CN114112104A - 用于高压流道的光纤温度传感器封装方法及耐压测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于高压流道的光纤温度传感器封装方法及耐压测试方法，封装方法采用能够承受高温高压的不锈钢毛细管作为光纤光栅传感器的主要封装材料，用法兰解决光纤与模具之间的密封问题，并通过尾端固定、盘绕、前端固定、解盘绕四个步骤方便、低成本地实现光纤的屈曲及屈曲长度预留量的控制。

Description

用于高压流道的光纤温度传感器封装方法及耐压测试方法
技术领域
本发明涉及光纤温度传感器技术领域，具体涉及用于高压流道的光纤温度传感器封装方法及耐压测试方法。
背景技术
在汽车零件注塑生产过程中，流道内成型塑料的温度(超过150℃)、压力(超过120MPa)是注塑控制的关键参数。现有监测技术多为热电偶传感器，由于其体积较大，很难布置到流道内，一般都安装在模具流道外侧，所测温度与热流道内的注塑体实际温度相差较大，另外也无法实现分布式多点监测，严重制约模具企业设计能力的提升。
光纤光栅传感器具有直径小(最小可达125微米)、可以在一条线上多点分布式测量等优点，是解决注塑模流道内温度场直接测量的理想监测元件。但是如果直接将现有裸光纤光栅传感器布置在高压流道内部，以石英为主要材料的光纤光栅传感器极易在高压作用下发生折断，另外光纤光栅传感器在穿出高压流道时，光纤与模具之间也不易密封。部分光纤传感器开发企业针对光纤易折断问题，探索了金属管封装的光纤光栅单点式温度传感器，并制作成温度探头，此类传感器的刚度大，能在恶劣工况下工作，但只能单点测量，其体积也限制了在热流道中的使用，更无法实现沿着高温、高压流道弯曲布置。
本发明提出一种新型适用于高压流道的小型准分布式光纤温度传感器封装方法及高压测试方法，使光纤光栅温度传感器能够应用于高压流道内部温度场监测，解决了高端注塑模流道内温度场监测难题，为注塑模工艺数字化提供了新的检测手段。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提出用于高压流道的光纤温度传感器封装方法及耐压测试方法，使光纤光栅温度传感器能够应用于高压流道内部温度场监测。
为达成上述目的，本发明提供如下技术方案：
用于高压流道的光纤温度传感器封装方法，包括如下步骤：
S1、将刻有光纤光栅的光纤穿入不锈钢毛细管中，在不锈钢毛细管的尾端将光纤与不锈钢毛细管固定；
S2、对不锈钢毛细管进行盘绕，使光纤向内缩进；
S3、达到光纤缩进预留量后，在不锈钢毛细管的前端将光纤与不锈钢毛细管固定；
S4、解除不锈钢毛细管的盘绕，使不锈钢毛细管恢复成直线型；
S5、用焊接的方法将不锈钢毛细管与法兰进行连接并密封。
作为优选，所述不锈钢毛细管的端部通过粘合剂与光纤固定。
作为优选，所述不锈钢毛细管的材质为304不锈钢。
作为优选，所述不锈钢毛细管的外径为1-2mm，壁厚为0.2-0.3mm。
作为优选，所述不锈钢毛细管与法兰在焊接前为间隙配合。
作为优选，所述步骤S5的具体步骤为：将不锈钢毛细管与法兰初步固定后，在不锈钢毛细管与法兰的间隙处填入金属粉末；用高温火焰枪将金属粉末融化，利用毛细现象使熔融金属填充空隙，使不锈钢毛细管与法兰之间密封；冷却固化后检查焊接质量。
作为优选，所述步骤S5的具体步骤为：将不锈钢毛细管与法兰初步固定后，在不锈钢毛细管与法兰的间隙处填入金属粉末；用高温火焰枪将金属粉末融化，同时在法兰另一侧采用真空泵抽吸使熔融金属流进空隙，使不锈钢毛细管与法兰之间密封；冷却固化后检查焊接质量。
通过上述封装方法制得的光纤温度传感器的耐压测试方法，包括如下步骤：
S1、将完成封装的光纤温度传感器插入至高压试验箱，并将法兰与高压试验箱外侧的法兰安装盘固定，将液压油注入高压试验箱中检查是否密封；
S2、将光纤温度传感器与光纤传感解调仪连接，光纤传感解调仪与上位机连接；
S3、通过与高压试验箱内腔连接的液压泵进行逐渐加压，记录上位机数据以及观察装置运行情况；
S4、达到试验设置的压力值后，保持一定时间，记录数据；
S5、液压泵卸压，卸下法兰，观察光纤温度传感器的变形情况。
作为优选，所述法兰通过螺栓与法兰安装盘连接。
作为优选，所述法兰与法兰安装盘之间设有密封垫圈。
本发明与现有技术相对比，其有益效果在于：
1、本发明提出的尾端固定、盘绕、前端固定、解盘绕工艺步骤，能够方便、低成本地实现对毛细管内光纤屈曲长度预留量的精确控制，从而消除后期使用中毛细管弯曲或者热膨胀对光纤光栅传感器测温带来的不利影响，为该传感准确测温提供了一种可行的方法。
2、本发明通过使用法兰进行便拆式连接，结构简单，承压性能好，且拆装方便，保证高压试验箱在实验过程中的密封性，可以达到在传感器批量测试中实现快速更换待测传感器的效果。
3、本发明通过将不锈钢毛细管焊接固定在法兰上，可同时实现密封和承压的效果，可通过改变焊接金属的材料及焊接参数来调整能承受的耐温与耐压性能，从而适应不同注塑工艺需求。
4、本发明制得的不锈钢毛细管封装结构具有尺寸小，耐温、耐压性能高的特点，因而可以将封装的光纤光栅传感器置于注塑模高压流道内监测温度场分布及变化规律，并能够沿着高温、高压流道弯曲布置，精确获取注塑过程中制品成型全过程的温度场变化情况。
5、本发明所述高压试验箱可试验光纤光栅的承压能力，还可通过液压泵调整高压试验箱内的压力，操作简便，使用效果好。
附图说明
图1是本发明中封装完成的光纤温度传感器的结构示意图。
图2是本发明中光纤温度传感器屈曲铺设工艺示意图。
图3是本发明中焊接结构示意图。
图4是本发明中耐压测试装置的结构示意图。
图中：1-液压泵，2-高压试验箱，3-光纤温度传感器，301-光纤，302-光纤布拉格光栅，303-不锈钢毛细管，304-尾端密封，305-前端密封，306-法兰，4-密封垫圈，5-螺栓，6-光纤传感解调仪，7-上位机。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步具体的说明。
实施例：参照图1，本实施例封装完成的光纤温度传感器3包括屈曲状的光纤301、光纤布拉格光栅302、不锈钢毛细管303、尾端密封304、前端密封305以及用于安装于模具的法兰306，封装时采用能够承受高温高压的不锈钢毛细管303作为光纤光栅传感器的主要封装材料，用金属法兰306解决光纤301与模具之间的密封问题，并通过尾端固定、盘绕、前端固定、解盘绕四个步骤实现光纤301的屈曲及屈曲长度预留量的控制，消除不锈钢毛细管303弯曲或者热膨胀对光纤光栅传感器测温带来的不利影响。本实施例中不锈钢毛细管303的材质为304不锈钢，外径为1.5mm，壁厚0.25mm，可承受120MPa的压力。
具体而言，参照图2，封装方法包括如下步骤：
S1、将刻有光纤布拉格光栅302的光纤301穿入不锈钢毛细管303中，在不锈钢毛细管303的尾端用胶将光纤301与不锈钢毛细管303固定住。
S2、对不锈钢毛细管303进行盘绕，使光纤301向内自然缩进；盘绕半径、圈数根据需要的缩进预留量来确定，具体实施时可根据实际测量结果调整盘绕半径、圈数。
S3、达到光纤缩进预留量后，在不锈钢毛细管303的前端用粘合剂将光纤301与不锈钢毛细管303固定。
S4、待光纤301在不锈钢毛细管303的两端都固定后，松开不锈钢毛细管303的盘绕，使不锈钢毛细管303恢复成直线型；此时光纤301将呈屈曲状。
S5、用焊接的方法将不锈钢毛细管303与法兰306进行连接并密封，法兰306中间设有穿孔，该孔与不锈钢毛细管303在焊接前为间隙配合；本实施例中不锈钢毛细管303与法兰306的焊接方法具体为：将不锈钢毛细管303穿过法兰306后与法兰306初步固定，法兰306靠近不锈钢毛细管303的前端，不锈钢毛细管303与法兰306间隙配合；在不锈钢毛细管303与法兰306的间隙处填入金属粉末；用高温火焰枪将金属粉末融化，利用毛细现象使熔融金属填充空隙，使其密封，如图3所示；冷却固化后检查焊接质量。
在本发明的其它实施中，也可以采用第二种焊接方法，该焊接方法与本实施例提供的第一种大致相同，区别在于熔融金属进入间隙的驱动力不同，第二种方法在法兰306另一侧采用真空泵抽吸使熔融金属流进空隙。
本实施例封装完成的光纤温度传感器采用耐压测试装置进行密封及耐压性能的测试，参照图4，耐压测试装置包括手动液压泵1、高压试验箱2、金属密封垫圈3、螺栓5、光纤传感调节仪6以及上位机7，其中液压泵1与高压试验箱2顶部的接口通过管道连接，高压试验箱2的侧面设有用于插入光纤温度传感器的插入口，插入口处设有法兰安装盘，用于固定法兰306。
耐压测试方法的具体步骤如下：
S1、将完成封装的光纤温度传感器3插入至高压试验箱2，并将法兰306与法兰安装盘固定，具体地，法兰306与法兰安装盘通过螺栓5固定，中间设有金属的密封垫圈4，然后将液压油注入高压试验箱2中检查是否密封；
S2、将光纤温度传感器3与光纤传感解调仪6连接，光纤传感解调仪6与上位机7连接；
S3、通过液压泵1对高压试验箱2内腔进行逐渐加压，记录上位机数据以及观察装置运行情况；
S4、达到试验设置的压力值后，保持10min，记录数据；
S5、将手动液压泵1的卸压阀打开，放出液压油，卸下法兰306，观察光纤温度传感器3的变形情况。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.用于高压流道的光纤温度传感器封装方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将刻有光纤光栅的光纤穿入不锈钢毛细管中，在不锈钢毛细管的尾端将光纤与不锈钢毛细管固定；
S2、对不锈钢毛细管进行盘绕，使光纤向内缩进；
S3、达到光纤缩进预留量后，在不锈钢毛细管的前端将光纤与不锈钢毛细管固定；
S4、解除不锈钢毛细管的盘绕，使不锈钢毛细管恢复成直线型；
S5、用焊接的方法将不锈钢毛细管与法兰进行连接并密封。
2.根据权利要求1所述的用于高压流道的光纤温度传感器封装方法，其特征在于，所述不锈钢毛细管的端部通过粘合剂与光纤固定。
3.根据权利要求1所述的用于高压流道的光纤温度传感器封装方法，其特征在于，所述不锈钢毛细管的材质为304不锈钢。
4.根据权利要求1所述的用于高压流道的光纤温度传感器封装方法，其特征在于，所述不锈钢毛细管的外径为1-2mm，壁厚为0.2-0.3mm。
5.根据权利要求1所述的用于高压流道的光纤温度传感器封装方法，其特征在于，所述不锈钢毛细管与法兰在焊接前为间隙配合。
6.根据权利要求5所述的用于高压流道的光纤温度传感器封装方法，其特征在于，所述步骤S5的具体步骤为：将不锈钢毛细管与法兰初步固定后，在不锈钢毛细管与法兰的间隙处填入金属粉末；用高温火焰枪将金属粉末融化，利用毛细现象使熔融金属填充空隙，使不锈钢毛细管与法兰之间密封；冷却固化后检查焊接质量。
7.根据权利要求5所述的用于高压流道的光纤温度传感器封装方法，其特征在于，所述步骤S5的具体步骤为：将不锈钢毛细管与法兰初步固定后，在不锈钢毛细管与法兰的间隙处填入金属粉末；用高温火焰枪将金属粉末融化，同时在法兰另一侧采用真空泵抽吸使熔融金属流进空隙，使不锈钢毛细管与法兰之间密封；冷却固化后检查焊接质量。
8.如权利要求1-7任意一项所述的用于高压流道的光纤温度传感器封装方法制得的光纤温度传感器的耐压测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将完成封装的光纤温度传感器插入至高压试验箱，并将法兰与高压试验箱外侧的法兰安装盘固定，将液压油注入高压试验箱中检查是否密封；
S2、将光纤温度传感器与光纤传感解调仪连接，光纤传感解调仪与上位机连接；
S3、通过与高压试验箱内腔连接的液压泵进行逐渐加压，记录上位机数据以及观察装置运行情况；
S4、达到试验设置的压力值后，保持一定时间，记录数据；
S5、液压泵卸压，卸下法兰，观察光纤温度传感器的变形情况。
9.根据权利要求8所述的耐压测试方法，其特征在于，所述法兰通过螺栓与法兰安装盘连接。
10.根据权利要求9所述的耐压测试方法，其特征在于，所述法兰与法兰安装盘之间设有密封垫圈。
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