用于注塑制品檢測的光纖光柵傳感器嵌件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于注塑制品檢測的光纖光柵傳感器嵌件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]注塑成型工藝過程是將熔融的塑料或者塑料基復(fù)合材料在壓力的作用下注射到模具中，冷卻成型后得到各種制品件。注塑成型又稱注射模塑成型，其成型的優(yōu)勢是生產(chǎn)效率高，可以生產(chǎn)各種形狀制品。所得的制品往往就是最后成品，在安裝或作為最終成品使用之前不再需要其它的加工。制品的許多細部，諸如凸起部、肋、螺紋，都可以在注射模塑一步操作中成型出來。
[0003]工業(yè)用傳感器是實現(xiàn)制造業(yè)智能化的關(guān)鍵技術(shù)手段之一，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動化生產(chǎn)過程中，要用各種智能傳感器來監(jiān)測和控制生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)，維持設(shè)備最好的狀態(tài)，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低成本，減少事故。然而適用于固體內(nèi)部溫度和應(yīng)變檢測的傳感器種類并不多，其主要原因是將傳感器植入固體結(jié)構(gòu)件內(nèi)部比較困難。如果在制品液態(tài)成型前植入傳感器，液態(tài)成型以及液固轉(zhuǎn)變過程中的高溫高壓環(huán)境極易導(dǎo)致植入的傳感器失效；如果在制品成型后植入傳感器則需要額外打孔，容易破壞結(jié)構(gòu)件且會產(chǎn)生較大的測量誤差。
[0004]光纖光柵是一種對應(yīng)變和溫度敏感的傳感元件，可實現(xiàn)單根光纖對幾十個節(jié)點的應(yīng)變和溫度的測量，光纖光柵傳感器以激光為檢測信號，抗電磁干擾，纖芯直徑細，對結(jié)構(gòu)件性能幾乎不產(chǎn)生影響，特別適合智能在線檢測。
[0005]光纖光柵傳感器的核心元件是光纖:一條纖細的玻璃纖維。光纖刻制光柵后可以用于溫度、應(yīng)變的在線檢測，然而光纖柔軟，在制品注塑成型時易受到高溫高壓環(huán)境的破壞；此外，注塑過程中注入的熔體具有一定的流動性，會沖刷傳感器，使傳感器在制品中定位困難，因此，在注塑制品中植入光纖光柵傳感器是一項技術(shù)挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種用于注塑制品檢測的光纖光柵傳感器嵌件及其制造方法，本發(fā)明在制品注塑成型過程中可以便捷可靠地植入光纖光柵傳感器嵌件，從而把溫度傳感器和應(yīng)變傳感器內(nèi)埋于制品中，并可定位傳感器，能夠保證傳感器在注塑成型的高溫高壓條件下的存活。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種用于注塑制品檢測的光纖光柵傳感器嵌件，包括光纖光柵、光柵封裝器、保護層和連接器，其中:光纖光柵包括若干個間隔設(shè)置的傳導(dǎo)光纖和光柵單元區(qū)，光纖光柵上設(shè)置有若干個用以保護光柵單元區(qū)的光柵封裝器，所述傳導(dǎo)光纖外部包裹有保護層，光纖光柵的端部設(shè)置有連接器。
[0009]所述光纖光柵為溫度光纖光柵或/和應(yīng)變光纖光柵。
[0010]優(yōu)選的，所述光纖光柵包括溫度光纖光柵和應(yīng)變光纖光柵，且并排設(shè)置，平行間距為 5~15mmη
[0011]所述光柵封裝器包括光柵保護臺和光柵定位架，光柵保護臺將光纖光柵包埋于其中，傳導(dǎo)光纖從光柵保護臺截面出穿過，光柵定位架固定于光柵保護臺下端，用以支撐光柵保護臺并定位光柵在制品中的位置。
[0012]所述溫度光纖光柵、應(yīng)變光纖光柵并非必須同時封裝，若不需要測量溫度時，就僅僅保留應(yīng)變光纖光柵，不再有溫度光纖光柵；若僅僅需要測量溫度時，僅僅保留溫度光纖光柵，不再有應(yīng)變光纖光柵。
[0013]進一步的，當(dāng)只包括溫度光纖光柵或應(yīng)變光纖光柵時，光纖光柵在封裝器保護臺截面中心穿過。
[0014]所述光柵封裝器的定位架為翼狀支架或者柱狀支架。
[0015]所述光柵定位架固定于模具中定位工藝孔中或者粘貼于模具內(nèi)表面，使其準確地處于制品內(nèi)部的目標位置，提高測量數(shù)據(jù)的可靠性。
[0016]當(dāng)包括溫度光纖光柵和應(yīng)變光纖光柵時，所述光柵保護臺內(nèi)的溫度光纖光柵、應(yīng)變光纖光柵平行設(shè)置，平行間距為5-15mm，優(yōu)選10mm。
[0017]所述溫度光纖光柵、應(yīng)變光纖光柵平行排列，兩者的光柵單元區(qū)位置相對應(yīng)，共同組成一個兼具溫度和應(yīng)變測量功能的光柵對。
[0018]所述溫度光纖光柵、應(yīng)變光纖光柵之間的法向距離為7-15mm，優(yōu)選10mm。
[0019]所述溫度光纖光柵、應(yīng)變光纖光柵上均有多個光柵單元區(qū)，每個光柵單元區(qū)都是一個獨立的傳感器，且具有不同的中心波長，中心波長從光纖的一端依次遞增。
[0020]所述遞增量大于3nm。
[0021]所述光柵單元區(qū)的間距根據(jù)實際情況而定，但要保證同一光柵對的溫度光柵和應(yīng)變光柵間距一致。
[0022]所述光柵單元區(qū)長度為5-20mm，優(yōu)選10mm。
[0023]所述溫度光纖光柵的光柵單元區(qū)外部套有保護管，并在管口膠封，使其光柵單元區(qū)與外界材料隔離，柵區(qū)中心波長變化僅與溫度相關(guān)，實現(xiàn)溫度測量。
[0024]所述保護管為毛細管。
[0025]所述連接器包括內(nèi)埋接頭和外接插頭，內(nèi)埋接頭內(nèi)連光纖光柵，外接插頭外接信號采集設(shè)備，所述內(nèi)埋接頭在溫度光纖光柵、應(yīng)變光纖光柵的端部，位于注塑制品邊緣部位，內(nèi)埋接頭隱藏于制品內(nèi)部，方便制品成型和后續(xù)加工。制品后續(xù)加工完成后，將外接插頭插入內(nèi)埋接頭中，使制品內(nèi)外光纖精密對接起來，實現(xiàn)內(nèi)埋于制品的光纖光柵傳感器與外部信號處理設(shè)備的連接，完成光纖延長、光信號中繼。所述連接器能實現(xiàn)光纖光柵從制品內(nèi)部的引出及出口保護，提高了內(nèi)埋光纖光柵的成活率和可操作性，降低光柵傳感器的安裝成本。
[0026]所述光纖保護層和光柵封裝器均為熱塑性塑料，優(yōu)選與制品同種的材料，以實現(xiàn)光柵嵌件與注塑制品的無縫融合，將傳感器對制品性能的影響最大限度地降低，同時更好的保護光纖和光柵在高溫高壓環(huán)境下的安全性。
[0027]—種基于上述傳感器嵌件的制造方法，包括以下步驟:
[0028](1)選擇摻入光敏性材料的光纖，通過熱擠出、注塑、涂覆和纏繞成型工藝，使光纖外周形成一定厚度的保護層；
[0029](2)截取設(shè)定長度的具有保護層的光纖，根據(jù)檢測要求按照設(shè)定的間距，剝?nèi)ピO(shè)定數(shù)量、設(shè)定長度的光纖外層塑料保護層，并在裸纖上刻制光柵，形成若干個光柵單元區(qū)，分別在每個光柵單元區(qū)的中心刻制不同中心波長的光柵，形成若干個光纖光柵傳感器單元；
[0030](3)在光柵單元區(qū)外套保護管，保護管管口和光纖之間的間隙膠封，形成溫度光纖光柵，選取未外套保護管的光纖光柵作為應(yīng)變光纖光柵；
[0031](4)根據(jù)制品尺寸，制作光柵封裝器模具，將溫度光纖光柵、應(yīng)變光纖光柵按照一定間距平行并列，放入同一光柵封裝器模具中，使光柵單元區(qū)位于光柵封裝器內(nèi)部，在模具中澆注熱塑性塑料熔體，熔體冷卻后即完成光柵封裝；
[0032](5)把光柵封裝器脫模，分別在溫度光纖光柵和應(yīng)變光纖光柵的端部接上連接器的內(nèi)埋接頭。
[0033]所述步驟(4)中，光柵封裝器模具型腔的長度大于光柵單元區(qū)的長度。
[0034]本發(fā)明的有益效果為:
[0035](1)提供一種光纖光柵傳感器嵌件，該傳感器嵌件可以在注塑成型過程中便捷可靠地植入制品內(nèi)部，從而把溫度傳感器和應(yīng)變傳感器內(nèi)埋于制品中，并可定位傳感器，能夠保證傳感器在注塑成型的高溫高壓條件下的存活，傳感器無縫