專利名稱：監控高聚合物材料注塑過程的傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及高聚合物材料加工過程中的測量領域，是一種利用超聲波監控高聚合物材料注塑過程時使用的傳感器。
背景技術：
高聚合物材料，如塑料，因為其具有低密度、耐磨損、低導熱導電性，以及易于造型等特點，在工業、農業、國防、化工、生物醫藥各個領域有廣泛的用途。大多數高聚合物材料產品，如塑料產品是通過注塑加工完成的。相對于金屬、陶瓷、玻璃，塑料的融點較低，將融化的液體經加壓注入型腔中成型，工藝簡便，成本低，注塑加工已經成為塑料產品的主要加工方式。注塑產品的質量極大依賴注塑過程的控制，一些過程參數，如溫度、壓力等都會影響注塑過程的狀態，從而影響產品的質量。注塑過程的診斷顯得格外重要。目前，已經開發出多種注塑過程的診斷技術，如熱分析法、熱重分析法等都是通過測量融液的熱流、粘彈、尺度等參數來監控注塑產品的質量。其它還有光學方法、電脈沖方法都是通過測量注塑產品的機械能，來監控其質量。然而這些技術由于成本高、信息量小，使用上受到一定的限制。另一類技術是超聲診斷技術，是一種實時、在線的測量技術，而且測量過程中實現非接觸、非干擾地測量在型腔或模具中的注塑過程中的高聚合物材料的多種物理特性和流變特性。通過傳感器接收的基本超聲信號包括超聲波的速度、衰減率，以及反射、散射等。這些信號與高聚合物材料的注塑過程中的動力性、物性都有一一對應關系。利用超聲波檢測高聚合物材料注塑過程的原理圖見圖1。圖中表示，傳感器發射超聲波信號，傳入不同的介質，在不同介質的交界面，或是同一介質物性不同的交界面上，超聲波發生反射。通過計算入射和反射信號的波長、振幅，可以確定交界面上的特征。例如超聲波速度和衰減率變化直接反應了高聚合物材料的融化、凝固、結晶過程，超聲波的反射波信號反應了材料表面的波度、褶皺的特征。近年來，隨著微機電系統(MEMS)的發展，高聚合物材料注塑加工在該領域的應用發生了尺度小型化、品種多樣化、高溫加工的趨勢。為了適應這種趨勢，需要一種利用超聲診斷技術監控高聚合物材料注塑過程的傳感器，而且這種出傳感器應該適應較小的尺寸、多變的形狀、較高的工作溫度。
發明內容本發明的目的是提供一種監控高聚合物材料注塑的傳感器，其特征在于:它包括一個金屬板、一個壓電薄膜、一個由壓電薄膜電極化的電極、一個聚酰亞胺壓板、一個電極線、一個地線、二個緊固螺絲。上述各個部件的連接關系是:在一個金屬板的一側表面覆蓋一個壓電薄膜；在壓電薄膜表面是一個由壓電薄膜電極化的電極；由二個緊固螺絲將一個聚酰亞胺壓板壓住一個電極線和一個地線在金屬板上。_9] 本發明采用的技術方案:[0010]圖2是本發明提出的是一種利用超聲波監控高聚合物材料注塑過程時使用的傳感器的外觀圖。該傳感器特別適用于較小的尺寸、多變的外形和高溫環境下使用。為能夠實現以上功能，該傳感器包括一個金屬板，其形狀可根據注塑模具的幾何外形和安裝特點確定。其材料可以選擇與注塑模具相同的材料以保證注塑模具整體的傳熱效應一致。金屬板的一側與注塑高聚合物材料注塑溶液接觸，另一側表面覆蓋壓電薄膜，用來發射脈沖信號和感受反射信號。壓電薄膜的中心部分是由壓電薄膜電極化的電極。電極接入導線。這個導線由一塊聚酰亞胺壓板壓住。聚酰亞胺是絕緣材料，同時耐400C°的高溫，其兩端用兩個緊固螺絲固定在金屬板上。一個地線連接到緊固螺絲上。本發明的優點:本發明的利用超聲波監控高聚合物材料注塑過程時使用的傳感器可以根據需要制成任意的形狀，使用方便；包括較少的部件，結構簡單、維護方便、制造成本低，適用于小型或是微型注塑領域。此外，該傳感器各個部件的材料均有耐高溫的特性，適用于現代注塑加工工業經常遇到的高溫環境下的注塑過程中的超聲檢測。
圖1是利用超聲波監控高聚合物材料注塑過程的原理圖；圖中，8注塑模具、9高聚合物材料注塑溶液、10發射超聲信號、11傳感器、12超聲反射信號。圖2是利用超聲波監控高聚合物材料注塑過程的傳感器的外觀圖；圖中，I金屬板、2聚酰亞胺壓板、3緊固螺絲、4壓電薄膜、5由壓電薄膜電極化的電極、6電極線、7緊固螺絲、8地線。圖3是使用超聲波監控高聚合物材料注塑過程的傳感器的示意圖；圖中，9高聚合物材料注塑溶液、8注塑模具、13傳感器A、14傳感器B。
具體實施方式
以一個具體實施方案進一步說明本發明提出的利用超聲波監控高聚合物材料注塑過程的傳感器的結構和原理。該方案外觀圖見圖2。該傳感器包括一個金屬板，其形狀可根據注塑模具的幾何外形和安裝特點選擇為三維立方體。其材料選擇與注塑模具相同的鑄鋼材料以保證注塑模具整體的傳熱效應一致。金屬板與注塑高聚合物材料注塑溶液接觸的一側的長、寬分別為50mm、25mm,高度12mm。另一側表面覆蓋壓電薄膜,材料為秘鈦(bismuth titanate),厚度為90 μ m，與金屬板的邊界距離5mm，用噴涂的方法加到金屬板表面，用來發射脈沖信號和感受反射信號。壓電薄膜的中心部分是由壓電薄膜電極化的電極，直徑10mm，厚度ΙΟμπι。一塊絕緣聚酰亞胺壓板壓住電極接入導線。這個導線接到電極上。聚酰亞胺壓板兩端用兩個緊固螺絲固定在金屬板上。一個地線連接到緊固螺絲上。使用時，將上述傳感器一個或者多個，安裝在注塑模具上，如圖3，使用超聲波監控高聚合物材料注塑過程的傳感器的示意圖所示，該實施方案使用兩個上述傳感器。傳感器A和傳感器B的金屬板與高聚合物材料注塑溶液接觸的一側與注塑模具保持齊平，從內部看，是注塑模具腔體的一部分。
權利要求1.一種監控高聚合物材料注塑過程的傳感器，其特征在于:它包括一個金屬板、一個壓電薄膜、一個由壓電薄膜電極化的電極、一個聚酰亞胺壓板、一個電極線、一個地線、二個緊固螺絲，上述各個部件的連接關系是: 在一個金屬板的一側表面覆蓋一個壓電薄膜； 在壓電薄膜表面是一個由壓電薄膜電極化的電極； 由二個緊固螺絲將一個聚酰亞胺壓板壓住一個電極線和一個地線在金屬板上。
2.根據權利要求1所述的監控高聚合物材料注塑過程的傳感器，其特征在于，所述的壓電薄膜材料為鉍鈦。
3.根據權利要求1所述的監控高聚合物材料注塑過程的傳感器，其特征在于，所述的由壓電薄膜電極化的電極是在所述的壓電薄膜中心處。
專利摘要本實用新型公開了一種監控高聚合物材料注塑過程的傳感器，它包括一個金屬板、一個壓電薄膜、一個由壓電薄膜電極化的電極、一個聚酰亞胺壓板、一個電極線、一個地線、二個緊固螺絲。在一個金屬板的一側表面覆蓋一個壓電薄膜；在壓電薄膜表面是一個由壓電薄膜電極化的電極；由二個緊固螺絲將一個聚酰亞胺壓板壓住一個電極線和一個地線在金屬板上。該傳感器可以按照需求制成小型、多變形狀，同時具有耐高溫的特性，可用于高聚合物材料注塑過程中的超聲檢測。
文檔編號G01N29/22GK203053923SQ201220480360
公開日2013年7月10日 申請日期2012年9月18日 優先權日2012年9月18日
發明者路明 申請人:天津空中代碼工程應用軟件開發有限公司