专利名称：织物防辐射热性能测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种织物防辐射热性能测试仪。
织物防辐射热性能的测试是测试织物在实际生产使用中存在高温辐射源的条件下，辐射热从织物的一面到另一面传递时，对人体皮肤的影响程度。服装本身能提供最直接的人体防护，使之在热辐射源与人体之间形成一个屏障，阻碍热对人体的伤害。因此，从生理学的角度考虑，织物防辐射热性能的测试重点是测量透过织物的辐射热数量和热辐射引起人体皮肤表面不同烧伤程度所需的时间(以下称当量防热时间)。在已有技术中，织物防辐射热性能的测试还没有专用仪器。一般是采用一种红外灯泡作为辐射源，采用红外辐射计作为接收器，并把被测织物放在辐射源和接收器之间来进行测试。由于整个测试过程在无封闭的大气条件下进行，因此极易受环境变化因素如风速、温度、湿度等的影响，辐射热中包含了相当一部分的导热、对流等不定因素，使得测试数据的准确程度很低，也使得前、后测试的试样之间无可比性。同时，测试过程自动化程度也很低、操作不便。
本实用新型的目的是为了克服已有技术中的不足，提供一种封闭式和智能型的织物防辐射热性能测试仪，以消除大气环境对测试的影响，使测试数据准确、可靠，同时，也使测试过程自动化。
为实现上述目的，本实用新型的解决方案如下该测试仪具有一个热辐射环境模拟器，该模拟器是一个带有水套的筒形腔体，该筒形腔体的两端口通过腔盖密封，在水套上设有进水口和出水口，在密封腔盖上设有真空抽气管，在筒形腔体内设有热辐射源、织物夹持器、热辐射聚集器和热探测器及环境温度传感器；该测试仪还具有一个以单片机系统为核心的信号采集与处理器用于不同烧伤程度所需辐射温度的设置、热辐射温度和环境温度的数据采集与处理及热辐射入射温度随时间变化的数据的存储与显示、当量防热时间的计时及计时结果的存储与显示和整个测试过程的控制，该信号采集与处理器包括热探测信号放大器、环境温度传感器电路、多路开关、A/D转换器、单片机基本配置单元，键盘与数码显示接口电路、键盘及数码显示器和热辐射源控制电路。
通过上述解决方案可以看出，本仪器中的热辐射环境模拟器是密闭的、可抽真空的，而且腔内的环境温度可由水套中的冷循环水保持恒定。因此，它可以模拟纯辐射换热的环境。这不仅消除了大气环境对测试的影响，还保持了测试环境的稳定性，使测量数据的准确性大大提高。由于设置了该模拟器，还可以测得在大气条件下无法测得的数据，如可以测得在不同真空度的条件下，同一织物的防辐射能力。同时，本仪器中采用的微机系统，使测试过程自动化。因此，本实用新型的优越性是测量准确、可靠、自动化程度高。
下面根据实施例详细说明其结构和工作原理。
图1，本实用新型整体结构示意图。
图2，本实用新型的测试原理方框图。
图3，热探测信号放大器的电原理图。
图4，环境温度传感器电路的电原理图。
图5，热辐射源控制电路的电原理图。
图6，信号采集、单片机单元、键盘和显示部分的电原理图。
参见1，(1)是所述的带有水套(2)的筒形腔体，该筒形腔体的两端口用腔盖(3)、(4)密封，通过水套(2)的进水口(6)和出水口(5)与水源和排水池的相通，可在水套内形成冷循环水，这样可以保证腔体内的环境温度恒定在一定的温度范围内。在腔盖(3)上设有一个真空抽气管(7)，它与真空泵(8)和压力表(9)相连。通过真空泵可对腔体内抽真空，压力表可检测腔体内的真空度。所述的设在腔体内的热辐射源采用红外光源(10)，其辐射强度可通过调压器(11)调节。热探测器(12)选用热电堆探测器，它作为热辐射的接收器。由于热电堆探测器接收面积非常小，为使织物后面的辐射热量全部落到热电堆上，在织物后面加设了一个热辐射聚集器，该聚集器采用卡塞格伦反射式聚光系统(13)。所述的织物通过织物夹持器(14)置放在热辐射源(10)和热辐射聚集器(13)的之间。所述的环境温度传感器(15)设在热探测器一侧、离其不远的位置上。图中(16)是信号采集与处理器。
参见图2，在测试过程中，单片机(18)通过热辐射源控制电路(19)控制热辐射源(22)的开启与关断，还通过信号采集器(20)对热探测信号和环境温度传感信号进行循环采集和模、数转换，然后对所采集的两路信号进行数字处理，该数字处理包括数字滤波、对热探测数据进行非线性校正和环境温度的补偿。在整个测试的过程中，单片机要将每隔一个时间间隔(如每隔10秒)所处理的数据进行存储和显示，并且用处理后的数据与所设定的当量防热时间的初始温度值(29～31℃)或终止温度值(某一烧伤程度所需的温度值)进行比较判断，从而控制内部计时器计时的开始或终止。通过键盘设置，单片机可以在测试开始之前，得到被选择设置的某一烧伤程度的温度值，在测试中，单片机可受令进行显示转换，使显示器在显示测试温度变化的同时，又可监视到环境温度的变化；测试结束时，单片机可受令将每隔一个时间间隔所处理热探测数据依次进行温度值显示和当量防热时间的显示，根据此数据，可以绘出热探测温度随时间变化的特性曲线和得知当量防热时间的大小。
参见图3，所述的热探测信号放大器由前置放大器A1、二极放大器A2、基准电源(25)、合成器A3和滤波器(26)构成。其中，基准电源由稳压集成器件AD580和跟随器A4组成，它输出一个恒定的正向电压值，将探测信号抬高，使之全部变成正向电压，以满足模、数转换的要求。滤波电路是一个抗干扰电路，它可消除市频信号的干扰，提高测量精度。调整电路中的电位器(24)、(27)、(28)、(29)，使被测温度在0～150℃范围时，输出电压V01的辐度限制在A/D转换器允许的范围内。
参见图4，所述的环境温度传感器电路是一个由温度传感器AD590、电位器(30)、电阻(31)和直流电源Vcc接成恒流源电路。其中温度传感器件AD590的恒流特性非常好，其恒流电流随温度变化的特性曲线为线性关系。通过调整电位器(30)，可使输出电压V02的幅度限制在A/D转换器允许的范围内。
参见图5，所述的热辐射源控制电路由电磁继电器J、二极管发光指示电路(32)、阻容抗干扰电路(33)组成。当单片机的P3.2口输出低电平热辐射源启动信号时，电磁继电器得电而动作，即它的常开触点J1、J2闭合，则发光二极管亮、调压器(11)为红外光源供电。当P3.2口输出高电平停止信号时，电磁继电器失电，则发光二极管熄灭，调压器(11)失电，红外光源熄灭。
参见图6，所述的单片机基本配置单元由单片机8031、程序存储器2764、地址锁存器373和数据存储器6116构成。所述的信号采集器由多路开关CD4051、A/D转换器14433组成。其中多路开关CD4051的选通端A、B与单片机的P3口相接，热探测信号的模拟量V01和环境温度信号的模拟量V02从多路开关的IN0和IN1端送入，选通后从3脚输出，送给A/D转换器的模拟量输入端Vx，经过A/D转换后，由器件的并行输出端口Q0～Q3和DS1～DS4分时轮流输出V01和V02的BCD码，送至单片机的P1口。电路中的器件1403是一个稳压源，它为A/D转换器的基准电压端VR提供基准电压。A/D转换器的EOC和DU端与单片机的T1端相接，用以实现连续转换的方式。由于热电堆探测器的输出特性(即入射温度与输出的热电动势曲线)具有很大的非线性，因此，经过A/D转换的数字量所代表的入射温度值与实际的入射温度值产生偏差，所以单片机要对A/D转换的数字量进行非线性校正，此处理由软件编程实现。具体方法是首先对热电堆的输出特性进行数字量标定，即在环境温度为20℃的条件下，将入射温度每隔5℃的A/D转换值测量出来，然后采用插值法将中间各点的温度值计算求出，精确到0.1℃。插值公式是Y=X-X1X2-X1(X2-X1)+Y1]]>式中X代表经A/D转换后的数字量，X1是与X相邻的低数字量值，X2是与X相邻的高数字量值，Y1是与X1对应的温度值，Y2是与X2对应的温度值，Y是与X对应的温度值，即被测温度值。将计算的Y值与X值列出对应表，固化在程序存储器中，根据此表，单片机可以A/D转换的数字量为地址进行查表，即可得出对应的校正值。又由于热电堆的标定是在20℃时进行的，因此，在实际测试过程中，实际环境温度与标准环境温度产生偏差，为此本例中采用冷端修正法利用软件进行补偿，修正公式是当tn＞t0时，E(t，t0)＝E(t，tn)-E(tn，t0)；当tn＜t0时，E(t，t0)＝E(t，tn)+E(tn，t0)，式中t0为标准环温，tn为实际环温，t为被测温度。所述的显示、键盘接口电路由可编程键盘、显示接口器件8279构成，它能完成键盘输入和LED显示控制两种功能，所有功能均可通过编程来实现。它与单片机的接口除数据线、RST、WR、RD端直接与单片机联接外，时钟CLK由ALE端提供，A0由地址线选择，中断请求端IRQ经反相器与单片机的TNT1端相连，片选端CS和数据存储器6116的片选端信号均由译码器(39)提供，并由单片机的P2.5～P2.7端提供片选编码信号。器件8279的A0～A3和B0～B3端口为显示器(34)提供段选信号，并通过驱动器(35)分别加到每位数码显示器上；它的SL1～SL2端口为显示器(34)提供位选信号，并通过译码器(36)、反向器(37)、驱动器(38)接到每位数码显示器上。同时译码器(36)还为键盘提供扫描线，并由器件8279的RL2～RL6端口接收键盘键入的编码信号，由此判断是哪个键按下。本测试仪共设有五个功能键与器件8279相连，它们是预置状态键PRG、热源启动键SET、测试启动键START、环境温度显示键和读取键READ。本测试仪的软件设计采用的是模块化结构，即是将整个程序按照按键功能的不同分成若干模块，各类分别编程，并且本测试仪的工作完全由键盘操作控制。测试仪操作过程是测试仪接通电源时，首先按下预置状态键，则单片机执行预置状态键服务程序，这时，可选择设置某一烧伤程度的温度值；再按下热源启动键，单片机执行热源启动键服务程序，即P3.2口输出低电平，则热辐射源开始工作；第三步按下测试启动键，单片机执行测试启动键服务程序，即对热探测和环境温度信号进行循环采集与处理，对当量防热时间进行计时，并对测量结果进行存储与显示，当入射的热探测温度到达预置温度值时，自动关断热源和停止测试；在测试过程中，如果按下环境温度显示键，单片机执行环境温度显示键服务程序，即在显示器上显示环境温度值，几秒钟后又恢复到热探测温度的显示状态。测试完毕后，按下读取键，单片机执行读取键服务程序，即单片机将按照按下按键的次数依据将每隔10秒的热探测升温值显示在显示器上，最后显示当量防热时间。
权利要求1.一种织物防辐射热性能测试仪，其特征是a、具有一个热辐射环境模拟器，该模拟器是一个带有水套(2)的筒形腔体(1)，该筒形腔体的两端口通过腔盖(3)、(4)密封，在水套上设有进水口(6)和出水口(5)，在密封腔盖上设有真空抽气管(7)，在筒形腔体内设有热辐射源(10)、织物夹持器(14)、热辐射聚集器(13)和热探测器(12)及环境温度传感器(15)；b、还具有一个以单片机系统为核心的信号采集与处理器(16)用于不同烧伤程度所需辐射温度的设置、热辐射温度和环境温度的数据采集与处理及热辐射入射温度随时间变化的数据的存储与显示、当量防热时间的计时及计时结果的存储与显示和整个测试过程的控制，该信号采集与处理器包括热探测信号放大器、环境温度传感器电路、多路开关、A/D转换器、单片机基本配置单元，键盘与数码显示接口电路、键盘及数码显示器和热辐射源控制电路。
2.如权利要求1所述的织物防辐射热性能测试仪，其特征是所述的热探测器(12)采用热电堆探测器，所述的环境温度传感器采用温度传感器AD590。
专利摘要本实用新型是一种织物防辐射热性能测试仪。它具有一个热辐射环境模拟器,该模拟器是一个带有水套的密封筒形腔体,在该筒形腔体内设有热辐射源、织物夹持器、热探测器和环境温度传感器等。它还具有一个以单片机系统为核心的信号采集与处理器。该仪器可以模拟纯辐射换热的环境,这不仅消除了大气环境对测试的影响,还保持了测试环境的稳定性,使测量准确、可靠。同时该仪采用的微机系统,使测试过程自动化,操作方便。
文档编号G01N25/18GK2285470SQ9723956
公开日1998年7月1日 申请日期1997年4月24日 优先权日1997年4月24日
发明者李鎜, 沈兰萍, 张辉, 翟敏, 万志琴 申请人:西北纺织工学院