用于模壓制品檢測的光纖光柵傳感器嵌件及其制造方法技術

本發明專利技術公開了一種用于模壓制品檢測的光纖光柵傳感器嵌件及其制造方法，嵌件包括溫度光纖光柵、應變光纖光柵、光柵封裝器、保護層和連接器，其中：溫度光纖光柵、應變光纖光柵并排設置，均包括若干個間隔設置的傳導光纖和光柵單元區，溫度光纖光柵、應變光纖光柵上設置有保護光柵單元區的光柵封裝器，所述傳導光纖外部包裹有保護層，溫度光纖光柵、應變光纖光柵的端部設置有連接器。本發明專利技術在制品模壓成型過程中可以便捷可靠地植入，從而把溫度傳感器和應變傳感器內埋于制品中，并可定位傳感器，能夠保證傳感器在模壓成型的高溫高壓條件下的存活，并且傳感器無縫嵌入制品內部，能夠顯著提高傳感器的測量精確度和使用壽命。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種用于模壓制品檢測的光纖光柵傳感器嵌件及其制造方法。
技術介紹
制造業是國民經濟的主體，是立國之本、興國之器、強國之基，實現“中國制造2025”對制造業智能化提出了更高的要求，因此生產過程的智能檢測、智能控制、智能診斷、智能決策、智能維護的需求不斷提高。在現代工業生產尤其是自動化生產過程中，要用各種傳感器來監測和控制生產過程中的各個參數，維持設備最好的狀態，力求產品質量好、生產成本低。工業用傳感器是實現制造業智能化的關鍵技術手段之一。工業傳感器有熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件等眾多種類。然而適用于固體內部溫度和應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構件內部比較困難。如果在制品液態成型前植入傳感器，制品液態成型以及液固轉變過程中的高溫高壓環境極易導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，容易破壞結構件且會產生較大的測量誤差。光纖光柵是一種對應變和溫度敏感的傳感元件，可實現單根光纖對幾十個節點的應變和溫度的測量，以激光為檢測信號，抗電磁干擾，纖芯直徑小，對結構件性能幾乎不產生影響，特別適合智能在線檢測。光纖光柵傳感器的核心元件是光纖：一條纖細的玻璃纖維。光纖刻制光柵后可用于溫度、應變的在線檢測，然而光纖柔軟，在制品模壓成型時易受到高溫高壓環境的破壞。因此，在模壓制品中植入光纖光柵傳感器是一項技術挑戰。
技術實現思路
本專利技術為了解決上述問題，提出了一種用于模壓制品檢測的光纖光柵傳感器嵌件及其制造方法，本專利技術在制品模壓成型過程中可以便捷可靠地植入，從而把溫度傳感器和應變傳感器內埋于制品中，并可定位傳感器，能夠保證傳感器在模壓成型的高溫高壓條件下的存活。為了實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：一種用于模壓制品檢測的光纖光柵傳感器嵌件，包括溫度光纖光柵、應變光纖光柵、光柵封裝器、保護層和連接器，其中：溫度光纖光柵、應變光纖光柵并排設置，均包括若干個間隔設置的傳導光纖和光柵單元區，溫度光纖光柵、應變光纖光柵上設置有保護光柵單元區的光柵封裝器，所述傳導光纖外部包裹有保護層，溫度光纖光柵、應變光纖光柵的端部設置有連接器。所述光柵封裝器包括光柵保護臺和光柵定位架，光柵保護臺將溫度光纖光柵、應變光纖光柵按照一定的間距平行包埋于其中，傳導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。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表面，使其準確地處于制品內部的目標位置，提高測量數據的可靠性。所述光柵保護臺內的溫度光纖光柵、應變光纖光柵平行設置，平行間距為7-15mm，優選10mm。所述溫度光纖光柵、應變光纖光柵平行排列，兩者的光柵單元區位置相對應，共同組成一個兼具溫度和應變測量功能的光柵對。所述溫度光纖光柵、應變光纖光柵之間的法向距離為7-15mm，優選10mm。所述溫度光纖光柵、應變光纖光柵上均有多個光柵單元區，每個光柵單元區都是一個獨立的傳感器，且具有不同的中心波長，中心波長從光纖光柵傳感器的一端依次遞增。所述遞增量大于3nm。所述光柵單元區的間距根據實際情況而定，但要保證同一光柵對的溫度光柵和應變光柵間距一致。所述光柵單元區長度為5-20mm，優選10mm。所述溫度光纖光柵的光柵單元區外部套有保護管，并在管口膠封，使其光柵單元區與外界材料隔離，柵區中心波長變化僅與溫度相關，實現溫度測量。所述保護管為毛細管。所述連接器包括內埋接頭和外接插頭，內埋接頭內連光纖光柵，外接插頭外接信號采集設備，所述內埋接頭在溫度光纖光柵、應變光纖光柵的端部，位于模壓制品邊緣部位，內埋接頭隱藏于制品內部，方便制品成型和后續加工。制品后續加工完成后，將外接插頭插入內埋接頭中，使制品內外光纖精密對接起來，實現內埋于制品的光纖光柵傳感器與外部信號處理設備的連接，完成光纖延長、光信號中繼。所述連接器能實現光纖光柵從制品內部的引出及出口保護，提高了內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。所述光纖保護層和光柵封裝器均為熱塑性塑料，優選與制品同種的材料，以實現光柵嵌件與模壓制品的無縫融合，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境下的安全性。所述溫度光纖光柵、應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，不再有應變光纖光柵。一種基于上述傳感器嵌件的制造方法，包括以下步驟：(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；(2)截取設定長度的具有保護層的光纖，根據檢測要求按照設定的間距，剝去設定數量、設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，分別在每個光柵單元區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；(3)在光柵單元區外套保護管，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變光纖光柵；(4)根據制品尺寸，制作光柵封裝器模具，將溫度光纖光柵、應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，使光柵單元區位于光柵封裝器內部，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；(5)把光柵封裝器脫模，分別在溫度光纖光柵和應變光纖光柵的端部接上連接器的內埋接頭。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的長度。本專利技術的有益效果為：(1)提供一種光纖光柵傳感器嵌件，該傳感器嵌件在制品模壓成型過程中可以便捷可靠地植入，從而把溫度傳感器和應變傳感器內埋于制品中，并可定位傳感器，能夠保證傳感器在模壓成型的高溫高壓條件下的存活，并且傳感器無縫嵌入制品內部，能夠顯著提高傳感器的測量精確度和使用壽命；(2)提供該傳感器嵌件的制造方法，該方法易操作，制造的傳感器嵌件在被內埋于模壓制品后能使模壓制品具有在線溫度檢測、應變檢測或同時具有在線溫度和應變檢測的功能。附圖說明圖1為一種模壓制品在線檢測用的光纖光柵傳感器嵌件示意圖；圖2為光柵封裝器示意圖；其中，1光纖光柵溫度傳感器；2光纖光柵應變傳感器；3光纖塑料保護層；4光柵封裝器；5光纖微型連接器；6硬質耐熱毛細管；7溫度光柵單元；8應變光柵單元；9光柵保護臺；10光柵定位架；11第一光柵對傳感器本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于模壓制品檢測的光纖光柵傳感器嵌件，其特征是：包括溫度光纖光柵、應變光纖光柵、光柵封裝器、保護層和連接器，其中：溫度光纖光柵、應變光纖光柵并排設置，均包括若干個間隔設置的傳導光纖和光柵單元區，溫度光纖光柵、應變光纖光柵上設置有保護光柵單元區的光柵封裝器，所述傳導光纖外部包裹有保護層，溫度光纖光柵、應變光纖光柵的端部設置有連接器。

【技術特征摘要】
1.一種用于模壓制品檢測的光纖光柵傳感器嵌件，其特征是：包括溫度光纖光柵、應變
光纖光柵、光柵封裝器、保護層和連接器，其中：溫度光纖光柵、應變光纖光柵并排設置，
均包括若干個間隔設置的傳導光纖和光柵單元區，溫度光纖光柵、應變光纖光柵上設置有保
護光柵單元區的光柵封裝器，所述傳導光纖外部包裹有保護層，溫度光纖光柵、應變光纖光
柵的端部設置有連接器。
2.如權利要求1所述的一種用于模壓制品檢測的光纖光柵傳感器嵌件，其特征是：所述
光柵封裝器包括光柵保護臺和光柵定位架，光柵保護臺將溫度光纖光柵、應變光纖光柵按照
一定的間距平行包埋于其中，傳導光纖從光柵保護臺截面中穿過，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；所述光柵定位架固定于模具的
定位工藝孔中或者粘貼于模具內表面。
3.如權利要求1所述的一種用于模壓制品檢測的光纖光柵傳感器嵌件，其特征是：所述
溫度光纖光柵、應變光纖光柵平行排列，兩者的光柵單元區位置相對應，共同組成一個兼具
溫度和應變測量功能的光柵對。
4.如權利要求1所述的一種用于模壓制品檢測的光纖光柵傳感器嵌件，其特征是：所述
溫度光纖、應變光纖上均有多個光柵單元區，每個光柵單元區都是一個獨立的傳感器。
5.如權利要求4所述的一種用于模壓制品檢測的光纖光柵傳感器嵌件，其特征是：所述
光柵單元區長度為5-20mm，且具有不同的中心波長，中心波長從光纖傳感器一端依次遞增，
增量大于3nm。
6.如權利要求1所述的一種用于模壓制品檢測的光纖光柵傳感器嵌件，其特征是：所述
溫度光纖光柵的光柵單元區外部套有保護管，并在管口膠封，使其光柵單元區與外界材料隔
離，柵區中心波長變化僅與溫度相關...

【專利技術屬性】
技術研發人員：賈玉璽，郭云力，安立佳，董琪，高琳琳，葉慧，王慶林，周勇，
申請(專利權)人：山東大學，中國科學院長春應用化學研究所，
類型：發明
國別省市：山東;37