本项目是与吉林省纺织工业设计研究院合作,研究一种用于测量丝状高分子聚合物取向度的测量仪。随着对丝状高分子聚合物材料(以下简称为单丝)的品质要求越来越高,对其性质的检测也逐渐引起了科学工作者的重视。其参数中的取向度在一定程度上能表征单丝的强度、硬度等方面的性质。取向度是指高分子材料在加工制造的过程中受外力作用,高分子链会沿着作用力的方向进行某种程度的有序排列,其排列的整齐程度即为取向度。鉴于市面上取向度测量设备价格昂贵且操作复杂,吉林省纺织工业设计研究院仅由有经验的技术人员根据经验观察判断取向度的大小。但其结果常有很多不准确性,为此需设计一款方便实用、价格合理的单丝取向度测量仪。传统的测量取向度的方法有光学双折射法、红外二向色性法、X射线衍射法、声速法。对比各种方法的优缺点,本设计中采用声速法测量单丝的取向度。声速法测量单丝取向度即是通过测量声音振动信号在单丝中的传播速度Cx,利用公式F=1-(CuCx)2计算取向度F的值,其中Cu是无取向时声速,Cx是待测样品的声速。本设计中根据相关性原理,计算传感器在不同位置的接收时间差,已知传感器移动距离,即可计算声音振动信号在单丝中的声速。本文叙述了实现单丝取向度测量的设计过程,首先简单介绍选题的背景与常用方法,再对比后选择声速法实现本项目需求测量取向度,因此详细介绍了声速法测量原理以及设备整体的系统框架。分别从硬件部分及软件部分介绍本项目的实施方案,展示了硬件各部分电路的原理及实现,并从选件及电路设计方面详细介绍了微控制器STM32模块、电源转换模块、激励产生模块、接收处理模块等部分。软件方面本项目首次引入互相关算法用于测量单丝取向度,并介绍其计算公式及算法应用,以及各部分软件实现的流程框图。取向度测量的具体实现过程如下:单丝样品固定在取向度测量装置中,当接收传感器与发送传感器接近时,由计算机通过串口控制STM32微控制器产生激励脉冲,放大后作用于压电陶瓷传感器产生声音振动信号,经测量装置中的单丝样品传播后,由接收端压电陶瓷传感器将声音振动信号转化为电信号,经滤波电路、放大器、电平转换器后传输到微控制器的I/O口,由STM32内部AD采集此信号1并存储。再移动接收端传感器,使接收传感器位于距发送传感器较远处,重复上述步骤,AD采集信号2并存储。将两个信号经过互相关算法计算得到接收时间差,并计算声速及取向度。经实验测量本设备重复测量精度优于±1%。本装置原理简单,方便实用,成本低廉,并具有稳定性高,可靠性强等特点,可用于单丝、纤维等高聚物丝状材料取向度的测量,具有广阔的应用前景。