单丝是高分子材料经过加热、融解、牵伸后得到的单根细长丝,单丝取向度在单丝牵伸后会发生变化,取向度是衡量单丝硬度、韧度等性质的一个重要指标,故对单丝取向度进行监控是保证单丝品质的一个重要措施。目前常用的单丝取向度测量方法有X射线衍射法、红外光谱法、光学双折射法、声速法,其中前三种方法测量时需要使用大型仪器,且操作十分麻烦,适用于实验室研究使用,本课题需要设计一款适合工业场合使用的、价格低廉的单丝取向度测量仪,结合课题需求本设计选用的单丝取向度测量方法为声速法,即通过测量声音信号在单丝中的传播速度得到取向度的值。为了实现单丝取向度的测量,本课题设计了一款单丝取向度测量仪,此测量仪机械结构上搭载了两个超声波传感器,一个作为发送端,另一个作为接收端,当发送端超声波传感器受到激励后会产生声波信号,声波信号沿着单丝进行传播,传播至接收端后,接收端的超声波传感器将此声波信号转换为电信号,根据发送端到接收端的距离与声波信号从发送端到接收端的传播时间即可计算得到单丝中声音的传播速度。本课题选用STM32F103VET6作为微处理器并设计了激励脉冲放大电路与接收信号处理电路实现对发送端到接收端的传播时间的测量。微处理器产生一定宽度的单脉冲,单脉冲经激励脉冲放大电路处理后传递至发送端超声波传感器使其产生声波信号,接收信号处理电路对接收端超声波传感器转换成的电信号进行滤波、放大等处理后送至微处理器进行AD采集与存储,然后通过过零点检测法对微处理器采集的波形查找第二个波峰后零点处的时间值,减去系统延时即可得到声音信号从发送端到接收端的传播时间。通过速度求取公式可计算得到声音信号在单丝内的传播速度,然后用声速法计算公式求取单丝取向度的大小。本单丝取向度测量仪原理简单、方便实用、成本低廉,且测量精密度优于1%,可用于单丝、薄膜等高分子材料取向度的测量。