Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Материаловедение

Диссертационная работа:

Мещерякова Галина Пантелеевна. Теоретическое обоснование, разработка и исследование оптических методов измерения свойств текстильных материалов : диссертация ... доктора технических наук : 05.19.01.- Санкт-Петербург, 2002.- 434 с.: ил. РГБ ОД, 71 03-5/289-0

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Оглавление 2

Введение. Оптические методы измерений свойств текстильных материалов. 7

Глава 1. Обзор литературы по оптическим методам измерений применяемым в текстильном материаловедении. 13

1.1. Классификация оптических методов измерений. 13

1.2. Интерференционные и дифракционные методы. 15

1.3. Оптические методы, основанные на измерении рассеянного

света. 25

1.4. Другие оптические методы. 31

1.5. Не оптические методы измерения, используемые в текстильном материаловедении. 33

1.9. Выводы и постановка задач. 36

Глава 2. Основные образцы, лабораторные установки, методики проведения измерений, алгоритмы.

2.1. Основные характеристики исследуемых материалов 39

2.2. Лабораторная установка и методика проведения дифракционных измерений

2.3. Лабораторные установки и методика применения метода индикатрис к тканям, трикотажным полотнам и светоотражающим материалам

2.4.Обработка результатов измерений. 56

2.5. Алгоритмы и программы обработки и моделирования дифракционных изображений.

Глава 3. Сравнительный анализ и усовершенствование существующих методов и методик измерения диаметра волокон и нитей. 63

3.1. Сравнительный анализ методов измерения поперечников волокон и нитей. 63

3.2. Методы измерения поперечников крученых нитей и внешних диаметров полых (трубчатых) мононитей. 80

3.3.Выводы и рекомендации. 82

Глава 4.Усовершенствование и исследование дифракционного метода измерения диаметра волокон и нитей 86

4.1 Дифракционная установка для измерения диаметров волокон и нитей, методика измерений, математические модели 79

4.2. Исследование возможности применения дифракционного метода для волокон больших диаметров. Определение верхней границы применимости дифракционного метода 96

4.3. Исследование влияние вытяжки и термообработки волокна на вид дифракционной картины. Разработка интерференционного метода исследования оптических свойств волокна. Ю7

4.4 Исследование дифракционного метода измерения диаметра для полых (трубчатых) волокон. 121

4.5. Выводы 224

4.6 Приложение. Оптические свойства прозрачных химических волокон и нитей. Анализ интерференционного метода исследования внутренней структуры мононитей. 226

Глава 5. Разработка и исследование дифракционного метода измерения крутки нитей 146

5.1. Оптические методы измерения крутки, лабораторная установка, математические модели 146

5.2 Математическая модель проекции поверхности нити и

152 дифракционной картины от крученой нити 184 187

5.3. Сравнительный анализ дифракционного метода определения 177 крутки нити.

5.4. Выводы.

5.5. Вывод уравнения ограничивающей проекцию линии

Глава 6. Разработка и исследование дифракционного метода измерения структурных характеристик тканей 193

6.1 Оптические методы измерения параметров строения и структуры ткани. 192

6.2. Ткань как периодическая система дифракционных отверстий. 197

6.3. Влияние коэффициента поверхностного заполнения на вид дифракционной картины для тканей 204

6.4. Дифракционная картина при наличии уточного перекоса. 221

6.5. Выводы. 226

Глава 7. Применение метода индикатрис к тканям, пластиковым светоотражающим материалам и трикотажным полотнам 229

7.1 Рассеяние света на тканях и светоотражающих материалах. 2

7.2. Применение метода индикатрис к трикотажным полотнам 244

7.3. Методика определения экспериментального закона распределения.

7.4. Выводы. 258

Глава 8. Обобщения и рекомендации по применению разработанных и исследованных методов измерений 260

8.1. Методы измерения диаметров (поперечников) волокон и нитей. 260

8.2. Методы измерения распрямленности волокон 268

8.3. Методы измерения крутки 269

8.4. Методы определения пераметров строения и структуры тканей 270

8.5. Визуальные наблюдения 277

8.6. Общие рекомендации по применению оптических методов

Выводы

Библиографический список

Приложение 1. Экспериментальные таблицы

Приложение 2. Приложение к главе 2. Математические модели, описывающие дифракцию электромагнитной волны на цилиндрическом моноволокне и проволоке

Приложение 3. Приложение к главе 2. Дифракция электромагнитной волны на крученых нитях и тканях

Приложение 4.Приложение к главе 5. Общий метод доказательства существования двух типов дифракционных картин для крученых нитей

Приложение 5. Приложение к главе 5. математическая модель, описывающая дифракцию света на крученой нити

Приложение 6. Приложение к главе 7. Математическая модель, описывающая рассеяние света одним цилиндрическим волокном

Приложение 7. Программа моделирования дифракционной картины от текстильных материалов по заданным параметрам математической модели, определяемыми технологическими

параметрами

Приложение 8. Программа, предназначенная для обработки дифракционных картин полученных от крученых нитей и тканей

Приложение 9. Методика дифракционных измерений поперечников волокон и нитей

Приложение 10. Методика дифракционных измерений крутки нити

Приложение 11. Методика дифракционных измерений угла кручения нити

Приложение 12. Методика дифракционных измерений структурных характеристик тканей

Приложение 13. Методика определения углового распределения для трикотажной петли

Приложение 14. Техническое задание на разработку прибора для определения вторичной крутки нити.

Приложение 15. Техническое задание на разработку прибора для определения структурных характеристик тканей дифракционным методом.

Приложение 16. Техническое задание на разработку автоматизированной установки для определения анизотропии рассеяния света на основе измерения индикатрис рассеяния

Приложение 17. Акты внедрения и отзывы. 

Введение к работе:

Введение. Оптические методы измерений свойств текстильных материалов.

Оптические методы измерений в текстильном материаловедении входят в группу методов неразрушающего контроля, предусмотренных ГОСтом (ГОСТ 18353). В текстильном материаловедении оптическими методами измеряются: величины диаметров (поперечников) волокон и нитей, расположение структурных элементов текстиля (волокон, нитей), крутка, строение тканей и других текстильных материалов, геометрические и структурные параметры ткани, наличие дефектов и так далее.

Оптические методы измерений, как и любые другие, имеют свои достоинства и свои недостатки, накладывающие ограничения на область применимости методов [1, 7-9, 14]. К основным достоинствам, говорящим о существующих широких возможностях и перспективах применения методов на практике, следует отнести

• универсальность,

• высокую степень точности,

• дистанционность, и быстродействие (во всех приборах и устройствах, использующих оптические методы контроля, скорость измерения определяется не оптикой),

• относительную простоту применения, так как в качестве и источников и приемников света могут работать разные устройства от простых до очень сложных (например, простейшим приемником света является глаз, обладающий своими уникальными оптическими характеристиками [15 -18]). легкость автоматизации, позволяющую создать быстродействующие оптические системы контроля, в частности системы автоматической разбраковки, особенно при применении стандартизированных источников света - лазеров и приемников света в виде комплексов цифровая камера -компьютер [12,19-33], • экологическую чистоту.

Но, как уже было сказано, оптические методы не идеальны [14]. К основным недостаткам относятся: существующие ограничения на размеры измеряемых величин (минимальные теоретические предельные размеры различимых объектов есть половина длины волны источника света (правило Релея)), а также то, что в некоторых случаях восприятие света глазом может не совпадать с приборным: чувствительность глаза и прибора по-разному меняются при изменении длины и интенсивности световой волны, что затрудняет, например, инструментальный контроль качества тканей с точки зрения их внешнего вида [17,18].

Но, при применении на практике оптических методов измерений, возникают редко обсуждаемые принципиальные трудности другого характера, ограничивающие сферу применимости методов или порождающие грубые систематические ошибки при измерениях.

Практически при любых оптических измерениях необходимо для интерпретации и обработки результатов эксперимента строить теоретическую модель, описывающую физику процесса взаимодействия света с исследуемым объектом без чего невозможно разработать методику измерений. Но все теоретические построения физики оптических методов, связаны с очень непростым математическим аппаратом, приводящим к существенным трудностям при создании теории метода. Дело в том, что электромагнитное поле описывается уравнениями Максвелла, которые, при некоторых упрощениях, сводятся к волновому уравнению, причем коэффициенты уравнения теряют непрерывность на границе раздела двух сред. Точное решение волнового уравнения получено лишь в некоторых частных случаях и не всегда может быть использовано [13,34-39] (см. приложение 2). Существуют серьезные математические проблемы и при применении стандартных численных методов решения волнового уравнения, особенно вблизи границы раздела двух сред [36-40]. Это приводит к тому, что на практике в текстильном материаловедении часто используют эмпирические корреляционные зависимости, не позволяющие даже качественно использовать результаты, полученные на одном конкретном образце для других аналогичных, и выделить как общие оптические свойства, так и их вариацию у однотипных групп текстильных материалов. Например, применение к тканям с саржевым переплетением разработанного на основе корреляционных зависимостей для тканей полотняного переплетения дифракционного метода измерения структурных характеристик тканей, приводит к систематическим ошибкам.

Рассеянный свет содержит всю информацию о геометрии и оптических свойствах поверхности [41-44], что приводит к необходимости выделения "полезного сигнала" и определению соответствия между параметрами фиксируемой световой картины и измеряемыми характеристиками исследуемого текстильного материала, что тоже требует сложного математического анализа фиксируемой световой картины. Типичными примерами являются: влияние загрязнения поверхности ткани на характеристики отраженной световой волны или влияние ворсистости нитей основы и утка на вид дифрактограммы при дифракционном рассеянии. Именно поэтому при использовании оптических методов проще всего определять есть ли изменения в наблюдаемой картине или она неизменна, так как постоянство видимой картины есть, прежде всего, постоянство всех измеряемых характеристик. Кроме того, используемые сегодня в текстильном материаловедении методы в основном разрабатывались 30-50 лет назад на базе растительных волокон и шерсти и почти не претерпели изменений, хотя растительные и химические волокна и нити (особенно прозрачные волокна и нити) обладают разными оптическими свойствами и просто так без • исследования применять к ним методы, разработанные для растительных волокон и шерсти (например, метод микроскопии) нельзя.

Во многих случаях, например для дифракционных измерений поперечников волокон и нитей, распрямленности волокон, предлагаются многочисленные приборы и установки, но отсутствуют подробные методики измерений и не исследованы вопросы точности методов. В частности, при дифракционных измерениях на тканях разных видов переплетения не исследована возможность одновременного измерения целого ряда структурных характеристик. В тех случаях, когда применимы разные оптические и не оптические методы измерений, не проводится их сравнительный анализ, часто не обсуждаются точность и границы применимости методов.

Есть еще одна принципиальная, обычно не обсуждающаяся проблема, возникающая при обработке результатов измерений - это проблема границ изображения при больших увеличениях видимых картин. Четкость границы определяет точность измерений в ряде методов, например проекционном или при микроскопии, и особенно важна, если речь идет о контролирующих компьютерных системах и компьютерной обработке изображений.

Все вышесказанное говорит о том, что сама метрология оптических измерений в текстильном материаловедении недостаточно разработана, отсутствует системный анализ методов и методик и, следовательно, возможности оптических методов используются недостаточно. Цели и задачи работы. Настоящая работа посвящена анализу существующих и разработке новых методов и методик оптических измерений свойств различных текстильных материалов, теоретическому и экспериментальному исследованию, усовершенствованию и обобщению существующих методов и методик оптических измерений, сравнительному анализу оптических и неоптических методов измерений одних и тех же свойств текстильных материалов.

Основными целями работы являются:

• разработка новых комплексных дифракционных методов и методик измерений свойств текстильных материалов, особенно для тех случаев, когда не дифракционные измерения недостаточно точны или трудоемки,

• исследование возможности дифракционных измерений при движении крученой нити или ткани,

• усовершенствование существующих оптических и неоптических методов и методик измерения поперечников волокон и нитей, разработка рекомендаций по применению методов, разработка ранее не использовавшихся комбинаций методов измерений, позволяющая применять методы к различным объектам,

• исследование точности и сравнительный анализ разных оптических и не оптических методов и методик измерений одних и тех же характеристик текстильных материалов, определение источников систематических ошибок и возможностей их устранения, определение границ применимости исследуемых методов, в особенности дифракционных методов, методов микроскопии и микрометрии, разработка рекомендаций по оптимальному применению методов,

• сравнительный анализ индикатрис рассеяния от тканей и светоотражающих материалов для определения оптимальных по оптическим свойствам и разработки рекомендаций по использованию на практике тканей и светоотражающих материалов при изготовлении спецодежды,

• разработка основных положений теории ряда оптических методов измерений применительно к текстильным материалам, особенно дифракционных методов и метода индикатрис, построение и исследование созданных математических моделей протекающих физических процессов для создания удобных в работе аналитических зависимостей между характеристиками исследуемого образца и параметрами измеряемого светового сигнала, позволяющих разрабатывать методики измерений,

• разработка алгоритмов обработки и моделирования дифракционных изображений и создание на их основе моделирующих и обрабатывающих изображение программ, определение точности математических моделей.  

Подобные работы
Бурова Валентина Александровна
Разработка метода измерения и исследование осыпаемости льносодержащих тканей
Михайлова Инна Дмитриевна
Разработка метода обоснования выбора пакетов материалов обуви для защиты стопы от воздействия низких температур
Мишаков Виктор Юрьевич
Развитие научно-методических основ разработки и методов исследования антимикробных и защитных материалов на нетканых волокнистых носителях
Бессонова Наталья Геннадьевна
Разработка методов и исследование теплофизических свойств текстильных материалов и пакетов при действии влаги и давления
Денисова Ольга Игоревна
Разработка методов оценки, исследование и прогнозирование пластичности льняных тканей
Денежкина Ольга Александровна
Разработка методов оценки и исследование изменений линейных размеров эластичных тканей
Юферова Лилия Васильевна
Разработка методов оценки и исследование формуемости и формоустойчивости эластичных камвольных тканей
Гришина Оксана Александровна
Разработка метода придания и исследование огнезащитных свойств материалов для одежды
Демократова Елена Борисовна
Разработка метода комплексной оценки и исследование гигиенических показателей качества трикотажных полотен
Койтова Жанна Юрьевна
Разработка новых методов оценки и исследование свойств пушно-меховых полуфабрикатов

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net