【摘 要】
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纺织业是推动我国经济体量不断增长的重要力量,是我国进出口贸易的主要支撑。在纺织品贸易运输过程中,由于纺织材料具有一定的吸湿能力,在运输过程中织物含水率会发生变化,导致其重量增加。因此,对织物含水率进行准确检测对纺织品进出口贸易至关重要。同时,织物含水率也是印染工艺过程中的重要指标,若能对织物含水率进行准确有效检测,既能更好地把控产品质量又能防止过烘现象发生,降低能耗及成本。然而由于织物的材质多样化
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纺织业是推动我国经济体量不断增长的重要力量,是我国进出口贸易的主要支撑。在纺织品贸易运输过程中,由于纺织材料具有一定的吸湿能力,在运输过程中织物含水率会发生变化,导致其重量增加。因此,对织物含水率进行准确检测对纺织品进出口贸易至关重要。同时,织物含水率也是印染工艺过程中的重要指标,若能对织物含水率进行准确有效检测,既能更好地把控产品质量又能防止过烘现象发生,降低能耗及成本。然而由于织物的材质多样化、厚度多变化、组份多元化等特点,使得难以对各类织物含水率进行准确测量。目前纺织业对织物含水率的评估大多仍以人工经验判断为主,该方式难以准确地判断织物含水率,可能导致织物质量不合格甚至影响到纺织品贸易。如何对不同材质、厚度、组份构成多样的织物的含水率实现进一步的准确检测是纺织业发展迈向数字化、智能化需要解决的问题。本文以微波谐振腔法为基础,研究了材质、厚度、组份配比相关织物含水率与介电常数的关系,并提出相关数理模型,研究成果具有一定的实际应用价值。本文所完成的主要工作如下:(1)对常用含水率检测方法的原理、优缺点与应用环境进行了介绍,说明了采用微波法中谐振腔法进行检测的原因。在此基础上介绍了目前含水率介电理论模型研究成果,说明课题建立的含水率介电模型的现实意义。(2)对单组份织物物理结构特征进行分析,基于Bruggeman-Hanai模型推导出了单组份织物含水率与介电常数的数学模型;根据介电常数与厚度存在正比关系,建立了织物厚度与介电常数的经验模型;然后分析了干燥状态下双组份织物介电特性与组份比例的关系,基于多层系统有效介质概念推导出介电模型,最后结合湿润双组份织物的介质结构特点推导出湿润状态下双组份织物与组份配比相关的介电模型。(3)结合水分子极化现象规律,选取确定了谐振腔理论工作测试频率,说明了圆环型介质谐振器的结构组成。接着使用HFSS软件对谐振腔进行仿真建模,并对建模结果进行分析。结果表明谐振腔的工作谐振频率在10GHz左右,最后完成检测系统搭建、进行介电测试,谐振频率在10GHz左右,满足设计要求。(4)进行均湿织物制备系统的设计,规划设计了整体实验流程及步骤。其次分别对材质相关、厚度相关单组份织物及干燥湿润两种状态下的双组份织物进行了介电常数测量实验,将实验数据结果与理论模型预测结果进行比较,预测效果良好,RMSE<5%,同时发现根据干燥状态下双组份织物的介电常数可预测双组份织物中棉含量。由此验证了理论模型的可行性,从而得出材质、厚度、组份配比相关的织物含水率与介电常数的变化规律。
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