[发明专利]一种具有松动监测能力的光纤智能螺栓

说明书

本发明公开了一种具有松动监测能力的光纤智能螺栓，包括螺栓本体，在螺栓本体的顶部设有螺帽，在螺栓本体顶部同轴设有沿竖直方向设置的第一安装孔洞，所述第一安装孔洞将螺帽上下贯穿，在螺栓本体的尾部设有沿水平设置的通孔，所述通孔左右贯穿于螺栓本体，在通孔内嵌装有插销，在插销末端一体设有弹性弯曲杆，在弹性弯曲杆的末端固定有配重球，在插销内设有第二安装孔洞，在弹性弯曲杆内设有第三安装孔洞，所述第三安装孔洞将配重球贯穿；在第一安装孔洞内封装有第一光纤传感器，在第二安装孔洞内封装有第二光纤传感器，在第三安装孔洞内封装有第三光纤传感器；从而实现了一种具有松动监测能力的光纤智能螺栓。

技术领域

本发明属于光纤传感及结构健康监测技术领域，特别涉及一种具有松动监测能力的光纤智能螺栓。

背景技术

螺栓连接广泛应用于机械、化工、交通、电力、航空和土木等行业的各类设备和结构中，一方面用于连接可拆卸部件，另一方面用于传递零部件间的载荷，连接状态表现为轴向预紧。螺栓预紧力就是在拧螺栓过程中在拧紧力矩作用下的螺栓与被连接件之间产生的沿螺栓轴心线方向的预紧力，其预紧力的大小直接关系到整个设备或结构工作的可靠性和安全性。

在不同的螺栓应用环境中，由于高温、高压、高频振动、载荷冲击等各种因素的影响，往往造成螺栓松动、疲劳和锈蚀而引起的断裂及过载等引起的事故，这些事故造成了很大的经济损失和人员伤亡，因此在结构的特定位置进行实时在线的工作状态健康结构监测很有必要。

智能螺栓是最近几年刚刚发展起来的新型螺栓型式，具有典型的结构功能一体化特征，其可通过外部安装或内部埋设传感器/存储器/微处理器芯片的方式用于智能化工业产品的生产、使用和维护等各个阶段。就目前而言，智能螺栓最具备两方面的智能功能，一是对温度、载荷、压力等环境因素的感知能力，即传感器功能，主要可应用于计量或结构健康监测领域；二是数据存储和身份识别能力，即数字标签功能，主要应用于生产装配和使用维护等领域。

光纤传感器具有质量轻、体积小、防爆、对电绝缘、抗电磁干扰、精度高、可靠性高、环境适应性好的优点，可在结构表面安装或者埋入结构体内部，对被测结构的影响小，测量的结果是结构参数更加真实的反应，适合用于反馈复杂工况环境下结构的变化。

在智能螺栓中内置光纤传感器对结构进行健康监测是目前行业中研究的较多且技术比较成熟的一种制作方式，但就目前所能检索到的行业内的技术来看，几乎所有的智能螺栓的生产或设计方式采用的都是内部埋设的单一模式，而这种模式存在的缺陷是这样设计的智能螺栓只能起到监测螺栓工作状态的作用，也就是说只能将监测到的数据进行传输，螺栓是否松动，松动到什么程度，是否需要进行人工维修或者更换都需要工作人员进行实时观察并作出判断。

如专利申请号为 CN2014108022954的中国专利“一种基于光纤光栅传感原理的温度补偿智能螺栓”，该专利申请中螺栓开有通孔，光纤传感器贯穿通孔之间，在靠近螺栓头及螺栓尾的两端分别镀有应力光栅传感器及温度光栅传感器，光纤及螺栓孔之间用环氧树脂胶填充。其功能是可对监测到的应力数据进行温度补偿，实时监测螺栓的工作状态；但该发明的缺点在于其所述的智能螺栓只能监测螺栓的工作状态，却不能对监测到的工作状态进行判断和警示，也就是说螺栓是否需要检修需要人工判断；而在实际状况中需要监测的螺栓数量庞大，如果仅靠人工判断无疑是增加了人工成本。

专利申请号为CN2015107397562的中国专利公开了“一种带预拉伸装置的光纤光栅螺栓应力传感器”，螺帽端由预拉伸装置连接应力光栅传感器，螺杆下端放置温度光栅传感器，呈松弛状态。其功能在于实现无胶化封装，提高测量精度和动态性能，但该发明同样只侧重于加强测量螺栓应力的过程，而忽视了螺栓松动之后的警示问题。

综上所述，如何制作一种结构简单、成本低、具有实时监测功能且在螺栓松动需要检修时能够进行警示的光纤智能螺栓是目前行业内需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有松动监测能力的光纤智能螺栓，其具有实时监测功能且在螺栓松动需要检修时能够进行警示功能；