一种再生有机树脂复合型材成型检测用高速应变光纤传感器及其测量方法与流程

本发明属于光学传感领域，具体涉及一种再生有机树脂复合型材成型检测用高速应变光纤传感器及其测量方法。

背景技术：

1、再生有机树脂复合型材是由废线路板树脂粉、塑料颗粒和助剂等通过螺杆挤出成型机制备而成，其与木塑型材的最大区别是加入了废线路板树脂粉，以资源化的方式回收利用了线路板有机树脂废料。废线路板树脂粉中含有玻璃纤维、环氧树脂等成分，不仅能够有效提高型材的力学性能，同时实现了废料的高效循环再生。但加入废线路板树脂粉后使复合型材的传热性能降低，在成型过程中材料内部受热不均匀，在连续出料、成型并冷却的过程中，比木塑型材更易产生横向弯曲，如图7所示。

2、复合型材出料后通过磨具成型，并采用循环水对其进行冷却定型，当型材产生横向弯曲时，需快速调节循环水输出参数及挤出速度，如不及时调整，产出的型材将因横向弯曲导致无法使用，甚至因型材变形导致卡机、堵料，严重影响产品质量与生产效率。目前，检测型材是否发生横向弯曲均采用肉眼进行观察，存在误差大、耗费人工及响应不及时等问题，因此急需开发一种快速、高效的型材形变响应方法及器件，从而有效降低废品率、提高生产质量及效率。

3、应变传感器是一种用于测量由于物体受力所产生的形变的传感器，应变传感器是工业生产中最为常用的一种传感器，广泛地应用于航空航天、机械制造、石油、煤炭、钢铁、交通、计量等领域，也常用于人们生活中，如各种电子称、材料形变、推力形变、水坝坝体承载状况监测等。

4、目前应用最广泛的应变传感器是电阻应变传感器，它是以电阻应变片为转换元件的传感器，电阻应变片是最常采用的传感元件，能将机械构件的应变转换为电阻值的变化。电阻应变传感器由弹性敏感元件、电阻应变片、补偿电阻和外壳组成，弹性敏感元件受到力的作用而产生形变，并使附着其上的电阻应变片一起形变，电阻应变片再将形变转换为电阻值的变化。电阻应变传感器的优点是测量范围广、结构简单、频响特性好、品种多样等，但其缺点也非常明显：传感器响应速度慢、线性度差，通常形变引起的电阻应变片的电阻值变化较小，导致输出信号较弱，抗外界电磁干扰能力较差等。总之，目前的应变传感器具有重量大、噪声大、易受电磁干扰、抗腐蚀性能差、响应速度慢等缺点。

5、光纤器件具有结构简单、体积小、重量轻、损耗小、光学特性设计灵活多样、稳定性好等优点，目前光纤在传感领域的应用越来越广泛，光纤传感器的巨大优势也逐渐凸显，例如精度高、抗电磁干扰、对被测环境影响小、响应速度快等，而且光纤传感器适合在恶劣环境中工作，在生物、化学及多种工程工业领域，可用于强电磁辐射、强核辐射、强腐蚀性的复杂环境。

6、因此，开发一种再生有机树脂复合型材成型检测用高速应变光纤传感器及方法应用于再生有机树脂复合型材成型过程中的检测，可有效解决现有工艺技术中肉眼分辨导致的误差大、耗费人工及响应不及时等问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种再生有机树脂复合型材成型检测用高速应变光纤传感器及其测量方法，用以解决目前应变传感器重量大、易老化、噪声大、易受电磁干扰、抗腐蚀性能差、响应速度慢的问题，实现再生有机树脂复合型材成型过程中的快速检测及高效响应。

2、本发明通过以下技术方案实现：

3、一种再生有机树脂复合型材成型检测用高速应变光纤传感器，所述高速应变传感器包括光源1、第一光纤耦合器2、第一光纤环3、第二光纤耦合器4、第二光纤环5、形变片6、光谱仪7和处理系统8；

4、所述光源1的光输出端与第一光纤耦合器2的第一光输入端相连接，

5、所述第一光纤环3分别与第一光纤耦合器2的第二光输入端和第一光纤耦合器2的第二光输出端相连接；

6、所述第一光纤环3分别与第二光纤耦合器4的第一光输入端和第二光纤耦合器4第一光输出端相连接；

7、所述第二光纤环5分别与第二光纤耦合器4的第二光输入端和第二光纤耦合器4第二光输出端相连接；

8、所述第一光纤环3和第二光纤环5部分光纤均固定在形变片6的表面；

9、所述第一光纤耦合器2的第一光输出端与光谱仪7的光输入端相连接，

10、所述光谱仪7的电输出端与处理系统8的电输入端相连接，所述处理系统8的电输出端输出传感器输出信号。

11、一种再生有机树脂复合型材成型检测用高速应变光纤传感器，所述形变片6为薄片状物体，所述形变片6为二维矩形物体；所述形变片6的长边沿为x方向，所述形变片6的短边沿为y方向，

12、所述第一光纤环3被固定在形变片6表面上的光纤是沿x方向的；所述第一光纤环3被固定在形变片6表面上的光纤垂直于y方向；

13、所述第二光纤环5被固定在形变片6表面上的光纤是沿x方向的；所述第二光纤环5被固定在形变片6表面上的光纤垂直于y方向。

14、一种再生有机树脂复合型材成型检测用高速应变光纤传感器，所述的第一光纤环3被固定在形变片6表面上的光纤的长度与第二光纤环5被固定在形变片6表面上的光纤的长度是相同的；

15、所述的第一光纤耦合器2的光纤材料、第一光纤环3的光纤材料、第二光纤耦合器4的光纤材料、第二光纤环5的光纤材料均是相同的。

16、一种再生有机树脂复合型材成型检测用高速应变光纤传感器，所述第一光纤耦合器2、第一光纤环3与第二光纤耦合器4构成第一光纤环形谐振腔；

17、所述第二光纤耦合器4与第二光纤环5构成第二光纤环形谐振腔。

18、一种再生有机树脂复合型材成型检测用高速应变光纤传感器，所述第一光纤环3被固定在形变片6表面上的光纤的长度与第一光纤环形谐振腔腔长的一半接近、但小于第一光纤环形谐振腔腔长的一半；

19、所述的第二光纤环5被固定在形变片6表面上的光纤的长度与第二光纤环形谐振腔腔长的一半接近、但小于第二光纤环形谐振腔腔长的一半；

20、所述第一光纤环形谐振腔的腔长与第二光纤环形谐振腔的腔长相同，所述第一光纤环形谐振腔的半径大于第二光纤环形谐振腔的半径。

21、一种再生有机树脂复合型材成型检测用高速应变光纤传感器，所述的第一光纤环形谐振腔，光在第一光纤环形谐振腔中传输一周的透射率接近于1；

22、所述的第二光纤环形谐振腔，光在第二光纤环形谐振腔中传输一周的透射率接近于1。

23、所述的第一光纤耦合器2为2×2光纤耦合器，其耦合比为64:36。

24、所述的第二光纤耦合器4为2×2光纤耦合器，其耦合比为64:36。

25、所述的光源1的输出光的功率是恒定的，且光的线宽至少是两光纤环形谐振腔的相邻谐振频率的频率间隔的5倍。

26、一种再生有机树脂复合型材成型检测用高速应变光纤传感器，所述的处理系统8包括采集滤波电路8-1和分析输出电路8-2；

27、所述采集滤波电路8-1的电输入端为处理系统8的电输入端，所述分析输出电路8-2的电输出端为处理系统8的电输出端；

28、所述光谱仪7的电输出端与采集滤波电路8-1的电输入端相连接，所述采集滤波电路8-1的电输出端与分析输出电路8-2的电输入端相连接，所述分析输出电路8-2的电输出端输出传感器输出信号。

29、一种再生有机树脂复合型材成型检测用高速应变光纤传感器的测量方法，所述测量方法包括以下步骤：

30、步骤1：将形变片6固定在型材上；

31、步骤2：基于步骤1的形变片6构建直角坐标系；

32、步骤3：基于步骤2的坐标系，基于感应透明效应透射谱的周期，判断型材变形时，若感应透明效应透射谱的周期变小，则型材沿x轴变长，若感应透明效应透射谱的周期变大，则型材沿x轴变短。

33、一种再生有机树脂复合型材成型检测用高速应变光纤传感器的测量方法，所述步骤2构建直角坐标系具体为，所述形变片6的长边沿x方向设置，所述形变片6的短边沿y方向设置，则x、y构成直角坐标系；

34、所述第一光纤环3被固定在形变片6表面上的光纤沿x方向设置；

35、所述第二光纤环5被固定在形变片6表面上的光纤沿x方向设置。

36、一种再生有机树脂复合型材成型检测用高速应变光纤传感器的测量方法，所述步骤3型材变形时，只能测量与形变片6的长边平行的方向上的形变。

37、一种再生有机树脂复合型材成型检测用高速应变光纤传感器的测量方法，所述步骤3具体为，第一光纤耦合器2的第一光输出端输出感应透明效应透射谱至光谱仪7，光谱仪7采集透射谱，然后将透射谱转化为透射谱电压信号、并将透射谱电压信号送入处理系统8，处理系统8采集透射谱电压信号，然后对透射谱电压信号进行滤波、数据分析，获得透射谱的周期，进而得出型材的形变，最后，处理系统8输出传感器输出信号，传感器输出信号包含型材的形变。

38、本发明的有益效果是：

39、本发明包含两个相互耦合的光纤环形谐振腔，可产生感应透明效应，当型材发生形变时，会使两光纤环形谐振腔的腔长产生相同的变化，进而改变感应透明效应的周期，本发明具有重量轻、寿命长、精度高、抗电磁干扰、抗腐蚀性能好、响应速度快的优点。