生丝纤度数据自动采集系统的研发

摘要：

本研究开发出一套具有多功能、高精度、快速和动态计量、稳定可靠等特征的生丝专用纤度数据自动采集系统。通过电子天平通讯端口输出实现数据自动采集，并在上位机中进行软件分析并打印，实现检测数据的自动化及智能化。该系统的稳定性能达到95%以上，准确率达到98%。

关键词：纤度检验；自动采集；软件

我国是世界上最大的茧丝绸生产与出口国，茧丝绸行业是中国加入世贸组织后少数可以主导国际市场的优势产业之一，我国生丝和坯绸产量分别占世界总产量的70%和45%以上，出口量分别占国际市场贸易量的80%和60%左右，丝绸出口额占全国出口总值的3%以上，年创汇40多亿美元。特别是在生产高品位的生丝上，具有技术垄断优势，即使像印度等生丝主产国，在织制高质量绸缎时，不得不购买中国的高品位生丝。随着国际丝绸贸易和消费格局的变化，中国成为了世界茧丝绸业科技、生产中心，肩负着传承和弘扬丝绸发展的重任。为了规范生丝市场秩序，加强对生丝流通领域的管理，国家有关部委建立了我国的生丝公证检验制度，从源头上把住生丝质量关。

生丝纤度作为生丝公检中的主要检测项目，检验内容有平均纤度、纤度偏差、纤度最大偏差等，是生丝品质分级标准中的主要检验项目，在生丝定级中起重要作用。目前我国生丝纤度检测与数据存储方面对人为因素依存度高，严重影响了数据评价及储量监管的水平、效率和可信度，降低了检验的效率与可靠性，制约了数字自动化的进程。

本研究开发出一套具有多功能、高精度、快速和动态计量、稳定可靠等特征的生丝专用纤度检测及其数据传输系统，通过电子天平通讯端口输出实现数据自动采集，并在上位机中进行软件分析并打印，实现检测数据的自动化及智能化。该系统的稳定性能达到95%以上，准确率达到98%。

1 系统设计

1.1 系统组成

生丝纤度数据自动采集系统由高精密度电子天平和数据自动采集程序等4个模块组成，电子天平设计由高精度称重传感器、电子控制器、设定按钮和显示屏以及RS232接口组成。准确度等级为Ⅱ级，最大称重为220g，实际分度值d为1mg。系统的组成结构如图1所示。

图1 生丝纤度数据自动采集系统组成结构

1.2 系统工作原理

数据从电子天平采集后通过电脑专用接口自动读入生丝纤度数据自动采集系统模块，由计算机完成称重―纤度转换―纤度显示，并根据GB/T 1798―2008《生丝试验方法》中生丝检测项目自动计算平均公量纤度、纤度偏差、纤度最大偏差，并且支持检测数据的浏览导出及检验单据的打印，实现了数据的输入输出自动化。

1.3 系统配置

配件要求：显示器尺寸：19英寸以上； CPU 频率：3GHz；内存容量：2GB DDR3；硬盘容量：1TB 7200转；须带串口连接和有源音箱。软件运行平台：winxp3，Access2003。

1.4 系统功能及操作说明

生丝纤度数据自动采集系统包括4个功能模块：

（1）检验：主要用于串口数据连接、称重采集和数据计算保存及打印。进入检验界面，如图2。此界面在点击检验开始按钮时必须先连接好天平才能检验；白色框为手工输入项，灰色框为自动读取项；当200根绞丝全部称重完后，输入完（除样丝干重）白色框的内容点击偏差计算按钮，计算完成；样丝烘干后，在查检验编号的下框中输入检验编号点击检验查询后，输入样丝干重点击平均纤度按钮即可结束全部检验流程。在查检验编号的下框中输入检验编号点击打印按钮即可打印检验数据，如图3。

图2 检验界面

图3 打印界面

（2）浏览：主要进行数据浏览和导出。见图4。

图4 浏览导出界面

（3）密码修改：主要是用户的密码更改和用户删除。见图5。

图5 密码修改界面

（4）增加用户：用于添加新用户。见图6。

图6 添加用户界面

1.5 处理流程

系统的总体处理数据流程图，见图7。

图7 系统总体处理数据流程图

2 系统性能测试

2.1 准确性测试

准确性测试采用同一样品分别在新老设备上各检测4次的方式对比，新设备是本次研发的生丝纤度数据自动采集系统，老设备为目前大多数纤检机构使用的ZSX-84型生丝纤度仪，为了方便计算，用纤度偏差这一检测值进行分析，数据结果见表1。

表1 新老设备生丝纤度检测数据

采用t检验法对两组样本的差异显著性进行检验。在计算出t值后，根据自由度查t表而决定差异是否显著。若计算所得t值在t表中所得概率小于P = 0.02（准确率为98%），就表示差异显著，反之则认为不显著。t检验法的计算公式如下：

式中：

X1、X2――两样本算术平均数；

SX1-X2―― 两样本平均数差数的标准差。

式中：

SX1、SX2――标准差；n―样本个数。

经上述公式计算得出t=0.52，从t分布表中查即表示两个样本的平均数差异不显著，说明这两种设备所测得的数据差异不显著，新设备的准确性能够达到98%。

2.2 稳定性测试

采用同一样品在新设备上检测，分成两个组，每组检测5次，为了方便计算，用纤度偏差这一检测值进行分析，结果见表2。

表2 新设备数据稳定性测试结果

采用F检验法对两组样本的差异显著性进行检验。F检验法用来检验比较两组以上的几组平均数的差异和比较变量的差异的方法。两个方差的比值就是F值。

式中：

S1――第一次测量数据的标准差；

S2――第二次测量数据的标准差。

S1与S2各有它的自由度v1与v2，v=n-1，其中n为样本个数。

根据两个自由度查F0.05（v1，v2）检验表，从表中得到其与F0.01（v1，v2）值，如计算得F>F0.05（v1，v2）则为差异显著，如计算得F>F0.01（v1，v2）则为差异极显著。在计算F值时一般比较大的方差为分子，较小的方差为分母。

经上述公式计算得出F=2.4，查F检验表，自由度v1=v2=4，F0.05（4，4）=6.39，F0.01（4，4）=16.0，故认为新设备的数据稳定性无显著的差异，稳定性可以到达95%。

3 结语

本项目解决老式生丝纤度仪检测效率低、自动化程度不高，不能与计算机信息化管理系统联网的问题，设计了具有生丝纤度自动检测和包括纤度检测报告打印、数据管理和能与本单位的出证软件《生丝检测系统》相连的生丝纤度数据自动采集系统。本项目的研发对于提高目前我国生丝产品纤度检验项目的时效性、科学性，发挥相关计量仪器设备使用兼容性，实现检验数据的自动管理具有积极的作用。整个生丝纤度数据自动采集系统是集安全性、功能性、准确性和稳定性于一体的生丝纤度的专用软件。实现了纤度检验数据的自动采集和相应的管理，以智能化自动化的手段代替人工数据录入、人工数据处理，提高了生丝纤度检测数据处理的速度和效能，提升了检验机构信息化水平。

（作者单位：湖州市纤维检验所）