【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及聚合物成型加工检测领域，尤其涉及一种基于压电-热电偶阵列、光学集成的聚合物成型检测装置。
技术介绍
1、聚合物微成型技术是国家未来战略新兴产业发展的主攻方向之一。它以其独特的高集成度、高效低碳和低成本、节约资源等制造优势，在消费电子、信息通讯、计算机、汽车、能源、医疗、国防等领域应用广泛。
2、聚合物微成型制造技术主要包括：微注塑、微挤出、微发泡、微纳3d打印等。微注塑用于大批量生产整体尺寸、特征功能区或公差要求以毫米甚至微米计的制品，如精密光学镜片、车灯零部件等。微挤出一般采用特定形状的机头口模，辅以拉伸连续成型微米级特征尺寸的制品，例如各种医用微管的制备。微发泡通过特殊工艺调控或添加发泡剂，制成内部含有几十微米到几百微米泡孔的多孔聚合物制品。微纳3d打印的精度理论上能达到细观、微观或纳观级别，用于个性化复制微小结构，但目前其打印速度和产能有限。与实验室各种原型化的微成型方式相比，上述聚合物细微结构制造技术不仅可以实现轻量化、高精度、高性能微结构产品的大批量制备，同时也更节省原材料、更经济节能。聚合物熔体温度和压力的变化贯穿了上述所有微成型技术的工艺过程，是调控细微结构制品质量连续一致性的关键参量。同时，聚合物微成型由于流动或冷却产生的内应力极大影响制品质量，对其在线检测至关重要。
3、当前，聚合物细微结构制造检测领域相对薄弱，微成型过程聚合物熔体流动的信息检测仍存在巨大困难，常规传感器存在探头直径大、侵入式、延迟等缺点，无法满足聚合物微成型过程原料性质波动、设备性能及外部环境变化、辅助成
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提出一种基于压电-热电偶阵列、光学集成的聚合物成型检测装置。
2、具体技术方案如下：
3、一种基于压电-热电偶阵列、光学集成的聚合物成型检测装置，包括：微阵列组件、温度控制组件、光学-应力测量组件、基本组件；
4、所述基本组件包括：同轴布置的绝热套、外缘层、测量通道；所述测量通道为微阵列结构通道，微成型过程中，聚合物熔体在测量通道内沿轴向流动；所述外缘层布置在测量通道的外侧，所述绝热套布置在外缘层的外侧；
5、所述温度控制组件包括加热线圈和冷却水路，所述加热线圈布置在外缘层的外侧，外部再包覆绝热套，用于给测量通道内的聚合物熔体均匀加热；所述冷却水路布置在外缘层中，用于使测量通道内的聚合物熔体均匀冷却；
6、所述微阵列组件包括两个热电偶传感阵列和两个压电传感阵列；两个热电偶传感阵列相对布置在测量通道内壁的表面，用于检测测量通道内聚合物熔体的温度；压电传感阵列与热电偶传感阵列层叠式布置，且热电偶传感阵列位于压电传感阵列与测量通道内壁之间，两个压电传感阵列的厚度相同且位置相对，用于检测测量通道内聚合物熔体的压力；
7、所述光学-应力测量组件的光轴与测量通道的轴线垂直布置，借助应力双折射原理的光路设计，通过偏振光和ccd相机检测聚合物熔体的内应力。
8、进一步地，所述光学-应力测量组件包括：同光轴依次布置的光源、单色仪、准直镜、起偏镜、石英光学窗口、分析镜、ccd相机；所述石英光学窗口有两个，分别开设在测量通道相对的侧壁上；所述光源发出的光经过单色仪变为单色光，单色光依次经过准直镜和起偏镜变为偏振光，通过一个石英光学窗口射入测量通道内的聚合物熔体，再从另一个石英光学窗口射出；由于偏振光在非均质的聚合物熔体中发生双折射，双折射后的光干涉叠加，透过分析镜后，在ccd相机中呈现出双折射条纹图案。
9、进一步地，所述加热线圈沿轴向均匀布置在外缘层的外侧，所述冷却水路沿测量通道的轴向均匀缠绕。
10、进一步地，所述冷却水路平行于测量通道的轴线并沿其周向均匀布置。
11、进一步地，所述测量通道的截面形状为圆或矩形或三角形或梯形。
12、一种基于压电-热电偶阵列、光学集成的聚合物成型检测方法，基于所述的基于压电-热电偶阵列、光学集成的聚合物成型检测装置实现，具体为：
13、在微成型的过程中，聚合物熔体在测量通道内部沿轴向流动，此时压电传感阵列根据压力与电势之间的关系检测聚合物熔体的压力，根据压力与电势之间的关系表达式如下：
14、
15、式中，p为聚合物熔体的压力，vp为两压电传感阵列之间的电势差，cp为压力转换系数，h为压电传感阵列的厚度；
16、所述热电偶传感阵列利用热电效应检测聚合物熔体的温度，温度与电势之间的关系表达式如下：
17、t＝ctvt
18、式中，t为聚合物熔体的温度，ct为温度转换系数，vt为两热电偶传感阵列之间的电势差；
19、所述光学-应力测量组件检测聚合物熔体的内应力，光学ccd相机中的光学条纹数与内应力之间的关系表达式如下：
20、
21、式中，n为光学条纹数，c为光弹性系数，λ为入射光的波长；σ1为第一主应力，即聚合物熔体流动方向的应力；σ2为第二主应力，即与聚合物熔体流动方向垂直的应力；t为测量通道的通道厚度。
22、本专利技术的有益效果是：
23、(1)本专利技术通过层叠式阵列和光学集成组合设计，开发了一套便于集成的高精度聚合物熔体信息测量装置，克服常规传感器存在探头直径大、侵入式、延迟等缺点，能实现对微成型测量通道内全域聚合物熔体状态信息的采集。
24、(2)本专利技术装置集成了光学-应力测量组件，可研究微成型聚合物熔体非线性流变行为以及发生壁滑、剪切生热与不稳定流动等特异流变现象的临界条件与规律，建立聚合物熔体黏度、弹性的测量和表征方法，对于促进微成型检测学科的发展和开拓聚合物微结构精密智能制造新领域具有重要作用。
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1.一种基于压电-热电偶阵列、光学集成的聚合物成型检测装置，其特征在于，包括：微阵列组件、温度控制组件、光学-应力测量组件、基本组件；
2.根据权利要求1所述的基于压电-热电偶阵列、光学集成的聚合物成型检测装置，其特征在于，所述光学-应力测量组件包括：同光轴依次布置的光源、单色仪、准直镜、起偏镜、石英光学窗口、分析镜、CCD相机；所述石英光学窗口有两个，分别开设在测量通道相对的侧壁上；所述光源发出的光经过单色仪变为单色光，单色光依次经过准直镜和起偏镜变为偏振光，通过一个石英光学窗口射入测量通道内的聚合物熔体，再从另一个石英光学窗口射出；由于偏振光在非均质的聚合物熔体中发生双折射，双折射后的光干涉叠加，透过分析镜后，在CCD相机中呈现出双折射条纹图案。
3.根据权利要求1所述的基于压电-热电偶阵列、光学集成的聚合物成型检测装置，其特征在于，所述加热线圈沿轴向均匀布置在外缘层的外侧，所述冷却水路沿测量通道的轴向均匀缠绕。
4.根据权利要求1所述的基于压电-热电偶阵列、光学集成的聚合物成型检测装置，其特征在于，所述冷却水路平行于测量通道的轴线并沿其周
5.根据权利要求1所述的基于压电-热电偶阵列、光学集成的聚合物成型检测装置，其特征在于，所述测量通道的截面形状为圆或矩形或三角形或梯形。
6.一种基于压电-热电偶阵列、光学集成的聚合物成型检测方法，基于权利要求1-5任意一项所述的基于压电-热电偶阵列、光学集成的聚合物成型检测装置实现，其特征在于，具体为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于压电-热电偶阵列、光学集成的聚合物成型检测装置，其特征在于，包括：微阵列组件、温度控制组件、光学-应力测量组件、基本组件；
2.根据权利要求1所述的基于压电-热电偶阵列、光学集成的聚合物成型检测装置，其特征在于，所述光学-应力测量组件包括：同光轴依次布置的光源、单色仪、准直镜、起偏镜、石英光学窗口、分析镜、ccd相机；所述石英光学窗口有两个，分别开设在测量通道相对的侧壁上；所述光源发出的光经过单色仪变为单色光，单色光依次经过准直镜和起偏镜变为偏振光，通过一个石英光学窗口射入测量通道内的聚合物熔体，再从另一个石英光学窗口射出；由于偏振光在非均质的聚合物熔体中发生双折射，双折射后的光干涉叠加，透过分析镜后，在ccd相机中呈现出双折射条纹图案。...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵南阳，许忠斌，谢迪皋，黄兴，张旭方，王鹏飞，陆国栋，
申请(专利权)人：余姚市机器人研究中心，
类型：发明
国别省市：
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