一種基于光纖光柵傳感原理的溫度自補(bǔ)償智能螺栓的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于光纖光柵傳感原理的溫度補(bǔ)償智能螺栓，用于實(shí)時(shí)在線監(jiān)測螺栓在工作狀態(tài)下的拉伸，屬于光纖傳感和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]螺栓是各種大型裝備和工程結(jié)構(gòu)中最重要的連接件，在工程領(lǐng)域中大量應(yīng)用，由螺栓松動(dòng)、疲勞和銹蝕引起的斷裂及過載等引起的事故常有報(bào)道，這些事故造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡；由于其特殊的工作狀態(tài)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線的工作狀態(tài)監(jiān)控非常困難。
[0003]光纖布拉格光柵簡稱光纖光柵，是一種波長調(diào)制型光纖傳感器，直徑約125 μ m(微米)，傳感器長度一般為10mm(毫米)，具有結(jié)構(gòu)纖細(xì)、重量輕、抗電磁干擾、波分復(fù)用等優(yōu)點(diǎn)。光纖光柵是在普通單模光纖上用光學(xué)刻寫的方式形成的。在工作時(shí)，光纖光柵解調(diào)儀表發(fā)出的寬帶光經(jīng)過此傳感器時(shí)，光纖光柵會(huì)反射回某一個(gè)中心波長的窄帶光，當(dāng)光纖光柵感受的應(yīng)變變化時(shí)，反射回的窄帶光的中心波長會(huì)發(fā)生偏移，通過對反射回的窄帶光的解調(diào)可以得到被測應(yīng)變值。目前已經(jīng)越來越廣泛地應(yīng)用于大型結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測和智能材料等領(lǐng)域。
[0004]光纖光柵應(yīng)變傳感器對溫度變化同時(shí)敏感，且無法通過解調(diào)信號(hào)對應(yīng)變和溫度變化進(jìn)行區(qū)分，在工程應(yīng)用中必須同時(shí)安裝光纖光柵溫度傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償，這增加了測試系統(tǒng)的復(fù)雜性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提出一種基于光纖光柵傳感原理的溫度補(bǔ)償智能螺栓，其將同一根光纖上的兩個(gè)光纖光柵傳感器封裝于螺栓中，實(shí)現(xiàn)螺栓工作狀態(tài)下應(yīng)變的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控。
[0006]本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0007]一種溫度補(bǔ)償智能螺栓，其特征在于:其包括:螺栓體(5)、光纖⑶以及刻在同一根光纖(8)上的第一光纖光柵傳感器(4)和第二光纖光柵傳感器(7)。
[0008]所述第一光纖光柵傳感器(4)既感知溫度又感知應(yīng)變，第二光纖光柵傳感器(7)只感知溫度。第一光纖光柵傳感器(4)和第二光纖光柵傳感器(7)的敏感部位是光纖布拉格光柵，是在普通單模光纖上通過激光刻制的方法制作而成。
[0009]螺栓體(5)上有一個(gè)貫穿螺栓體(5)的軸向傳感器埋植孔(6)。光纖⑶穿過傳感器埋植孔￠)，第一光纖光柵傳感器(4)和第二光纖光柵傳感器(7)位于傳感器埋植孔
(6)內(nèi)部；第一光纖光柵傳感器(4)位于距離螺栓螺帽近的位置，第二光纖光柵傳感器(7)位于距離螺栓螺帽遠(yuǎn)的位置。向傳感器埋植孔￠)內(nèi)注入封裝膠將第一光纖光柵傳感器(4)封裝在傳感器埋植孔￠)內(nèi)，并固化封裝膠；從螺栓體(5)的尾部向傳感器埋植孔(6)內(nèi)注入導(dǎo)熱硅脂將第二光纖光柵傳感器(7)封裝。封裝膠和導(dǎo)熱硅脂在光纖(8)與傳感器埋植孔(6)孔壁之間形成膠層(3)。
[0010]所述溫度補(bǔ)償智能螺栓，還包括:第一光纖套管(2)和第二光纖套管(9)。第一光纖套管(2)套在光纖(8)的一端，第一光纖套管(2)的一端插入到傳感器埋植孔(6)內(nèi)；光纖(8)、第一光纖套管(2)以及傳感器埋植孔(6)孔壁之間通過粘結(jié)膠粘接，固化后成為一個(gè)整體。同樣，第二光纖套管(9)套在光纖(8)的另一端，第二光纖套管(9)的一端插入到傳感器埋植孔￠)內(nèi)；光纖(8)、第二光纖套管(9)以及傳感器埋植孔(6)孔壁之間通過粘結(jié)膠粘接，固化后成為一個(gè)整體。
[0011]所述溫度補(bǔ)償智能螺栓，還包括:第一光纖接頭(I)和第二光纖接頭(10)。第一光纖接頭(I)和第二光纖接頭(10)分別安裝在光纖(8)的兩端。
[0012]在使用時(shí)，所述溫度補(bǔ)償智能螺栓安裝在連接件的螺栓孔內(nèi)，光纖(8)通過光纖接頭或熔接的方式與外部傳輸光纖相連接，外部傳輸光纖連接到光纖光柵解調(diào)儀表的接口處；在工作過程中，通過光纖光柵解調(diào)儀表實(shí)時(shí)在線對螺栓的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。
[0013]所述溫度補(bǔ)償智能螺栓工作時(shí)，由于螺栓的受力變形，引起第一光纖光柵傳感器
(4)中心波長的變化，且兩者之間存在著線性關(guān)系，光纖光柵解調(diào)儀實(shí)時(shí)記錄第一光纖光柵傳感器(4)中心波長的數(shù)據(jù)，同時(shí)第二光纖光柵傳感器(7)感受外界溫度變化；通過計(jì)算可得到溫度變化引起的波長變化，將溫度影響剔除后可得到螺栓感受的應(yīng)變變化，從而識(shí)別螺栓受力的變化，完成對螺栓工作狀態(tài)的監(jiān)控。
[0014]在需要監(jiān)測螺栓數(shù)量多的情況下，通過所述溫度補(bǔ)償智能螺栓兩端的光纖接頭連接或者熔接的方式，將多個(gè)安裝好的溫度補(bǔ)償智能螺栓進(jìn)行串接組網(wǎng)在一根外部傳輸光纖上，用一臺(tái)解調(diào)儀表實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同時(shí)測量，提高監(jiān)測效率；光纖光柵解調(diào)儀對光纖光柵智能螺栓信號(hào)進(jìn)行解調(diào)后，通過無線或有線傳輸，將信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。
[0015]有益效果
[0016]本發(fā)明提出的一種基于光纖光柵傳感原理的溫度補(bǔ)償智能螺栓，將兩個(gè)光纖光柵傳感器同時(shí)封裝于螺栓內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)了螺栓在外界溫度變化下的應(yīng)變監(jiān)測，其工作原理簡單，制作簡便，結(jié)構(gòu)靈巧，成本低，布線安裝簡單，可對多個(gè)螺栓進(jìn)行組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同時(shí)監(jiān)測，有效預(yù)防大型結(jié)構(gòu)件因?yàn)槁菟撀浠驍嗔训仍蛞鸬氖鹿省?br>【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中溫度補(bǔ)償智能螺栓內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；
[0018]1-第一光纖接頭、2-第一光纖套管、3-膠層、4-第一光纖光柵傳感器、5-螺栓體、6-傳感器埋植孔，7-第二光纖光柵傳感器、8-光纖，9-第二光纖套管、10-第二光纖接頭。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面通過附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明技術(shù)方案做詳細(xì)描述。
[0020]本實(shí)施例中的溫度補(bǔ)償智能螺栓，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括:第一光纖套管2、第二光纖套管9、第一光纖接頭1、第二光纖接頭10、螺栓體5、光纖8以及刻在同一根光纖8上的第一光纖光柵傳感器4和第二光纖光柵傳感器7。
[0021]第一光纖光柵傳感器4既感知溫度又感知應(yīng)變，第二光纖光柵傳感器7只感知溫度。第一光纖光柵傳感器4和第二光纖光柵傳感器7的敏感部位是光纖布拉格光柵，是在普通單模光纖上通過激光刻制的方法形成長10mm、直徑125 μπι的光柵。
[0022]螺栓體5上有一個(gè)貫穿螺栓體5的軸向傳感器埋植孔6。光纖8穿過傳感器埋植孔6，第一光纖光柵傳感器4和第二光纖光柵傳感器7位于傳感器埋植孔6內(nèi)部；第一光纖光柵傳感器