[发明专利]用于聚合物成型加工在线测量剪切应力的方法及装置

摘要

本发明涉及一种用于聚合物成型加工在线测量剪切应力的方法及装置，该方法包括电容传感器的选择安装、传感器的激励信号的产生、传感器的输出信号的采集与实时记录，及对记录电压信号的分析计算等步骤，相应地，该装置包括信号发生器、电容传感器、去噪电路、锁相放大器和信号记录仪，信号发生器分别与传感器及锁相放大器的参考输入端连接，传感器的输出端经去噪电路与锁相放大器的信号输入端连接，锁相放大器还与信号记录仪连接。上述测量方法与装置为聚合物成型加工过程中的应力测量与分析提供了一种有效工具，便于深入研究聚合物成型加工机理、实现聚合物成型加工的质量控制。

主权项

一种用于聚合物成型加工在线测量剪切应力的方法，其特征在于包括如下步骤：1）将至少一个电容传感器固定安装在聚合物成型模具型腔内的型腔壁上；2）利用信号发生器产生对电容传感器的初始激励信号，同时将该信号也作为锁相放大器的参考输入；3）进行聚合物成型加工，对电容传感器的输出信号进行去噪处理，去噪后的信号接入锁相放大器；4）用信号记录仪采集锁相放大器输出的电压信号；5）将采集到的电压信号转换成剪切应力，具体转换步骤为：5.1）对介电常数为ε的初始各向同性材料，得出电容传感器的电容为：Cθ＝C0(ε+εs)5.2）当原始各向同性材料遭受变形时，其转变成了正交各向异性材料，此时将上述介电常数ε采用一个二阶张量表示为 ϵ = ϵ + k 1 s xx + k 2 s ll ϵ + k 1 s xy ϵ + k 1 s xz ϵ + k 1 s xy ϵ + k 1 s yy + k 2 s ll ϵ + k 1 s yz ϵ + k 1 s xz ϵ + k 1 s yz ϵ + k 1 s zz + k 2 s ll 5.3）取应力作为变量，并在小变形状态下，电容传感器的电容进一步表示为 C θ = C 0 ϵ + λ 1 ( σ xx cos 2 θ + σ yy sin 2 θ + 2 σ xy sin θ cos θ + σ zz ) + 2 λ 2 σ ll 2 + λ 1 2 [ ( σ xx σ zz - σ xz 2 ) cos 2 θ + ( σ yy σ zz - σ yz 2 ) si n 2 θ + 2 ( σ xy σ zz - σ xz σ yz ) cos θ sin θ ] 2 ϵ + λ 1 λ 2 σ ll ( σ xx cos 2 θ + σ yy sin 2 θ + 2 σ xy cos θ sin θ + σ zz ) + λ 2 2 σ ll 2 2 ϵ + ϵ s 5.4）依据传感器的电容变化与电压信号变化的关系 ΔV θ V 0 = - C θ - C 0 ( ϵ + ϵ s ) C 0 ( ϵ + ϵ s ) 并结合步骤5.3），得到测试电压信号与剪切应力之间的转换关系。