捷途径。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统 时，可以大大提高工作效率。利用l a b v i e w ，可产生独立运行的可执行文件， 它是一个真正的3 2 位编译器。像许多重要的软件一样，l a b v i e w 提供了 w i n d o w s 、u n i x 、l i n u x 、m a c i n t o s h 等多种版本。l a b v i e w 不仅能轻松方便 地完成与各种软硬件的连接，更能提供强大的后续数据处理能力，设置数据处 东华大学硕士学位论文 第一章绪论 理、转换、存储的方式，并将结果显示给用户。此外，n i 提供了更多交互式 的测量工具和更高层的系统管理软件工具，例如连接设计与测试的交互式软件 s i g n a le x p r e s s 、用于传统c 语言的l a b w i n d o w s c v i 、针对微软v i s u a ls t u d i o 的m e a s u r e m e n ts t u d i o 等等，均可满足客户对高性能应用的需求。用l a b v i e w 编写的仪器软面板，其界面友好操作简单直观；与传统文本语言相比、用 l a b v i e w 编程易学易懂省时省力，可以节省大量系统开发时间，即使对于没 有文本语言基础的非软件工程师来说，也可以很快学习、掌握并应用l a b v i e w 来开发虚拟仪器。 1 5 虚拟仪器在纺织行业上的应用情况 虚拟仪器随其自身的优越性，在纺织行业上的应用日趋广泛。在纺织工艺 检测过程，有学者研究探讨了构建虚拟张力检测系统和虚拟张力控制系统娜1 ； 在纺织机械上，也有学者研究了基于虚拟仪器的纺织机械动态性能测试系统吲、 综框动态性能c a t 系鲥勰1 、抓棉机模型虚拟仪器控制系统1 掣删：在纺织品测 试上，也有将虚拟仪器思想引入，主要是在纺织品测试仪器上，取得了不错了 成果m 4 引；在纺织面料、服用性能测试方面应用虚拟仪器的，目前研究较多的 有服装的热湿性能测试h 加和服装压h 钆4 钉。 1 6 本课题研究的意义 袜压的大小直接影响到人体运动自如和人体的生理机能。比如袜口压力过 大，则使脚踝部感到紧绷，不利于腿部的血液循环，同时还会出现勒痕，如果在 运动中，势必做许多无效功而引起疲劳，使人感觉到不舒服；还有个典型的袜子 压力过大危害例子，就是中国封建时期女子的裹脚造成的脚体变形。压力过小， 则袜子容易滑脱、不美观，起不到防护作用。所以袜压研究及一套袜压测试系统 的开发具有很大的现实意义。 a 、基于l a b v i e w 虚拟仪器袜品压力测试系统开发，结合当今先进、高速、 高效的计算机技术和测试技术，改善了以往服装压力测试仪器的弊端，为袜品压 力舒适性的压力测试研究提供了可靠、便捷和快速的仪器。 b 、通过对袜子不同部位对腿的压力测量及相关袜压比较，结合脚的尺寸， 东华人学硕士学位论文 第一章绪论 可为袜子设计提供科学的依据，以设计出更为人性化的袜子；结合袜子其他舒适 性研究，在袜子制作之前，就可以对袜子的舒适性和功能性进行全面预测，从而 对指导生产具有重要的理论意义。运用这些基础理论的研究，可为设计功能性弹 力袜，比如体育防护用袜、医用弹力袜等，提供理论参考；同时对增强袜子企业 和袜子设计开发商的竞争力具有重要的现实意义。 1 7 本课题研究的主要内容与方法 1 、基于l a b v i e wv i 袜品压力测试系统的开发。自行设计并搭建袜品压力测试装 置及相应的应用软件开发。该装置选用美国t e k s c a