CN110181451A - 一种基于光纤光栅的压力传感器安装扭力扳手 - Google Patents
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Abstract
一种基于光纤光栅的压力传感器安装扭力扳手，属于扭矩计量领域。现有的扭力扳手测量精度低，测量电路易产生电火花，有隐患，难以在石化领域等易燃易爆场合应用。施拧头通过连接套筒连接在悬臂梁弹性体的一端，悬臂梁弹性体的另一端连接在施力把手上，光纤光栅固定安装在悬臂梁弹性体的两侧板面上，保护罩套在悬臂梁弹性体上，光纤光栅尾纤的一端穿过施力把手的内筒连接在光纤光栅上，光纤光栅尾纤的另一端连接在光栅光纤解调仪上，传感器通过单模光纤连接在光栅光纤传感解调仪上，单模光纤的一端通过六角螺母连接在传感器的顶端，单模光纤的另一端连接在光栅光纤传感解调仪上，光栅光纤解调仪与计算机连接。本发明用于测量扭力扳手的扭力。
Description
技术领域
本发明属于扭矩计量领域，尤其涉及一种基于光纤光栅的压力传感器安装扭力扳手。
背景技术
扭力扳手是机械制造行业的一种常见工具，用于螺纹连接机械结构组装。通常在有特殊紧固安装要求的场合必须采用扭力扳手，进行定量的施加扭力，主要包括机械类和数字式两大类。
目前机械指针式扭力扳手已广泛应用于各类机械安装领域，但指针式扭力扳手测量扭矩精度在4％左右，不适合高精度安装场合。数显扭力扳手是机械传感器的输出信号由单模光纤接入光纤光栅传感解调仪进行解调，由解调仪进行波长--扭矩物理量的转换，数据可存储在上位计算机。扭力扳手的升级版，内部集成了电子应变片，测量扭力的大小，已应用于汽车、铁路、化工、桥梁等大型机械领域。由于受制于高精度力学传感器和装配工艺，国内数显扭力扳手测量扭矩技术与国外尚有差距，进口的数显扭力扳手性能好，但价格比较贵。基于电子测量的扭力扳手在电磁干扰情况下易受干扰，影响测量精度，而且测量电路容易产生电火花，有防爆隐患，难以在石化领域等易燃易爆场合应用。目前静态和动态大压力传感器在军工、石油、化工、铁路领域有很多应用，传感器的安装过程对扭力扳手的测量精度和使用安全均提出了更高的要求。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是：现有的扭力扳手测量精度低，测量电路容易产生电火花，有防爆隐患，难以在石化领域等易燃易爆场合应用，进而提供一种基于光纤光栅的压力传感器安装扭力扳手。
本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：
所述的安装扭力扳手包括施拧头1、连接套筒2、悬臂梁弹性体3、光纤光栅4、保护罩5、施力把手6、光纤光栅尾纤7、光栅光纤传感解调仪8、传感器9和计算机10，施拧头1通过连接套筒2连接在悬臂梁弹性体3的一端，悬臂梁弹性体3的另一端连接在施力把手6上，光纤光栅4固定安装在悬臂梁弹性体3的两侧板面上，保护罩5套在悬臂梁弹性体3上，光纤光栅尾纤7的一端穿过施力把手6的内筒连接在光纤光栅4上，光纤光栅尾纤7的另一端连接在光栅光纤解调仪8上，传感器9通过单模光纤连接在光栅光纤传感解调仪8上，单模光纤的一端通过六角螺母连接在传感器9的顶端，单模光纤的另一端连接在光栅光纤传感解调仪8上，光栅光纤解调仪8与计算机10连接。
进一步的，在悬臂梁弹性体3的两侧端面上靠近施力把手6侧沿悬臂梁弹性体3的长度方向分别开有一个长条形嵌入槽，每个长条形嵌入槽中粘接一根光纤光栅4。
进一步的，所述的长条形嵌入槽的长度为悬臂梁弹性体3总长度的三分之一。
进一步的，所述的施力把手6上套有橡胶护套。
进一步的，所述的施拧头1卡接在连接套筒2上，施拧头1的一端为六棱柱，连接套筒2上设置有与所述六棱柱相匹配的内筒。
进一步的，所述的施拧头1为转动套筒，转动套筒的另一端设置有多棱形内筒。
进一步的，所述的施拧头1为叉形件。
进一步的，所述的施力把手6的尾端连接有一个法兰盘11，光纤光栅尾纤7穿过法兰盘11的内孔伸入到施力把手6的内筒中。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用光纤光栅应变传感器替代传统应变片，光纤光栅应变传感器本质安全、抗电磁干扰、体积小巧、易于布设，使用安全，测量精度不受影响，测量精度达到90％；
2、采用光纤光栅应变传感器替代传统应变片，不必单独配置光纤光栅传感器波长解调仪，使用原有的波长解调仪即可，降低使用成本；
3、通过光栅光纤传感解调仪能够将扭力施加过程中传感器的变化和扭力的变化同步一一对应地记录下来，对安装的紧固程度的确定和传感器的安装应力响应均提供必要的数据，因此这种基于光纤光栅的扭力扳手不但解决了传统扭力扳手的不足之处，而且通过记录扭力施加过程，形成曲线，对安装紧固和高压密封效果评估有重要意义。
附图说明
图1为安装扭力扳手的整体结构示意图；
图2为保护罩套在悬臂梁弹性体上的示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案：
具体实施方式一：如图1所示，本实施方式所述的安装扭力扳手包括施拧头1、连接套筒2、悬臂梁弹性体3、光纤光栅4、保护罩5、施力把手6、光纤光栅尾纤7、光栅光纤传感解调仪8、传感器9和计算机10，施拧头1通过连接套筒2连接在悬臂梁弹性体3的一端，悬臂梁弹性体3的另一端连接在施力把手6上，光纤光栅4固定安装在悬臂梁弹性体3的两侧板面上，保护罩5套在悬臂梁弹性体3上，光纤光栅尾纤7的一端穿过施力把手6的内筒连接在光纤光栅4上，光纤光栅尾纤7的另一端连接在光栅光纤解调仪8上，传感器9通过单模光纤连接在光栅光纤传感解调仪8上，单模光纤的一端通过六角螺母连接在传感器9的顶端，单模光纤的另一端连接在光栅光纤传感解调仪8上，光栅光纤解调仪8与计算机10连接。安装扭力扳手的施拧头对传感器9顶端的六角螺母产生扭力，传感器9输出的信号由单模光纤接入光纤光栅传感解调仪8进行解调，由光纤光栅传感解调仪8进行波长--扭矩物理量的转换，数据可存储在上位计算机10上。施拧头旋转过程中悬臂梁弹性体受到压力时,光纤光栅会与悬臂梁弹性体一起发生应变，导致光纤光栅反射光的峰值波长漂移，通过解调仪检测波长值的变化。
所述的悬臂梁弹性体3为梯形的等强度悬臂梁，所述保护罩的材质为柔性材料。
具体实施方式二：如图1和图2所示，本实施方式在悬臂梁弹性体3的两侧端面上靠近施力把手6侧沿悬臂梁弹性体3的长度方向分别开有一个长条形嵌入槽，每个长条形嵌入槽中粘接一根光纤光栅4。
其他组成及连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式所述的长条形嵌入槽的长度为悬臂梁弹性体3总长度的三分之一。梯形悬臂梁弹性体的Bragg波长的漂移量不仅与外力成正比，还与梯形悬臂梁弹性体上粘贴光纤光栅的位置有关，并且成线性关系。将光纤光栅粘贴在梯形悬臂梁弹性体的三分之一位置处，效果最好，灵敏度最高。当梯形悬臂梁弹性体发生弹性形变时，粘贴在其表面的光纤光栅很灵敏的将信号传送出去。
其他组成及连接方式与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：本实施方式所述的施力把手6上套有橡胶护套。
其他组成及连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：如图2所示，本实施方式所述的施拧头1卡接在连接套筒2上，施拧头1的一端为六棱柱，连接套筒2上设置有与所述六棱柱相匹配的内筒。
其他组成及连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：如图2所示，本实施方式所述的施拧头1为转动套筒，转动套筒的另一端设置有多棱形内筒。所述的多棱形内筒可以为四角内筒或六角内筒，多棱形内筒与测量器件相配合。通过更换施拧头1可适用于不同的测量器件。
其他组成及连接方式与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：如图1所示，本实施方式所述的施拧头1为叉形件。
其他组成及连接方式与具体实施方式五相同。
具体实施方式八：如图1和图2所示，本实施方式所述的施力把手6的尾端连接有一个法兰盘11，光纤光栅尾纤7穿过法兰盘11的内孔伸入到施力把手6的内筒中。其他组成及连接方式与具体实施方式一至七任一项相同。
Claims (8)
1.一种基于光纤光栅的压力传感器安装扭力扳手，其特征在于：它包括施拧头(1)、连接套筒(2)、悬臂梁弹性体(3)、光纤光栅(4)、保护罩(5)、施力把手(6)、光纤光栅尾纤(7)、光栅光纤传感解调仪(8)、传感器(9)和计算机(10)，施拧头(1)通过连接套筒(2)连接在悬臂梁弹性体(3)的一端，悬臂梁弹性体(3)的另一端连接在施力把手(6)上，光纤光栅(4)固定安装在悬臂梁弹性体(3)的两侧板面上，保护罩(5)套在悬臂梁弹性体(3)上，光纤光栅尾纤(7)的一端穿过施力把手(6)的内筒连接在光纤光栅(4)上，光纤光栅尾纤(7)的另一端连接在光栅光纤解调仪(8)上，传感器(9)通过单模光纤连接在光栅光纤传感解调仪(8)上，单模光纤的一端通过六角螺母连接在传感器(9)的顶端，单模光纤的另一端连接在光栅光纤传感解调仪(8)上，光栅光纤解调仪(8)与计算机(10)连接。
2.根据权利要求1所述的安装扭力扳手，其特征在于：在悬臂梁弹性体(3)的两侧端面上靠近施力把手(6)侧沿悬臂梁弹性体(3)的长度方向分别开有一个长条形嵌入槽，每个长条形嵌入槽中粘接一根光纤光栅(4)。
3.根据权利要求2所述的安装扭力扳手，其特征在于：所述的长条形嵌入槽的长度为悬臂梁弹性体(3)总长度的三分之一。
4.根据权利要求1所述的安装扭力扳手，其特征在于：所述的施力把手(6)上套有橡胶护套。
5.根据权利要求1所述的安装扭力扳手，其特征在于：所述的施拧头(1)卡接在连接套筒(2)上，施拧头(1)的一端为六棱柱，连接套筒(2)上设置有与所述六棱柱相匹配的内筒。
6.根据权利要求5所述的安装扭力扳手，其特征在于：所述的施拧头(1)为转动套筒，转动套筒的另一端设置有多棱形内筒。
7.根据权利要求5所述的安装扭力扳手，其特征在于：所述的施拧头(1)为叉形件。
8.根据权利要求1至7任一项权利要求所述的安装扭力扳手，其特征在于：所述的施力把手(6)的尾端连接有一个法兰盘(11)，光纤光栅尾纤(7)穿过法兰盘(11)的内孔伸入到施力把手(6)的内筒中。
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