HVI系統(tǒng)綜合了棉花分級(jí)經(jīng)驗(yàn)與棉纖維物理性能測(cè)試技術(shù),集電子、計(jì)算機(jī)、光學(xué)、傳感器、氣動(dòng)技術(shù)于一體。HVI各主要測(cè)試組件都由自立的可編程伺服電動(dòng)機(jī)操縱,如軌道伺服電動(dòng)機(jī)、長(zhǎng)度伺服電動(dòng)機(jī)、毛刷伺服電動(dòng)機(jī)、取樣器伺服電動(dòng)機(jī)。每個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)都有一個(gè)“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。值得小心的是各測(cè)試組件都由干凈的壓縮空氣作為動(dòng)力。
測(cè)試時(shí),固定在梳夾架上的梳夾通過自動(dòng)取樣器獵取樣品后,由電動(dòng)機(jī)操縱挪移到樣品梳理處對(duì)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,將試樣贈(zèng)入長(zhǎng)強(qiáng)塔內(nèi)進(jìn)行掃描測(cè)量,獲得照影儀曲線,測(cè)得各項(xiàng)長(zhǎng)度指標(biāo)。然后長(zhǎng)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(zhǎng)曲線,測(cè)得斷裂比強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率。測(cè)量結(jié)束后,梳夾退出光電掃描裝置,向右挪移到取樣器初始位置,并從取樣器自動(dòng)排出廢棉,整個(gè)過程盡全自動(dòng)化運(yùn)行。
(一)長(zhǎng)度測(cè)量原理
根據(jù)梳夾上纖維試樣的長(zhǎng)度分布,用透光法經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè),在對(duì)測(cè)量光路的光電轉(zhuǎn)換經(jīng)對(duì)數(shù)除法處理后,輸出和纖維數(shù)量成正比的電訊號(hào)。由于棉纖維是不均勻體,并具有中腔反射特性,因此對(duì)光電訊號(hào)采納函數(shù)發(fā)生器校正,然后進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換,獲得準(zhǔn)確的照影儀曲線,則可得出各長(zhǎng)度指標(biāo)。如50%、2.5%跨距長(zhǎng)度與長(zhǎng)度整齊度;平均長(zhǎng)度、上半部平均長(zhǎng)度與整齊度指數(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(cè)量原理
在測(cè)量到照影儀曲線后,同一試樣用于強(qiáng)力測(cè)試。梳夾上的纖維試樣處于力學(xué)檢測(cè)位置,隨即由夾持器在空氣動(dòng)力的作用下,在纖維束恒定防紫外線量點(diǎn)上將試樣夾住,隔距為3.2mm。此時(shí)前夾持器固定不動(dòng),后夾持器和力傳感器相連,并在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的操縱下做等速牽引,直至纖維束斷裂,此時(shí)獲得負(fù)荷—伸長(zhǎng)曲線。纖維的斷裂比強(qiáng)度就是通過測(cè)量到纖維束斷裂時(shí)的大強(qiáng)力值與斷裂纖維的分量后經(jīng)過光學(xué)量、馬克隆值修正而計(jì)算的。
纖維束的防紫外線量由光學(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。

夾持器鉗口處纖維防紫外線量和參和試驗(yàn)的纖維束分量成正比,和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。所以惟獨(dú)測(cè)出了馬克隆值,才干后得出纖維長(zhǎng)度、強(qiáng)度值。
(三)馬克隆值測(cè)量原理
馬克隆值用肯定量的棉纖維在規(guī)定條件下的透濕性量表示。采納氣橋原理,氣路中低壓空氣分兩路進(jìn)入氣橋,一路經(jīng)零位計(jì)量閥與校正閥,另一路經(jīng)校正計(jì)量閥與纖維試樣筒排出。計(jì)量閥與校正閥的氣阻固定,纖維塞的氣阻隨試樣的不同而變幻。在橋路的氣壓差傳感器上輸出一個(gè)和氣壓差變幻成正比的電信號(hào)。經(jīng)過線性放大、A/D轉(zhuǎn)換贈(zèng)入計(jì)算機(jī)存儲(chǔ),并顯示計(jì)算出的馬克隆值。另一氣路中的高壓空氣分離通過電磁閥與汽缸推動(dòng)多孔塞壓縮棉樣與試樣筒上蓋在測(cè)試盡畢后自動(dòng)打開。根據(jù)苛仁納公式,在肯定流量氣體下棉纖維試樣兩端的壓差和纖維比表面積的平方成正比。而比表面積又同時(shí)和成熟度與線密度相關(guān),也就是說氣流儀讀數(shù)和成熟度與線密度都有關(guān)系,這個(gè)量值就是馬克隆值。馬克隆值刻度是建站在已由國(guó)際協(xié)議確定其馬克隆值的成套“國(guó)際校準(zhǔn)棉花”基礎(chǔ)上進(jìn)行傳遞的。
(四)顏色測(cè)量原理
人眼觀看物體感受到的色感覺包含色相、彩度與明度。棉花的基本色相是黃色,很接近蒙賽爾色卡的10黃紅。因此可以用黃度與明度兩個(gè)指標(biāo)來(lái)表示。測(cè)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(cè)量棉樣表面的反射光,分析其中光譜成分與反射率的大小,獲得棉樣色特征值所對(duì)應(yīng)的色特征區(qū)域。
氣動(dòng)加壓組件將棉樣緊壓在測(cè)試窗口上,確保每個(gè)試樣的密度一致。當(dāng)光源反射后被接收器接受,光電信號(hào)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與Z,再計(jì)算出亨特坐標(biāo)的R _d 與+b值。
R _d 與+b的計(jì)算公式如下:

R _d 與+b的數(shù)值可以轉(zhuǎn)換成美國(guó)農(nóng)業(yè)部的棉花色征等級(jí)。
亨特坐標(biāo)為L(zhǎng)ab色坐標(biāo),有三個(gè)矢量,即R_d (相當(dāng)于明度L)、a與b是色坐標(biāo),a表示紅與綠,+a表示紅色矢向,-a表示綠色矢向。b表示黃與藍(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(wú)須測(cè)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(cè)得的+b和理論上的黃色飽與度示值十分近似。
(五)雜質(zhì)測(cè)量原理
雜質(zhì)測(cè)量是使用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)測(cè)量棉花中夾帶的雜質(zhì)與葉屑的含量(顆粒數(shù)與面積百分率),使用一個(gè)高分辨率的攝像頭掃描肯定區(qū)域的試樣表面。在排解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),閾值操縱在樣品表面平均反射率的30%,全部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)和背景的區(qū)分,取決于相對(duì)反射率,而不是雜質(zhì)的色相,所以棉花的底色不會(huì)影響雜質(zhì)的讀數(shù)。