HVI系統(tǒng)綜合了棉花分級經(jīng)驗(yàn)和棉纖維物理性能測試技術(shù),集電子、計(jì)算機(jī)、光學(xué)、傳感器、氣動技術(shù)于一體。HVI各主要測試組件都由獨(dú)立的可編程伺服電動機(jī)控制,如軌道伺服電動機(jī)、長度伺服電動機(jī)、毛刷伺服電動機(jī)、取樣器伺服電動機(jī)。每個伺服電動機(jī)都有一個“初始位置”傳感器,以確認(rèn)各組件的初始位置,使各組件按所編程序進(jìn)行工作。值得注意的是各測試組件都由潔凈的壓縮空氣作為動力。
測試時,固定在梳夾架上的梳夾通過自動取樣器獲取樣品后,由電動機(jī)控制移動到樣品梳理處對試樣進(jìn)行梳理。梳理結(jié)束后,梳夾(帶試樣)向左平移到光電掃描裝置前,將試樣送入長強(qiáng)塔內(nèi)進(jìn)行掃描測量,獲得照影儀曲線,測得各項(xiàng)長度指標(biāo)。然后長強(qiáng)塔內(nèi)的前后夾持器按指定方式夾住試樣進(jìn)行拉伸,獲得負(fù)荷—伸長曲線,測得斷裂比強(qiáng)度和斷裂伸長率。測量結(jié)束后,梳夾退出光電掃描裝置,向右移動到取樣器初始位置,并從取樣器自動排出廢棉,整個過程完全自動化運(yùn)行。
(一)長度測量原理
根據(jù)梳夾上纖維試樣的長度分布,用透光法經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行檢測,在對測量光路的光電轉(zhuǎn)換經(jīng)對數(shù)除法處理后,輸出與纖維數(shù)量成正比的電訊號。由于棉纖維是不均勻體,并具有中腔反射特性,因此對光電訊號采用函數(shù)發(fā)生器校正,然后進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換,獲得精確的照影儀曲線,則可得出各長度指標(biāo)。如50%、2.5%跨距長度和長度整齊度;平均長度、上半部平均長度和整齊度指數(shù);根據(jù)需要儀器還可以輸出照影儀曲線圖形。
(二)強(qiáng)度測量原理
在測量到照影儀曲線后,同一試樣用于強(qiáng)力測試。梳夾上的纖維試樣處于力學(xué)檢測位置,隨即由夾持器在空氣動力的作用下,在纖維束恒定遮光量點(diǎn)上將試樣夾住,隔距為3.2mm。此時前夾持器固定不動,后夾持器與力傳感器相連,并在步進(jìn)電動機(jī)的控制下做等速牽引,直至纖維束斷裂,此時獲得負(fù)荷—伸長曲線。纖維的斷裂比強(qiáng)度就是通過測量到纖維束斷裂時的大強(qiáng)力值和斷裂纖維的重量后經(jīng)過光學(xué)量、馬克隆值修正而計(jì)算的。
纖維束的遮光量由光學(xué)系統(tǒng)確定,斷裂負(fù)荷由力傳感器檢出,斷裂比強(qiáng)度由下式計(jì)算。

夾持器鉗口處纖維遮光量與參與試驗(yàn)的纖維束重量成正比,與纖維的馬克隆值有關(guān)。不同馬克隆值的纖維透光量不同,因此加入馬克隆值進(jìn)行校正。所以只有測出了馬克隆值,才能后得出纖維長度、強(qiáng)度值。
(三)馬克隆值測量原理
馬克隆值用一定量的棉纖維在規(guī)定條件下的透氣性量表示。采用氣橋原理,氣路中低壓空氣分兩路進(jìn)入氣橋,一路經(jīng)零位計(jì)量閥和校正閥,另一路經(jīng)校正計(jì)量閥和纖維試樣筒排出。計(jì)量閥和校正閥的氣阻固定,纖維塞的氣阻隨試樣的不同而變化。在橋路的氣壓差傳感器上輸出一個與氣壓差變化成正比的電信號。經(jīng)過線性放大、A/D轉(zhuǎn)換送入計(jì)算機(jī)存儲,并顯示計(jì)算出的馬克隆值。另一氣路中的高壓空氣分別通過電磁閥和汽缸推動多孔塞壓縮棉樣和試樣筒上蓋在測試完畢后自動打開。根據(jù)苛仁納公式,在一定流量氣體下棉纖維試樣兩端的壓差與纖維比表面積的平方成正比。而比表面積又同時與成熟度和線密度相關(guān),也就是說氣流儀讀數(shù)與成熟度和線密度都有關(guān)系,這個量值就是馬克隆值。馬克隆值刻度是建立在已由國際協(xié)議確定其馬克隆值的成套“國際校準(zhǔn)棉花”基礎(chǔ)上進(jìn)行傳遞的。
(四)顏色測量原理
人眼觀察物體感受到的色感覺包括色相、彩度和明度。棉花的基本色相是黃色,很接近蒙賽爾色卡的10黃紅。因此可以用黃度和明度兩個指標(biāo)來表示。測色儀是由白光光束以45°角的方向入射到棉樣的表面,在垂直方向上測量棉樣表面的反射光,分析其中光譜成分和反射率的大小,獲得棉樣色特征值所對應(yīng)的色特征區(qū)域。
氣動加壓組件將棉樣緊壓在測試窗口上,確保每個試樣的密度一致。當(dāng)光源反射后被接收器接受,光電信號經(jīng)過放大器放大,并經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng),把棉樣的反射光分析成CIE標(biāo)準(zhǔn)色度的三刺激值中的Y和Z,再計(jì)算出亨特坐標(biāo)的R _d 和+b值。
R _d 和+b的計(jì)算公式如下:

R _d 和+b的數(shù)值可以轉(zhuǎn)換成美國農(nóng)業(yè)部的棉花色征等級。
亨特坐標(biāo)為Lab色坐標(biāo),有三個矢量,即R_d (相當(dāng)于明度L)、a和b是色坐標(biāo),a表示紅和綠,+a表示紅色矢向,-a表示綠色矢向。b表示黃和藍(lán),+b表示黃色矢向,-b表示藍(lán)色矢向。棉花的a值近似常數(shù),無須測量。由于絕大部分棉花的基本色很接近蒙賽爾色卡中的10黃紅,因此用+b作為棉花的黃度示值,而實(shí)際測得的+b與理論上的黃色飽和度示值非常近似。
(五)雜質(zhì)測量原理
雜質(zhì)測量是使用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)測量棉花中夾帶的雜質(zhì)和葉屑的含量(顆粒數(shù)和面積百分率),使用一個高分辨率的攝像頭掃描一定區(qū)域的試樣表面。在排除棉樣表面平均色征的情況下,以反射率的高低區(qū)分雜質(zhì)的顆粒數(shù),閾值控制在樣品表面平均反射率的30%,所有比臨界閾暗的部分都視為雜質(zhì),并以此獲得雜質(zhì)數(shù)量及雜質(zhì)面積百分率?？梢?雜質(zhì)與背景的區(qū)分,取決于相對反射率,而不是雜質(zhì)的色相,所以棉花的底色不會影響雜質(zhì)的讀數(shù)。