CN202318849U - 高分子材料注塑过程的超声监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高分子材料注塑过程的超声监控系统，它包括超声传感器、频率发生器、脉冲发射/接收器、示波器、多通道数据采集板，以及计算机系统和信号采集系统等部件。使用时，可以根据需求采用一组或者是多组该系统中的部件。这种监控系统应该适应较小的尺寸、多变的形状、较高的工作温度，适用于小型或是微型注塑领域。

Description

高分子材料注塑过程的超声监控系统

技术领域

本发明涉及高分子材料加工过程中的测量领域，是一种高分子材料注塑过程的超声监控系统。 

背景技术

高分子材料，如塑料，因为其具有低密度、耐磨损、低导热导电性，以及易于造型等特点，在工业、农业、国防、化工、生物医药各个领域有广泛的用途。大多数高分子材料产品，如塑料产品是通过注塑加工完成的。相对于金属、陶瓷、玻璃，塑料的融点较低，将融化的液体经加压注入型腔中成型，工艺简便，成本低。注塑加工已经成为主要的塑料产品的加工方式。注塑产品的质量极大依赖注塑过程的控制。一些过程参数，如温度、压力等都会影响注塑过程的状态，从而影响产品的质量。注塑过程的诊断显得格外重要。目前已经开发出多种注塑过程的诊断技术，如热分析法、热重分析法等都是通过测量融液的热流、粘弹、尺度等参数来监控注塑产品的质量。其它还有光学方法、电脉冲方法都是通过测量注塑产品的机械能，来监控其质量。然而这些技术由于信息量小，使用上受到一定的限制。 

另一类技术是超声诊断技术，是一种实时、在线的测量技术，而且测量过程中实现非接触、非干扰地测量在型腔或模具中的注塑过程中的高分子材料的多种物理特性和流变特性。通过传感器接收的基本超声信号包括超声波的速度、衰减率，以及反射、散射等。这些信号与高分子材料的注塑过程中的动力性、物性都有一一对应关系。利用超声波检测高分子材料注塑过程的原理图见图1。图中表示，传感器发射超声波信号，传入不同的介质，在不同介质的交界面，或是同一介质物性不同的交界面上，超声波发生反射。通过计算入射和反射信号的波长、振幅，可以确定交界面上的特征。例如超声波速度和衰减率变化直接反应了高分子材料的融化、凝固、结晶过程，超声波的反射波信号反应表面波度、褶皱的特征。 

近年来，随着微机电系统(MEMS)的蓬勃发展，高分子注塑材料在该领域的应用发生了尺度小型化、品种多样化、高温加工的趋势。为了适应这种趋势，需要一种利用超声诊断技术监控高分子材料的注塑过程的监控系统，而且这种监控系统应该适应较小的尺寸、多变的形状、较高的工作温度。 

发明内容

本发明的目的是提供一种高分子材料注塑过程的超声监控系统，它包括超声传感器、频率发生器、脉冲发射/接收器、示波器、多通道数据采集板，以及计算机系统和信号采集系统等部件。该系统特别适用于较小的尺寸、多变的外形的高分子材料的注塑加工过程的监控，同时也适用于注塑的高温环境。 

本发明采用的技术方案： 

图2是本发明提出的是一种高分子材料注塑过程的超声监控系统的方案布局图。为能够实现以上功能，该系统包括一个传感器、频率发生器、脉冲发射/接收器、示波器、多通道数据采集板，以及计算机系统和信号采集系统等部件。 

传感器具有耐高温的特性，同时可以被制成各种形状，以适应复杂注塑模具的结构。所以，传感器可以采用和注塑模具相同的材料，在其表面涂覆压电材料。超声信号在高分子注塑溶液中反射，一些注塑特性在反射波中体现。 

传感器由导线连接到脉冲发射/接收器。该部件用来发射/接收超声信号。脉冲发射/接收器连接到频率发生器，该部件可在一定频率范围内产生超声信号。上述部件均连接到示波器，将工作状况显示出来。 

超声信号由多通道数据采集板采集发送至计算机系统和信号采集系统进行数据处理。 

本发明的优点： 

本发明的利用超声波监控高分子材料注塑过程时使用的传感器可以根据需要制成任意的形状，而且耐高温，使用方便。整体监控系统包括较少的部件，结构简单、维护方便、制造成本低，适用于小型或是微型注塑加工领域。 

附图说明

图1是利用超声波监控高分子材料注塑过程的原理图。图中，2注塑模具、3高分子注塑溶液、4超声发射信号、1传感器、5超声反射信号。 

图2是高分子材料注塑过程的超声监控系统的示意图。图中，1传感器、2注塑模具、3高分子注塑溶液、4超声发射信号、5超声反射信号、6多通道数据采集板、7计算机系统和信号采集系统、8频率发生器、9示波器、10脉冲发射/接收器、11脉冲信号。 

图3是利用超声波监控高分子材料注塑过程的传感器的外观图。图中，12金属板、13 聚酰亚胺压板、14紧固螺丝、15压电薄膜、16由压电薄膜电极化的电极、17电极线、18紧固螺丝、19地线。 

图4是高分子材料注塑过程的超声监控系统的实施方案的示意图。图中，2注塑模具、20传感器B、21传感器A、3高分子注塑溶液、6多通道数据采集板、7计算机系统和信号采集系统、8频率发生器、9示波器、22脉冲发射/接收器B、23脉冲发射/接收器A、24脉冲信号A、25脉冲信号B。 

具体实施方式

以一个具体实施方案进一步说明本发明提出的利用超声波监控高分子材料注塑过程的系统的结构和原理。图4是一个高分子材料注塑过程的超声监控系统的实施方案的示意图。由于需要监控二个区域，所以该系统包括二个超声传感器A和B、二个脉冲发射/接收器A和B、频率发生器，以及示波器、多通道数据采集板、计算机系统和信号采集系统等部件。 

该系统中的超声传感器(其外观图见图3)包括一个金属板，其形状可根据注塑模具的几何外形和安装特点选择为三维立方体。其材料选择与注塑模具相同的铸钢材料以保证注塑模具整体的传热效应一致。金属板与注塑高分子材料溶液接触的一侧的长、宽分别为50mm、25mm，高度12mm。另一侧表面覆盖压电薄膜，材料为铋钛(bismuth titanate)，厚度为90μm，与金属板的边界距离约5mm，用喷涂的方法加到金属板表面，用来发射脉冲信号和感受反射信号。压电薄膜的中心部分是由压电薄膜电极化的电极，直径10mm，厚度10μm。一块绝缘聚酰亚胺压板压住电极接入导线。这个导线接到电极上。聚酰亚胺压板两端用两个紧固螺丝固定在金属板上。一个地线连接到紧固螺丝上。 

系统中二个上述传感器安装在注塑模具上，如图4所示，传感器的金属板与注塑高分子材料溶液接触的一侧与注塑模具保持齐平，从内部看，是注塑模具腔体的一部分。两个脉冲发射/接收器，型号是5072PR，来发射/接收超声信号。频率发生器可在3MHZ至30MHZ的频率范围为产生超声信号。上述部件工作状况均由光学示波器，型号Tektronix2246，显示出来。超声信号由12位双通道数据采集板，型号为DG535，以100HZ采样频率采集并发送至计算机系统和信号采集系统，用LabView进行数据处理。 

Claims (4)

1.一种高分子材料注塑过程的超声监控系统，其中超声传感器连接到脉冲发射/接收器频率发生器；超声传感器和脉冲发射/接收器频率发生器连接到示波器和多通道数据采集板；多通道数据采集板连接到计算机系统和信号采集系统。

2.根据权利要求1所述的高分子材料注塑过程的超声监控系统，其特征在于，所述的超生传感器包括一个金属板，在其一侧表面覆盖一个压电薄膜；在压电薄膜表面是一个由压电薄膜电极化的电极；由二个紧固螺丝将一个聚酰亚胺压板压住一个电极线和一个地线在金属板上。

3.根据权利要求2所述的高分子材料注塑过程的超声监控系统，其特征在于，所述的压电薄膜材料为铋钛。

4.根据权利要求2所述的高分子材料注塑过程的超声监控系统，其特征在于，所述的压电薄膜电极化的电极是在所述的压电薄膜中心处。 

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