CN204495294U - 一种基于光纤光栅的高强度风电塔筒螺栓监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于结构工程及监测系统领域，尤其涉及一种基于光纤光栅的高强度风电塔筒螺栓监测系统。所述监测系统包括双光栅螺栓组、双光栅、光纤接线盒、终端盒、光纤光栅信号解调仪和测试显示装置，所述双光栅置于双光栅螺栓组中，所述双光栅螺栓组、光纤接线盒、终端盒、光纤光栅信号解调仪和测试显示装置依次连接；所述双光栅螺栓组包括多个双光栅螺栓，所述双光栅螺栓包括螺栓垫片和螺杆，所述螺杆外部设有两条埋有双光栅的测试槽，采用双光栅结构，光栅与螺栓紧密接触，能够直接反应螺栓情况，可以快速响应螺栓的变化，因此适用于静态应力应变监测也适合动应变监测，能够有效掌握螺栓的热应变，从而可以更精细的区分应变来源。

Description

一种基于光纤光栅的高强度风电塔筒螺栓监测系统

技术领域

    本实用新型属于结构工程及监测系统领域，尤其涉及一种基于光纤光栅的高强度风电塔筒螺栓监测系统。

背景技术

每一个工程产品，不管其构成有多复杂，实际上都需要用到螺纹紧固件。与其他大部分联结方式相比，螺纹紧固件的重要优势在于能拆卸并重复使用。然而，因为螺纹紧固件容易发生自松动现象，自从工业革命以来，螺纹自松动一直是一个没有很好解决的问题。尽管在最近的150 年间，针对螺纹松动的问题推出了大量的解决方案。直接由螺纹松动导致的事故在数个土木或工业领域中都时有发生，而其中不乏一些灾难性的事故。高强度螺栓一般都是8.8级以上的螺栓，以10.9级居多。螺栓疲劳是一种在循环应力和应变的重复作用下，螺栓一处或几处发生开裂或断裂的失效形式。疲劳是一个机械损伤累积、延时失效的过程。疲劳包括裂纹萌生和裂纹扩展两个过程，在低于材料的屈服强度下发生，在无明显变形下突然失效。所以，与其它失效形式相比，疲劳是一类最危险的失效形式。例如，风力发电机组服役环境复杂而恶劣，既承受动载荷冲击又承受腐蚀环境，所用连接螺栓疲劳断裂高达85%，高强度螺栓的主要失效模式是疲劳。

目前螺栓松动监测方式主要针对螺栓松动报警，有三种技术，分别是压电技术、光纤光栅技术、声波监测技术。前两种是通过螺栓张力的大小来判断螺栓松动情况，通常会设置一个安全阈值，当所测螺栓受力超过阈值时可以发出报警。后一种技术是利用监测松动的螺栓和固定部件受激发生共振或振动，产生二次撞击声的频率，通常用于快速检测。压电技术监测现场需要供电，监测信号容易受电磁场影响，监测数据容易产生漂移，目前的监测技术只做松动报警，且主要用于普通螺栓。

声波技术主要用于快速检测，用于铁塔类螺栓监测较多，主要用于普通螺栓检测。对于在线监测，电磁场较大区域，信号容易受到干扰。

光纤光栅技术目前被广泛用于结构健康监测领域，目前利用增敏光栅技术用于螺栓松动监测，可以对普通螺栓进行松动报警，但是不能对整个塔筒的螺栓状况进行监测，无法掌握塔筒的螺栓疲劳趋势，更无法为螺栓、塔筒的设计与生产改进提供帮助。

实用新型内容

针对现有技术不足，本实用新型提供一种基于光纤光栅的高强度风电塔筒螺栓监测系统，该系统可以较为全面的分析螺栓的疲劳情况，进而为整个塔筒的健康诊断提供有利支持。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是一种基于光纤光栅的高强度风电塔筒螺栓监测系统，其特征在于，所述监测系统包括双光栅、双光栅螺栓组、光纤接线盒、终端盒、光纤光栅信号解调仪和测试显示装置，所述双光栅置于所述双光栅螺栓组中，所述双光栅螺栓组、光纤接线盒、终端盒、光纤光栅信号解调仪和测试显示装置依次连接；

所述双光栅螺栓组包括多个双光栅螺栓，每个所述双光栅螺栓均包括螺栓垫片和螺杆，所述螺杆外部设有两条埋有所述双光栅的测试槽；

进一步地，所述螺栓垫片环套于所述螺杆；

进一步地，所述螺栓垫片内侧设有两个弧形凹槽，所述弧形凹槽与所述测试槽位置对应，所述双光栅通过所述弧形凹槽与串联用的传输光纤连接；

进一步地，每个所述弧形凹槽的曲率大于光纤最小弯曲半径对应的曲率；

进一步地，所述多个双光栅螺栓以串联形式连接在一起形成所述双光栅螺栓组，并所述双光栅螺栓组的两端接入所述光纤接线盒；

进一步地，所述双光栅螺栓组包括两个串联的双光栅螺栓；

进一步地，所述光纤接线盒通过传输光缆连入所述终端盒；

进一步地，所述光纤光栅信号解调仪具有多个光缆孔，所述终端盒通过多条传输光纤分别与所述多个光缆孔相连；

进一步地，所述光纤光栅信号解调仪的输出信号通过所述测试显示装置显示。

本实用新型用的技术是光纤光栅，实时在线监测，与传统电类传感器相比，抗电磁干扰、耐腐蚀、传输距离长。与增敏光纤光栅技术比，采用了双光栅结构，光栅与螺栓紧密接触，几乎融为一体，能够直接反应螺栓情况，可以快速响应螺栓的变化，因此适用于静态应力应变监测也适合动应变监测，采用了双光栅结构，能够有效掌握螺栓的热应变，从而可以更精细的区分应变来源。

附图说明

图1为本实用新型高强度风电塔筒螺栓监测系统的结构图；

图2为本实用新型螺杆的结构图；

图3为本实用新型螺栓垫片的结构图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

相反，本实用新型涵盖任何由权利要求定义的在本实用新型的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本实用新型有更好的了解，在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。

如图1-3所示，本实用新型提供一种基于光纤光栅的高强度风电塔筒螺栓监测系统，所述监测系统包括双光栅螺栓1、双光栅9、光纤接线盒2、终端盒4、光纤光栅信号解调仪5和测试显示装置6，所述双光栅螺栓1包括螺栓垫片7和螺杆8，所述螺杆8包括设置在螺杆8外部的测试槽10，所述开设的测试槽10不破坏螺栓性能，所述测试槽10内埋设有双光栅9，所述双光栅9与螺杆8紧密相连，所述螺栓垫片7整体为具有一贯穿孔的环状，其中螺杆8穿过所述贯穿孔，所述螺栓垫片7内侧设有两个符合传输光纤弯曲半径要求的弧形凹槽11，每个所述弧形凹槽11内侧底部的曲率满足大于光纤最小弯曲半径对应的曲率，所述双光栅9穿过弧形凹槽11通过传输光纤3连入光纤接线盒2上，所述传输光纤以串联形式接入光纤接线盒2，所述光纤接线盒2通过传输光缆3连入终端盒4，所述光纤光栅信号解调仪5具有多个光缆孔12，所述终端盒4通过多个传输光纤与分别与所述多个光缆孔12相连，所述测试显示装置6将测试获得的结果进行显示。

本实用新型提供一种基于光纤光栅技术的高强螺栓状态监测系统，所述系统包含应用于固定法兰的双光栅螺栓1，传输信号功能的传输光纤和双光栅9、用于数据采集的光纤光栅信号解调仪5以及用于数据显示、预警、报警以及测试显示装置6，双光栅9与螺杆8紧密接触融为一体，能够直接反应双光栅螺栓1情况，采用了双光栅结构，能够有效掌握双光栅螺栓1的热应变。

以上所述的实施例，只是本实用新型较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本实用新型技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于光纤光栅的高强度风电塔筒螺栓监测系统，其特征在于，所述监测系统包括双光栅、双光栅螺栓组、光纤接线盒、终端盒、光纤光栅信号解调仪和测试显示装置，所述双光栅置于所述双光栅螺栓组中，所述双光栅螺栓组、光纤接线盒、终端盒、光纤光栅信号解调仪和测试显示装置依次连接；

所述双光栅螺栓组包括多个双光栅螺栓，每个所述双光栅螺栓均包括螺栓垫片和螺杆，所述螺杆外部设有两条埋有所述双光栅的测试槽。

2.根据权利要求1所述的高强度风电塔筒螺栓监测系统，其特征在于，所述螺栓垫片环套于所述螺杆。

3.根据权利要求2所述的高强度风电塔筒螺栓监测系统，其特征在于，所述螺栓垫片内侧设有两个弧形凹槽，所述弧形凹槽与所述测试槽位置对应，所述双光栅通过所述弧形凹槽与串联用的传输光纤连接。

4.根据权利要求3所述的高强度风电塔筒螺栓监测系统，其特征在于，每个所述弧形凹槽的曲率大于光纤最小弯曲半径对应的曲率。

5.根据权利要求1所述的高强度风电塔筒螺栓监测系统，其特征在于，所述多个双光栅螺栓以串联形式连接在一起形成所述双光栅螺栓组，并所述双光栅螺栓组的两端接入所述光纤接线盒。

6.根据权利要求1所述的高强度风电塔筒螺栓监测系统，其特征在于，所述双光栅螺栓组包括两个串联的双光栅螺栓。

7.根据权利要求1所述的高强度风电塔筒螺栓监测系统，其特征在于，所述光纤接线盒通过传输光缆连入所述终端盒。

8.根据权利要求1所述的高强度风电塔筒螺栓监测系统，其特征在于，所述光纤光栅信号解调仪具有多个光缆孔，所述终端盒通过多个传输光纤分别与所述多个光缆孔相连。

9.根据权利要求1所述的高强度风电塔筒螺栓监测系统，其特征在于，所述光纤光栅信号解调仪的输出信号通过所述测试显示装置显示。