用于注塑制品检测的光纤光栅传感器嵌件及其制造方法_2

文档序号:9614592阅读:来源:国知局
嵌入制品内部,能够显著提高传感器的测量精确度和使用寿命;
[0036](2)提供该传感器嵌件的制造方法,该方法便于操作,制造的传感器嵌件在被内埋于注塑制品后能使注塑制品具有在线温度检测、应变检测或同时具有在线温度和应变检测的功能。
【附图说明】
[0037]图1为一种注塑制品在线检测用的光纤光栅传感器嵌件示意图;
[0038]图2为一种光栅封装器示意图;
[0039]图3为一种注塑制品在线应变检测用的光纤光栅传感器嵌件示意图;
[0040]图4为一种应变光栅封装器示意图。
[0041]其中,1光纤光栅温度传感器;2光纤光栅应变传感器;3光纤塑料保护层;4光栅封装器;5光纤微型连接器;6硬质耐热毛细管;7温度光栅单元;8应变光栅单元;9光栅保护台;10光栅定位架;11第一光栅对传感器;12第二光栅对传感器。
【具体实施方式】
[0042]下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0043]如图1所示,一种注塑工艺制品在线检测用的传感器嵌件主要包括光纤光栅温度传感器1、光纤光栅应变传感器2、光纤塑料保护层3、光栅封装器4、光纤微型连接器5等部分。
[0044]嵌件主要是方便光纤光栅温度传感器1和光纤光栅应变传感器2植入注塑制品内部,保证传感器在注塑工艺的压力和高温下的存活率,并且保证传感器在制品中的目标位置,同时方便制品内部的传感器与外界的信号采集和处理设备连接。
[0045]传感器嵌件的传感元件为光纤光栅温度传感器1和光纤光栅应变传感器2,光纤光栅温度传感器1和光纤光栅应变传感器2由传导光纤和光栅单元区组成,两传感器的光纤表层均有包裹塑料保护层3,光栅单元区外有光栅封装器4保护,光纤微型连接器5在光纤传感器的端部,光栅单元区在光纤光栅传感器的中部,每个传感器有多个光栅单元区,用于多点测量。
[0046]光纤光栅温度传感器1和光纤光栅应变传感器2平行排列,两光纤光栅法向间距优选10_,光栅区位置相邻对应,组成一个光栅对。
[0047]光纤光栅温度传感器1和光纤光栅应变传感器2上均有多个应变光栅单元区,每个光栅单元区的光栅中心波长不同,从光纤传感器的某一端依次递增,增量大于3nm,光栅栅区长度优选10mm,栅区间距根据实际情况而定,但要保证同一光栅对的温度光栅和应变光栅间距一致。
[0048]光纤光栅温度传感器1的温度光栅单元7外套硬质耐热毛细管6,并在管口胶封,温度光栅单元7用来测量制品内部温度的变化。
[0049]光纤光栅温度传感器用来测量制品内部温度的变化,同时作为温补光栅,辅助应变光栅消除由温度引起的应变测量误差。所述光纤光栅温度传感器的光栅单元区需要外套硬质耐热毛细管,例如不锈钢毛细管,并在管口胶封,使其光栅单元区与外界材料隔离,栅区中心波长变化仅与温度相关,实现温度测量。
[0050]光纤光栅应变传感器2依靠应变光栅单元8,用来测量制品内部应变的变化,但应该借助对应的温度光栅单元7排除温度对应变光栅的影响。
[0051]光纤塑料保护层3的材料为热塑性塑料,优选与制品同种材料。所述光纤塑料保护层采用挤出、注塑、涂覆、缠绕等成型工艺包覆在裸纤表面,包覆厚度优选0.25-2.0_,主要用来保护光纤在植入塑料制品过程中不被破坏。
[0052]光栅封装器4为光栅传感器的保护和定位机构,利用热塑性塑料对光栅传感器进行封装和保护。光栅封装器由光栅保护台9和光栅定位架10组成,温度光栅单元7和应变光栅单元8按照一定的间距被平行包埋于光栅保护台中,光纤从光栅保护台9的截面中穿过,温度光栅单元7和应变光栅单元8的平行间距5-15mm,优选10mm,光栅定位架10为柱状或者翼状定位结构,用来支撑光栅保护台9并定位光栅在制品中的位置。
[0053]光栅封装器4起保护和定位两种作用,光栅保护台9具有高的机械强度和模量,可以保护光栅传感器在注塑压力和高温下的安全性;光栅定位架10可以固定于模具中定位工艺孔中或者粘贴与模具内表面,使其准确处于制品内部的目标位置。
[0054]光纤微型连接器5包括内埋接头和外接插头两部分,内埋接头内连光纤光栅,外接插头外接信号采集设备。所述内埋接头在光栅传感器的端部,位于注塑制品边缘部位,内埋接头形成沉孔,隐藏于制品内部。制品后续加工完成后,将外接插头插入内埋接头中,实现内埋于制品的光纤光栅传感器与外部信号处理设备的连接。所述光纤微型连接器实现了光纤光栅从制品内部的引出及出口保护,可显著提高内埋光纤光栅的成活率和可操作性,降低光栅传感器的安装成本。
[0055]光纤光栅传感器嵌件适用于注塑工艺制品中快捷植入传感器,也适用于其他类似成型工艺制品中快捷植入传感器。
[0056]光纤保护层和光栅封装器均为热塑性塑料,优选与制品同种的材料,实现光栅嵌件与注塑制品的无缝融合,同时将传感器对制品性能的影响最大限度地降低,并能够保护光纤和光栅在树脂注塑前后的高温高压环境中的安全性。
[0057]注塑制品在线检测用的光纤光栅传感器嵌件并非必须同时封装温度光栅和应变光栅。在不需要测量温度时,就仅仅保留应变光纤光栅,不再有温度光纤光栅;在仅仅需要测量温度时,仅仅保留温度光纤光栅,不再有应变光纤光栅。
[0058]一种注塑成型塑料制品的在线检测用光纤光栅传感器嵌件的制造方法和步骤如下:
[0059](1)选择掺入光敏性材料的光纤,通过热挤出、注塑、涂覆、缠绕等成型工艺,使光纤外周形成一定厚度的热塑性塑料保护层。
[0060](2)截取设定长度的具有保护层的光纤,根据需要按照一定的间距,剥去一定数量、一定长度的光纤外层塑料保护层,形成多个光纤裸露区,分别在每个光纤裸露区的中心刻制不同中心波长的光栅,形成多个光纤光栅传感器单元。
[0061](3)选取数条已经刻制光栅的光纤,在其光栅单元区外套硬质耐热毛细管,管口和光纤之间的间隙胶封,形成光纤光栅温度传感器,选取数条未外套毛细管的光纤光栅作为光纤光栅应变传感器。
[0062](4)根据制品尺寸需要,制作光栅封装器模具,模具长度大于光纤裸露区。
[0063](5)把一条光纤光栅温度传感器和一条光纤光栅应变传感器按照一定间距平行并列,放入同一光栅封装器模具中,并尽量使光栅区在模具中心,在模具中浇注热塑性塑料熔体,让熔体冷却后完成光栅封装
[0064](6)将光栅封装器脱模,分别在光纤光栅温度传感器和光纤光栅应变传感器的端部接上光纤微型连接器的内埋接头,即制造了同时具有温度测量和应变测量功能的光纤光栅传感器嵌件。
[0065]实施例一:
[0066]—种注塑成型的隔膜压滤机滤板用的光栅传感器嵌件
[0067]如图1所示,该嵌件由一条温度测量光纤光栅和一条应变测量光纤光栅组成,每条光纤上刻制3个光栅单元,光栅单元中心波长分别为1512nm、1516nm、1520nm。光纤保护层和光栅封装器材料和压滤机滤板材料一致,为聚丙烯。光栅保护层的聚丙烯厚度为1mm,每个光栅对有3个光栅封装器,在每条光纤光栅传感器前端安装一个硬质耐热的光纤快捷
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