CN104089729B - 一种光纤光栅式结构连接螺栓受力监测传感器及方法 - Google Patents
一种光纤光栅式结构连接螺栓受力监测传感器及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104089729B CN104089729B CN201410353570.9A CN201410353570A CN104089729B CN 104089729 B CN104089729 B CN 104089729B CN 201410353570 A CN201410353570 A CN 201410353570A CN 104089729 B CN104089729 B CN 104089729B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- bolt
- sensor
- fiber
- bragg grating
- fiber bragg
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Abstract
本发明涉及土木工程技术领域，具体来说是一种光纤光栅式结构连接螺栓受力监测传感器及方法，包括普通螺栓、内植光栅式测力传感器、光纤引出线，在普通螺栓的螺杆左右两侧分别开置细长的凹槽，凹槽内各植入一个微型光栅式传感器，信号由自带光纤引出，光纤紧贴螺杆壁面布置，并穿过螺帽相应位置开的小孔后，从螺帽顶面引出。光纤引出线可随意接长，便于采用光纤光栅式解调仪远距离读取传感器数据，实现远程实时监控结构连接螺栓的受力状态。本发明优点为内置传感器体积小、防水、耐腐蚀、电绝缘性能好、抗电磁干扰能力强，工装后外形同普通螺栓基本一样，安装方便，能适应于复杂环境和远距离信号传输，数据稳定性好，可实现远程长期监测。
Description
[技术领域]
本发明涉及土木工程结构中拼装各种构件所用钢螺栓的受力监测技术领域，具体来说是一种光纤光栅式结构连接螺栓受力监测传感器及方法。
[背景技术]
在目前软土地基的城市隧道中，盾构法施工的管片隧道是较为常见的一种结构形式。管片隧道主要受力构件是一个钢筋混凝土圆环，整体的混凝土圆环是无法在隧道内运输和安装的，解决方法就是将这些混凝土圆环分解成多块，分解运输，洞内拼装，这些块就是管片，将这些分解的管片拼装成一个圆环的钢构件就是螺栓，螺栓主要承受轴向力。
对于拼装管片所用螺栓的受力状态需进行实时监测，一是判断所监测到的螺栓受力是否过载，预见事故和险情，以便及时采取措施，防患于未然；二是根据所监测到的螺栓受力数据，进行综合分析，指导施工，修正螺栓设计参数和检验施工预设计，确保设计和施工的合理性和经济性。由于螺栓安装之后主体位于管片内部，常规测试手段无法对其受力状况进行测试。
专利申请号为02232164.0的中国专利公开了一种光纤智能螺栓，包括螺栓、光纤接口和白光干涉式光纤绝对形变传感器，其是将白光干涉式光纤绝对形变传感器做出光纤接口后内嵌于普通金属单头或双头螺栓轴向中心深孔或透孔中，间隙中用环氧树脂填充。该专利申请需要在螺栓的中部钻孔后插入形变传感器，不仅安装不便且螺栓监测的精度不佳。
[发明内容]
本发明的目的是针对目前市场上还没有螺栓受力监测传感器，而设计一种可以良好的解决构件间连接螺栓受力监测的光纤光栅式结构连接螺栓受力监测传感器及方法。
为了实现上述目的，提供一种光纤光栅式结构连接螺栓受力监测传感器，包括普通螺栓、内植光栅式测力传感器、光纤引出线，在普通螺栓的螺杆左右两侧分别开置细长的凹槽，凹槽内各植入一个微型光栅式传感器，螺栓螺杆的侧壁中间设有光纤引出线，信号由光纤引出后穿过螺帽相应位置开的小孔从螺帽顶面引出，对螺栓的受力状态实现远程实时监控，所述的光纤光栅式结构连接螺栓受力监测传感器工作温度为-20℃～60℃，细螺栓最大量程为150KN，粗螺栓最大量程为250KN，精度为到0.1KN。
本发明中的光纤引出线可随意接长，便于采用光纤光栅式解调仪远距离读取传感器数据，从而实现远程实时监控结构连接螺栓的受力状态。
上述的光纤光栅式结构连接螺栓受力监测传感器的方法为：
在普通螺栓上开槽植入微型光栅式传感器，将微型光栅式传感器附着在螺栓的受力表面，使其与螺栓一起变形，从而检测螺栓的应变和应力，包括以下工艺：首先对螺栓进行加工处理，在螺杆两侧开槽，开槽尺寸为4×4mm，同时在螺帽对应凹槽的位置打孔，将微型光栅式传感器埋入螺栓凹槽内，传输光缆从螺帽小孔中引出，最后用结构胶封闭凹槽，使得光栅螺栓合为一体，在封装完成之后，随后再在螺栓表面缩上热缩套管密封。
本发明与行业内其他测力传感技术相比，有以下优点：内置传感器，体积小、防水、耐腐蚀、电绝缘性能好、抗电磁干扰能力强，工装后外形同普通螺栓基本一样，安装方便，能适应于复杂环境和远距离信号传输，数据稳定性很好，可实现远程长期监测。
[附图说明]
图1是本发明的整体结构图；
图2是本发明的侧面图；
图3是本发明的正面图；
图4为本发明的应力标定结果；
图中：1、螺栓2、传感器尾纤引线3、微型光栅式传感器；
指定图1作为本发明的摘要附图。
[具体实施方式]
下面结合附图对本发明作进一步说明，这种装置的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本发明的基本技术思路是在普通螺栓上开槽植入微型光纤光栅式传感器，基本原理是将光纤传感器附着在螺栓的受力表面使其与螺栓一起变形，从而记录螺栓的应变和应力。具体工艺如下：首先对螺栓进行加工处理，在螺杆两侧开槽，开槽尺寸为4×4mm(深×宽)，同时在螺帽对应凹槽的位置打孔。将光纤传感器埋入螺栓凹槽内，传输光缆从螺帽小孔中引出，最后用结构胶封闭凹槽，使得光栅螺栓合为一体，在封装完成之后随后再在螺栓表面缩上热缩套管密封。由于螺杆同时受拉和受弯，为了全面掌握螺杆的实际受力状态，本方案中在螺杆两侧对称开槽，对受拉和受弯状态进行同时监控。
(1)螺栓计的安装：与普通螺栓一样，使用螺栓计进行管片拼装，螺栓计承受拉力，无需改变安装工艺，简单便捷。
(2)螺栓计的线路布置：利用尾纤将传感器的信号引出，尾纤可以利用普通光纤进行接长、引线至监测设备。
(3)螺栓计数据监测：在监控室中，利用光纤光栅解调仪对螺栓计信号进行解调，从而实时或者定期的监测螺栓的受力状况。
为了确保螺栓计良好的工作性能，在实验室里对所设计的螺栓计进行测试标定。由于螺栓计主要承受拉力，同时为了简化数据处理，实验室标定时采用轴向张拉状态。由于螺栓一端是螺纹，另一端是螺帽，利用专门设计的轴向张拉装置，对螺栓进行加载测试。测试结果显示，螺栓计的线性和重复性能均很好，说明该设计可以满足实际使用要求。
本发明已在盾构法施工的实际管片隧道工程中运用，工程中共安装了40个此种螺栓计，现场安装简便，传感器数据实现长期远程监控，真实地反映了管片中螺栓的受力大小和随着工期开展的受力变化情况，数据精度高，稳定性好，能够满足工程需求。
Claims (2)
1.一种光纤光栅式结构连接螺栓受力监测传感器，包括普通螺栓、内植光栅式测力传感器、光纤引出线，其特征在于在普通螺栓的螺杆左右两侧分别开置细长的凹槽，凹槽内各植入一个微型光栅式传感器，螺栓螺杆的侧壁中间设有光纤引出线，信号由光纤引出后穿过螺帽相应位置开的小孔从螺帽顶面引出，对螺栓的受力状态实现远程实时监控，所述的光纤光栅式结构连接螺栓受力监测传感器工作温度为-20℃～60℃，最大量程为250KN，精度为到0.1KN。
2.一种光纤光栅式结构连接螺栓受力监测传感器的方法，其特征在于在普通螺栓上开槽植入微型光栅式传感器，将微型光栅式传感器附着在螺栓的受力表面，使其与螺栓一起变形，从而检测螺栓的应变和应力，包括以下工艺：首先对螺栓进行加工处理，在螺杆两侧开槽，开槽尺寸为4×4mm，同时在螺帽对应凹槽的位置打孔，将微型光栅式传感器埋入螺栓凹槽内，传输光缆从螺帽小孔中引出，最后用结构胶封闭凹槽，使得光栅螺栓合为一体，在封装完成之后，随后再在螺栓表面缩上热缩套管密封。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410353570.9A CN104089729B (zh) | 2014-07-23 | 2014-07-23 | 一种光纤光栅式结构连接螺栓受力监测传感器及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410353570.9A CN104089729B (zh) | 2014-07-23 | 2014-07-23 | 一种光纤光栅式结构连接螺栓受力监测传感器及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104089729A CN104089729A (zh) | 2014-10-08 |
| CN104089729B true CN104089729B (zh) | 2016-04-06 |
Family
ID=51637467
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410353570.9A Active CN104089729B (zh) | 2014-07-23 | 2014-07-23 | 一种光纤光栅式结构连接螺栓受力监测传感器及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104089729B (zh) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104441571A (zh) * | 2014-11-04 | 2015-03-25 | 北京石油化工学院 | 一种测量螺杆表面聚合物熔体温度的方法 |
| CN104964713A (zh) * | 2015-07-09 | 2015-10-07 | 河南蓝信科技股份有限公司 | 光纤光栅应力、应变和温度检测螺栓 |
| CN106441660A (zh) * | 2016-12-02 | 2017-02-22 | 西南交通大学 | 一种锚杆垫板受力测量装置 |
| CN107063648B (zh) * | 2017-03-10 | 2019-02-19 | 北京航空航天大学 | 一种智能光纤光栅法兰螺栓加载监测装置的加载监测方法 |
| CN107014530B (zh) * | 2017-05-26 | 2023-05-12 | 大连理工大学 | 一种能够同时实现轴力和剪力自监测的智能螺栓及方法 |
| CN110739657B (zh) * | 2018-07-20 | 2021-09-21 | 施耐德电器工业公司 | 用于环网柜的电缆头及环网柜 |
| CN109186823B (zh) * | 2018-08-02 | 2020-08-14 | 大连理工大学 | 基于fbg传感器检测螺栓连接结合面面压的标定方法 |
| CN109186822B (zh) * | 2018-08-02 | 2020-08-14 | 大连理工大学 | 一种基于fbg传感器的螺栓紧固结合面面压检测方法 |
| CN108709538A (zh) * | 2018-08-14 | 2018-10-26 | 河北工业大学 | 智能螺栓及应用该螺栓监测工程结构倾斜状态的系统 |
| CN109860455B (zh) * | 2018-12-17 | 2021-12-14 | 中汽数据有限公司 | 一种动力电池安全防护装置 |
| CN110011730B (zh) * | 2019-05-06 | 2024-02-06 | 国网山西省电力公司临汾供电公司 | 基于激光光栅螺丝的adss光缆监控系统 |
| CN110230516B (zh) * | 2019-07-23 | 2021-03-26 | 中铁第四勘察设计院集团有限公司 | 一种盾构法隧道纵向内力非预埋式监测方法 |
| CN110455447A (zh) * | 2019-08-09 | 2019-11-15 | 浙江华东工程安全技术有限公司 | 基于光纤光栅的管片弯螺栓应力长期监测装置及安装方法 |
| CN114323132A (zh) * | 2021-12-23 | 2022-04-12 | 中铁工程服务有限公司 | 一种用于盾构机主轴承的智能螺栓检测系统及方法 |
| CN114963973A (zh) * | 2022-04-13 | 2022-08-30 | 盐城市质量技术监督综合检验检测中心(盐城市产品质量监督检验所) | 基于光纤光栅阵列传感薄膜的螺栓裂纹检测装置及方法 |
| CN115753356A (zh) * | 2023-02-13 | 2023-03-07 | 西北工业大学 | 基于光纤传感器测量螺栓应变的测试系统及其方法和应用 |
| CN116878704A (zh) * | 2023-06-30 | 2023-10-13 | 南京航空航天大学 | 一种基于光纤光栅应变数据的定位点紧固力计算方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3850133A (en) * | 1972-11-29 | 1974-11-26 | Modulus Corp | Strain indicator and method |
| SE405388B (sv) * | 1974-02-19 | 1978-12-04 | Fischer Artur | Anvendning av en plast, som endrar sin ferg i beroende av tryckbelastningen pa densamma, till vridmomentvarsel vid montage av byggnadsdelar |
| WO2010089052A1 (de) * | 2009-02-04 | 2010-08-12 | Still Gmbh | Sensorbolzen zur krafterfassung sowie damit ausgestattetes flurförderzeug |
| CN103321259A (zh) * | 2013-06-26 | 2013-09-25 | 安徽理工大学 | 锚网加固地下工程破碎围岩测试系统 |
| CN103567946A (zh) * | 2013-08-20 | 2014-02-12 | 大连康展机电工程有限公司 | 一种可对孔穿销螺母拧紧专用套筒 |
| CN203610724U (zh) * | 2013-12-19 | 2014-05-28 | 湖南科技大学 | 一种具有光纤传感器导入和悬伸量调节的镗杆夹持装置 |
| CN204007960U (zh) * | 2014-07-23 | 2014-12-10 | 上海市建筑科学研究院 | 一种光纤光栅式结构连接螺栓受力监测传感器 |
-
2014
- 2014-07-23 CN CN201410353570.9A patent/CN104089729B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3850133A (en) * | 1972-11-29 | 1974-11-26 | Modulus Corp | Strain indicator and method |
| SE405388B (sv) * | 1974-02-19 | 1978-12-04 | Fischer Artur | Anvendning av en plast, som endrar sin ferg i beroende av tryckbelastningen pa densamma, till vridmomentvarsel vid montage av byggnadsdelar |
| WO2010089052A1 (de) * | 2009-02-04 | 2010-08-12 | Still Gmbh | Sensorbolzen zur krafterfassung sowie damit ausgestattetes flurförderzeug |
| CN103321259A (zh) * | 2013-06-26 | 2013-09-25 | 安徽理工大学 | 锚网加固地下工程破碎围岩测试系统 |
| CN103567946A (zh) * | 2013-08-20 | 2014-02-12 | 大连康展机电工程有限公司 | 一种可对孔穿销螺母拧紧专用套筒 |
| CN203610724U (zh) * | 2013-12-19 | 2014-05-28 | 湖南科技大学 | 一种具有光纤传感器导入和悬伸量调节的镗杆夹持装置 |
| CN204007960U (zh) * | 2014-07-23 | 2014-12-10 | 上海市建筑科学研究院 | 一种光纤光栅式结构连接螺栓受力监测传感器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104089729A (zh) | 2014-10-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104089729B (zh) | 一种光纤光栅式结构连接螺栓受力监测传感器及方法 | |
| CN1316227C (zh) | 一种光纤光栅位移传感器 | |
| US20140056553A1 (en) | Sensing cable | |
| CN102288534B (zh) | 一种带有温度补偿的光纤光栅钢筋混凝土锈蚀传感器 | |
| CN204007960U (zh) | 一种光纤光栅式结构连接螺栓受力监测传感器 | |
| CN108828370B (zh) | 电力电缆接头处渗水性试验装置 | |
| CN101787676B (zh) | 缆索内置光纤光栅应变传感器的安装方法 | |
| CN108680291B (zh) | 一种基于光纤光栅传感器的索力监测装置 | |
| DE102009026002A1 (de) | Vorrichtung zur Erfassung von Bewegungen von setzungsempfindlichen Bauteilen | |
| CN102620869B (zh) | 一种光纤光栅拉力传感器 | |
| CN102720515A (zh) | 光纤光栅预应力测力锚杆及其使用方法 | |
| US20180252556A1 (en) | Distributed pressure, temperature, strain sensing cable | |
| CN202074949U (zh) | 可调整大位移测量光纤光栅传感器装置 | |
| CN104101307A (zh) | 一种温度、应变同时测量光纤光栅钢筋应变计 | |
| CN104101306A (zh) | 一种光纤光栅温度补偿方法及超薄微型钢筋应变计 | |
| CN102213625A (zh) | 一种光纤光栅温度传感器 | |
| CA2989301C (en) | Method for measuring the displacement profile of buildings and sensor therefor | |
| CN109763850A (zh) | 一种智能型注浆锚索及其检测方法 | |
| CN202166600U (zh) | 一种带有温度补偿的光纤光栅钢筋混凝土锈蚀传感器 | |
| CN205000992U (zh) | 一种可大规模高精度在线监测盾构隧道错台的系统 | |
| CN202693170U (zh) | 光纤光栅预应力测力锚杆 | |
| CN201614548U (zh) | 缆索内置光纤光栅应变传感器的安装结构 | |
| CN203069150U (zh) | 一种新型光纤光栅应变计 | |
| CN102981230B (zh) | 高灵敏度宽量程应力应变传感光缆及其监测方法 | |
| CN101694372A (zh) | 智能型缆索光纤光栅应变传感器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |