CN107152449A - 一种基于光纤光栅用于监测螺栓松动的智能垫片装置 - Google Patents

一种基于光纤光栅用于监测螺栓松动的智能垫片装置 Download PDF

Info

Publication number
CN107152449A
CN107152449A CN201710518882.4A CN201710518882A CN107152449A CN 107152449 A CN107152449 A CN 107152449A CN 201710518882 A CN201710518882 A CN 201710518882A CN 107152449 A CN107152449 A CN 107152449A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fiber
mrow
msub
pad
grating sensor
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.)
Pending
Application number
CN201710518882.4A
Other languages
English (en)
Inventor
霍林生
陈冬冬
宋钢兵
张建仁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian University of Technology
Original Assignee
Dalian University of Technology
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian University of Technology filed Critical Dalian University of Technology
Priority to CN201710518882.4A priority Critical patent/CN107152449A/zh
Publication of CN107152449A publication Critical patent/CN107152449A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
    • G01L1/242—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B43/00—Washers or equivalent devices; Other devices for supporting bolt-heads or nuts

Abstract

本发明属于土木工程以及机械工程的螺栓连接状态监测技术领域，提供了一种基于光纤光栅用于监测螺栓松动的智能垫片装置。该智能垫片装置是当螺栓发生松动时，螺栓作用在垫片上的压力会减小，根据泊松原理，垫片会发生相应收缩，嵌入到垫片内的光纤光栅传感器的波长会发生变化，利用接收到的波长变化可以反过来推测螺栓连接状态，这种基于光栅光纤的智能垫片为工程上螺栓连接松动监测提供一种简便可行的方法。

Description

一种基于光纤光栅用于监测螺栓松动的智能垫片装置
技术领域
本发明主要应用于土木工程以及机械工程的螺栓连接状态监测领域，具体的说，是当螺栓发生松动时，螺栓作用在垫片上的压力会减小，根据泊松原理，垫片会发生相应收缩，嵌入到垫片内的光纤光栅传感器的波长会发生变化，利用接收到的波长变化可以反过来推测螺栓连接状态，这种基于光栅光纤的智能垫片为工程上螺栓连接松动监测提供一种简便可行的方法。
背景技术
现代大型土木结构，例如大跨度钢桥，超高层建筑以及大型输电塔等结构中，螺栓连接作为一种重要的连接方式，其可靠性是保证工程质量及结构正常服役的基础。因此，其连接界面损伤监测研究越来越受到人们的重视。
光栅光纤作为一种新型传感器近几年被广泛应用于结构健康监测领域。光纤传感器与传统传感器相比具有:①体积小、重量轻，对被测结构质量或刚度影响甚微，②抗电磁干扰，③抗腐蚀能力强，④灵敏度高等优点。由于光纤光栅中心波长λB变化与与光栅周期Λ关系如下：
λB＝2·n·Λ
其中，n为有效折射率。
光纤光栅中心波长λB变化与应变Δε变化关系
其中为光纤材料的弹光系数。利用上述光纤光栅波长随应变改变的特点可以对螺栓松动问题进行定量监测。
发明内容
为了解决螺栓松动定量监测问题，本发明提供了一种嵌入式光纤光栅用于监测螺栓松动的智能垫片装置。
本发明的技术方案：
一种基于光纤光栅用于监测螺栓松动的智能垫片装置，包括环向开槽垫片1、光纤光栅传感器2、保护层3和热固化区4；
在环向开槽垫片1的槽内装入光纤光栅传感器2，光纤光栅传感器2绕槽口一圈引出，光纤光栅传感器2的栅区位于环向开槽垫片1的中间位置；在保持预拉伸状态下，通过353胶对热固化区4进行热固化，热固化区4为光纤光栅传感器(2)的两端引出位置处；光纤光栅传感器2外为704胶保护层3进行保护。
所述的智能垫片装置在使用前进行标定，标定方法为：将智能垫片装置用标准扭矩扳手进行等梯度加扭矩，通过扭矩与光纤波长变化关系进行标定，从而用于判断实际中螺栓连接状态。
所述的智能垫片装置依靠螺栓施加给环向开槽垫片1的扭矩，导致光纤光栅传感器2波长改变，进而实现螺栓松动状况的监测，外加扭矩与智能垫片光纤光栅传感器2波长改变关系如下：
(1)嵌入环向开槽垫片1内的光纤光栅传感器2应变与波长关系如下：
εC＝kCΔλC；
(2)嵌入环向开槽垫片1内的光纤光栅传感器2波长与外加扭矩关系如下：
式中：K为扭矩与轴力转化系数，取0.1；Kc为应变转化系数；D1,D2为环向开槽垫片外径和内径；T为外加扭矩；μ为泊松比。
本发明的有益效果：
1、此装置依靠光纤光栅中心波长的改变与应变对应关系，通过远程监测，不需要人工现场检测，省时省力,而且对于螺栓的安装以及整体结构的性能没有影响。
2、此装置可以实时对结构进行监测，相比其他监测方法该方式敏感度高。
3、本发明构造简单，零件较少，制作和安装过程简单，适用性强，成本低维护方便，能有效监测出螺栓工作状态，具有广阔的推广市场和应用前景。
附图说明
图1是本发明整体实物示意图。
图2是本发明的前视图。
图3是本发明A-A截面剖视图。
图4(a)是本发明的智能垫片装置主视图的受力计算图。
图4(b)是本发明的智能垫片装置侧视图的受力计算图。
图中：1开槽垫片；2光纤光栅；3填充704胶的保护区；4热固化区；
D1,D2,为垫片外径和内径；C,C’为垫片受力形变前和形变后外周长；
F为扭矩转化力；L,L’为垫片受力形变前和形变后的厚度；
εl为厚度上的应变。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
本发明提供了一种基于光纤光栅用于监测螺栓松动的智能垫片装置，具体实施方式如下：
垫片1采用Q235钢材料制成，具有较强的强度和以及一定的韧性，将垫片1环向进行开槽，环向开槽尺寸1mm深，1mm宽。将光纤光栅埋入槽内，光纤光栅埋入后需进行一定的预拉伸，可利用两端悬挂一定质量的砝码进行拉伸。保持光纤光栅预拉伸状态用353胶进行热固化。待胶水将光纤光栅固定后填充704胶进行保护，保持预拉伸状态至704胶风干。
风干后的垫片即为光纤光栅智能垫片，但是光纤光栅垫片在使用过程中需要进行标定，因此，光纤智能垫片标定也是本专利的一部分。标定过程如下：使用标准扭矩扳手进行等梯度加扭矩，通过扭矩与光纤波长变化关系进行标定，从而用于判断实际中螺栓连接状态。

Claims (3)

1.一种基于光纤光栅用于监测螺栓松动的智能垫片装置，其特征在于，所述的智能垫片装置包括环向开槽垫片(1)、光纤光栅传感器(2)、保护层(3)和热固化区(4)；
在环向开槽垫片(1)的槽内装入光纤光栅传感器(2)，光纤光栅传感器(2)绕槽口一圈引出，光纤光栅传感器(2)的栅区位于环向开槽垫片(1)的中间位置；在保持预拉伸状态下，通过353胶进行热固化，形成热固化区(4)，热固化区(4)为光纤光栅传感器(2)的两端引出位置处；光纤光栅传感器(2)外为704胶保护层(3)进行保护。
2.根据权利要求1所述的智能垫片装置，其特征在于，所述的智能垫片装置在使用前进行标定，标定方法为：将智能垫片装置用标准扭矩扳手进行等梯度加扭矩，通过扭矩与光纤波长变化关系进行标定，从而用于判断实际中螺栓连接状态。
3.根据权利要求1或2所述的智能垫片装置，其特征在于，智能垫片装置依靠螺栓施加给环向开槽垫片(1)的扭矩，导致光纤光栅传感器(2)波长改变，进而实现螺栓松动状况的监测，外加扭矩与智能垫片光纤光栅传感器(2)波长改变关系如下：
(1)嵌入环向开槽垫片(1)内的光纤光栅传感器(2)应变与波长关系如下：
εC＝kCΔλC；
(2)嵌入环向开槽垫片(1)内的光纤光栅传感器(2)波长与外加扭矩关系如下：
<mrow> <msub> <mi>&amp;Delta;&amp;lambda;</mi> <mi>C</mi> </msub> <mo>=</mo> <mi>&amp;mu;</mi> <mfrac> <mrow> <mn>4</mn> <mo>*</mo> <mi>T</mi> </mrow> <mrow> <msub> <mi>k</mi> <mi>C</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>&amp;pi;</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>K</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>D</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>D</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>D</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>
式中：K为扭矩与轴力转化系数，取0.1；Kc为应变转化系数；D1,D2为环向开槽垫片外径和内径；T为外加扭矩；μ为泊松比。
CN201710518882.4A 2017-06-30 2017-06-30 一种基于光纤光栅用于监测螺栓松动的智能垫片装置 Pending CN107152449A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710518882.4A CN107152449A (zh) 2017-06-30 2017-06-30 一种基于光纤光栅用于监测螺栓松动的智能垫片装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710518882.4A CN107152449A (zh) 2017-06-30 2017-06-30 一种基于光纤光栅用于监测螺栓松动的智能垫片装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107152449A true CN107152449A (zh) 2017-09-12

Family

ID=59795848

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710518882.4A Pending CN107152449A (zh) 2017-06-30 2017-06-30 一种基于光纤光栅用于监测螺栓松动的智能垫片装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107152449A (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108019400A (zh) * 2017-10-30 2018-05-11 江阴市恒润环锻有限公司 一种带有防滑凸起型垫圈与压力传感器的法兰及制造方法
CN108981988A (zh) * 2018-08-01 2018-12-11 武汉理工大学 一种基于光纤光栅传感的卡箍松动检测装置及检测方法
CN109269433A (zh) * 2018-08-03 2019-01-25 武汉理工大学 一种基于光纤光栅传感带温度自补偿的卡箍松动自监测装置及方法
RU2695179C1 (ru) * 2018-10-10 2019-07-22 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "СПЛАВ" (АО "НПО "СПЛАВ") Уплотнительная прокладка для фланцевого соединения
RU2702456C1 (ru) * 2018-09-12 2019-10-08 Общество с ограниченной ответственностью "Силур" Интеллектуальное уплотнение для контроля состояния разъемных соединений
CN110799820A (zh) * 2017-06-27 2020-02-14 飞波传感公司 具有π相移布拉格光栅的光学传感器和使用其的光学感测系统
RU2738289C2 (ru) * 2018-09-28 2020-12-11 Василий Мотелевич Оснач Прокладка-уплотнитель, передающая информацию о своем состоянии
CN114341606A (zh) * 2019-06-13 2022-04-12 乐姆宝公开有限公司 用于通过在制动卡钳本体与相应支撑件之间的固定接合部处由光子传感器执行的检测来确定制动扭矩的方法和系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5973317A (en) * 1997-05-09 1999-10-26 Cidra Corporation Washer having fiber optic Bragg Grating sensors for sensing a shoulder load between components in a drill string
CN101769442A (zh) * 2010-01-18 2010-07-07 大连理工大学 一种监测管道腐蚀的方法
CN102759906A (zh) * 2011-04-26 2012-10-31 费希尔控制国际公司 用于表征过程控制设施连接完整性的方法和装置
DE202013010397U1 (de) * 2013-11-18 2014-11-03 Lannewehr + Thomson GmbH & Co. KG Unterlegscheiben-Anordnung zum Bestimmen der Vorspannkraft einer Schraubverbindung
CN106225815A (zh) * 2016-06-30 2016-12-14 深圳市顺利普科技有限公司 光纤布拉格光栅传感器及光纤布拉格光栅传感装置
CN206943194U (zh) * 2017-06-30 2018-01-30 大连理工大学 一种基于光纤光栅用于监测螺栓松动的智能垫片装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5973317A (en) * 1997-05-09 1999-10-26 Cidra Corporation Washer having fiber optic Bragg Grating sensors for sensing a shoulder load between components in a drill string
CN101769442A (zh) * 2010-01-18 2010-07-07 大连理工大学 一种监测管道腐蚀的方法
CN102759906A (zh) * 2011-04-26 2012-10-31 费希尔控制国际公司 用于表征过程控制设施连接完整性的方法和装置
DE202013010397U1 (de) * 2013-11-18 2014-11-03 Lannewehr + Thomson GmbH & Co. KG Unterlegscheiben-Anordnung zum Bestimmen der Vorspannkraft einer Schraubverbindung
CN106225815A (zh) * 2016-06-30 2016-12-14 深圳市顺利普科技有限公司 光纤布拉格光栅传感器及光纤布拉格光栅传感装置
CN206943194U (zh) * 2017-06-30 2018-01-30 大连理工大学 一种基于光纤光栅用于监测螺栓松动的智能垫片装置

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110799820A (zh) * 2017-06-27 2020-02-14 飞波传感公司 具有π相移布拉格光栅的光学传感器和使用其的光学感测系统
CN110799820B (zh) * 2017-06-27 2021-12-07 飞波传感公司 具有π相移布拉格光栅的光学传感器和使用其的光学感测系统
CN108019400A (zh) * 2017-10-30 2018-05-11 江阴市恒润环锻有限公司 一种带有防滑凸起型垫圈与压力传感器的法兰及制造方法
CN108019400B (zh) * 2017-10-30 2023-10-20 江阴市恒润环锻有限公司 一种带有防滑凸起型垫圈与压力传感器的法兰及制造方法
CN108981988A (zh) * 2018-08-01 2018-12-11 武汉理工大学 一种基于光纤光栅传感的卡箍松动检测装置及检测方法
CN109269433A (zh) * 2018-08-03 2019-01-25 武汉理工大学 一种基于光纤光栅传感带温度自补偿的卡箍松动自监测装置及方法
CN109269433B (zh) * 2018-08-03 2020-08-04 武汉理工大学 一种基于光纤光栅传感带温度补偿的卡箍及监测方法
RU2702456C1 (ru) * 2018-09-12 2019-10-08 Общество с ограниченной ответственностью "Силур" Интеллектуальное уплотнение для контроля состояния разъемных соединений
RU2738289C2 (ru) * 2018-09-28 2020-12-11 Василий Мотелевич Оснач Прокладка-уплотнитель, передающая информацию о своем состоянии
RU2695179C1 (ru) * 2018-10-10 2019-07-22 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "СПЛАВ" (АО "НПО "СПЛАВ") Уплотнительная прокладка для фланцевого соединения
EA034266B1 (ru) * 2018-10-10 2020-01-23 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "СПЛАВ" (АО "НПО "СПЛАВ") Уплотнительная прокладка для фланцевого соединения
CN114341606A (zh) * 2019-06-13 2022-04-12 乐姆宝公开有限公司 用于通过在制动卡钳本体与相应支撑件之间的固定接合部处由光子传感器执行的检测来确定制动扭矩的方法和系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107152449A (zh) 一种基于光纤光栅用于监测螺栓松动的智能垫片装置
CN206943194U (zh) 一种基于光纤光栅用于监测螺栓松动的智能垫片装置
CN103292721B (zh) 一种监测预应力钢绞线应变的光纤光栅大量程应变传感器
CN101435779B (zh) 基于光纤布里渊传感的智能钢绞线及其制备与全尺度监测方法
CN103669429B (zh) 基于fbg传感器的圆形实心混凝土桩桩身应变监测方法
CN102278947B (zh) 用于沥青混凝土路面应变、裂纹测试的封装fbg传感器
CN201535705U (zh) 光纤光栅管道应力箍
CN103512686A (zh) 一种静压高强预应力混凝土管桩桩身应力测试装置
CN102121860A (zh) 波纹膜片式管外压力传感器和油水井套管外压力监测装置及方法
CN103383246A (zh) 一种高灵敏度光纤光栅应变传感器
CN103485373A (zh) 一种静压高强预应力混凝土管桩桩身应力测试方法
CN103323385A (zh) 光纤锚杆腐蚀传感器
CN202511764U (zh) 一种高灵敏度光纤光栅应变传感器
CN106949996A (zh) 光纤光栅智能钢绞线及其监控系统和标定方法
CN107860329A (zh) 一种高灵敏度的光纤光栅应变传感器
CN109357785B (zh) 一种基于分布式传感技术的核电厂安全壳整体性能评价方法
CN103437383A (zh) 管桩击入土层的fbg-botda联合传感器检测方法
CN203259452U (zh) 光纤锚杆腐蚀传感器
CN105442758A (zh) 大量程frp内嵌钢丝复合光纤智能筋及其制备方法
CN202403851U (zh) 锚索框架组合结构的光纤Bragg光栅测力传感器
CN110714489A (zh) 一种基坑及周边水平位移的分布式光纤传感监测系统
CN1869582A (zh) 光纤光栅增减敏应变传感器设计方法与制作工艺
CN204269265U (zh) 用于高温高压环境下的光纤光栅压力传感器
CN209432073U (zh) 测量拉压应变的长标距同轴多重套管封装光纤光栅传感器
CN203479436U (zh) 一种静压高强预应力混凝土管桩桩身应力测试装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination