[實用新型]一種內置式光纖智能螺栓

有效

• 申請號: 201720607340.X
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN207178418U
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 張洪英;王菲菲;謝凱;呂中賓;張光明;任鵬亮;魏建林;李清;楊曉輝;楊威;馬倫;張建中;白銀浩;吳豫
• 申請（專利權）人: 國網河南省電力公司電力科學研究院;國網河南省電力公司;國家電網公司;哈爾濱工程大學
• 主分類號: F16B35/04
• 分類號: F16B35/04;F16B11/00
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙)41104
• 代理人: 劉建芳

技術領域

本實用新型屬于光纖傳感及結構健康監測技術領域，特別涉及一種內置式光纖智能螺栓。

背景技術

螺栓連接廣泛應用于機械、化工、交通、電力、航空和土木等行業的各類設備和結構中，一方面用于連接可拆卸部件，另一方面用于傳遞零部件間的載荷，連接狀態表現為軸向預緊。螺栓預緊力就是在擰螺栓過程中在擰緊力矩作用下的螺栓與被連接件之間產生的沿螺栓軸心線方向的預緊力，其預緊力的大小直接關系到整個設備或結構工作的可靠性和安全性。

在不同的螺栓應用環境中，由于高溫、高壓、高頻振動、載荷沖擊等各種因素的影響，往往造成螺栓松動、疲勞和銹蝕而引起的斷裂及過載等引起的事故，這些事故造成了很大的經濟損失和人員傷亡，因此在結構的特定位置進行實時在線的工作狀態健康結構監測很有必要。

智能螺栓是最近幾年剛剛發展起來的新型螺栓型式，具有典型的結構功能一體化特征，其可通過外部安裝或內部埋設傳感器/存儲器/微處理器芯片的方式用于智能化工業產品的生產、使用和維護等各個階段。就目前而言，智能螺栓最具備兩方面的智能功能，一是對溫度、載荷、壓力等環境因素的感知能力，即傳感器功能，主要可應用于計量或結構健康監測領域；二是數據存儲和身份識別能力，即數字標簽功能，主要應用于生產裝配和使用維護等領域。

光纖傳感器具有質量輕、體積小、防爆、對電絕緣、抗電磁干擾、精度高、可靠性高、環境適應性好的優點，可在結構表面安裝或者埋入結構體內部，對被測結構的影響小，測量的結果是結構參數更加真實的反應，適合用于反饋復雜工況環境下結構的變化。

在智能螺栓中內置光纖傳感器對結構進行健康監測是目前行業中研究的較多且技術比較成熟的一種制作方式，但就目前所能檢索到的行業內的技術來看，幾乎所有的智能螺栓的生產或設計方式采用的都是內部埋設的單一模式，而這種模式存在的缺陷是這樣設計的智能螺栓只能起到監測螺栓工作狀態的作用，也就是說只能將監測到的數據進行傳輸，螺栓是否松動，松動到什么程度，是否需要進行人工維修或者更換都需要工作人員進行實時觀察并作出判斷。

專利申請號為 CN2014108022954的中國專利“一種基于光纖光柵傳感原理的溫度補償智能螺栓”，該專利申請中螺栓開有通孔，光纖傳感器貫穿通孔之間，在靠近螺栓頭及螺栓尾的兩端分別鍍有應力光柵傳感器及溫度光柵傳感器，光纖及螺栓孔之間用環氧樹脂膠填充。這種通孔設置對可用的螺栓型號有局限，對螺栓桿稍長一點、硬度大一點的螺栓要想實現深細孔加工非常困難；此外，光纖的直徑非常小，這也就要求通孔的直徑要非常小才能與光纖適應，這在工藝上來說非常難實現，若通孔直徑稍大，則通孔與光纖之間需要使用環氧樹脂膠聯接，然而如果膠層過厚，在環境因素通過螺栓應變傳遞到光纖傳感器上時膠層會過濾掉一部分的能量，導致光纖傳感器的應變存在傳遞誤差，造成應變滯后，特別是在動態測量中影響更加顯著。此外，膠層在螺栓內部會因缺氧而固化困難，且容易因固化不均勻而產生光柵啁啾現象，會進一步影響測量的精度。

專利申請號為CN2015107397562的中國專利公開了“一種帶預拉伸裝置的光纖光柵螺栓應力傳感器”，螺帽端帶有預拉伸裝置，螺栓內部為階梯孔，靠近螺帽的階梯孔上端放置應力光柵傳感器，由拉伸裝置給光纖施加預拉伸量，光纖光柵呈拉緊狀態，靠近螺栓尾的階梯孔下端放置溫度光柵傳感器，光纖光柵呈松弛狀態。該專利兩根光纖在螺栓內部為懸空狀態，雖然該專利實用新型人在中間階梯孔處開小孔保持光纖與螺栓的平行，但光纖與小孔直徑并不完全契合，中間需使用粘結劑進行填充，這就使得光纖并不能完全保證光纖完全沿螺栓中軸線分布，同時會產生附加的扭矩，從而影響光纖對外部的感知靈敏度，產生額外應變；此外，該專利在定頭到螺栓尾部之間使用壓縮的彈簧來保持定頭與階梯孔之間的連接，這其中存在著一個問題就是當應變傳感器感應到應變變化時并不能區分這是螺栓受外界環境影響所產生的還是彈簧失去彈性而使得階梯孔脫落對應變傳感器造成的影響。

發明內容

本實用新型目的在于提供了一種內置式光纖智能螺栓，解決了在螺栓本體內深細孔加工困難、膠層固化困難、膠層過厚導致應變傳遞失真、膠層固化不均勻產生啁啾、光纖單向封裝無法有效監測的問題；

本實用新型為達到上述目的所采取的技術方案是：