[发明专利]一种基于光纤光栅传感带温度补偿的卡箍及监测方法

权利要求书

1.一种基于光纤光栅传感带温度补偿的卡箍的监测方法，其特征在于：

首先，提供一种基于光纤光栅传感带温度补偿的卡箍，在卡箍的长度方向设有第一孔和第二孔，在第一孔内设有测应变的光纤光栅应变传感器，在第二孔内设有光纤光栅温度传感器，所述的卡箍上端面设有垫片，所述垫片覆盖整个卡箍的上端面，通过紧固件将两卡箍卡装在一起；

在光纤光栅温度传感器放入第二孔前先进行封装，封装后在温控箱中进行标定，标定方法为：将封装好的温度传感器放入恒温箱中，按传感器的标定标准进行标定；标定后的光纤光栅温度传感器再放入第二孔中；将固化在第一孔中的光纤光栅应变传感器连同卡箍进行标定，标定方法为：使用标准力矩扳手进行等梯度加外加扭矩，此时的标定过程利用事先标定好的光纤光栅温度传感器对温度进行解耦，然后通过外加扭矩与光纤光栅应变传感器的中心波长变化关系进行标定，从而利用光纤光栅波长的变化情况表征卡箍在实际使用过程中的松动程度；

作用于螺栓外加扭矩与光纤光栅应变传感器中心波长漂移之间的关系如下：

(1)作用于螺栓的外加扭矩Tr与螺栓预紧力F之间的关系为：

Tr＝k·F·d (1)

式中：Tr为作用于螺栓的外加扭矩，F为螺栓的预紧力，d为螺栓的公称直径，k为扭矩系数且有：d_m为螺纹的平均直径，ψ为螺纹升角，μ_Bolt为螺纹之间的摩擦系数，α为螺纹角，f_c为垫片与卡箍表面之间的摩擦系数，上述公式表明外加扭矩Tr和螺栓预紧力F呈线性关系；

(2)埋入卡箍的光纤光栅应变传感器波长变化与外加扭矩之间的关系为：

式中：k₁为光纤光栅应变传感器的波长变化和预紧力之间的关系在材料的线弹性范围内为常数，为光纤光栅应变传感器波长变化和外加扭矩之间的关系，均为不变系数，通过标定实验获得，ΔTr为外加扭矩的变化量，Δλ_B为光纤光栅应变传感器的波长变化量，上式表明外加扭矩和光纤光栅应变传感器的波长漂移成线性关系。

2.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于：第一孔设置在卡箍的一侧，第二孔设置在卡箍的另一侧，两者相连通。

3.根据权利要求1或2所述的监测方法，其特征在于：所述光纤光栅应变传感器通过热固化固定在第一孔内，通过第一套管引出，所述光纤光栅温度传感器通过导热材料固定在第二孔，通过第二套管引出。

4.根据权利要求1或2所述的监测方法，其特征在于：还包括检测站和远程监控与信息处理中心，所述检测站包括光纤光栅解调仪和上位机，远程监控与信息处理中心包括服务器和检测与诊断设备，所述光纤光栅应变传感器和光纤光栅温度传感器与光纤光栅解调仪相连，所述光纤光栅解调仪与上位机相连，上位机通过无线通信与服务器相连，服务器与检测与诊断设备相连。

5.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于：

假设卡箍初始状态时，光纤光栅温度传感器所测的温度为T₀，光纤光栅应变传感器的初始波长是λ_B0，假设卡箍松动后，光纤光栅温度传感器所测的温度为T₁，此时光纤光栅应变传感器的波长是λ_B,1由式(1)可知测应变的光纤光栅波长变化量为：

Δλ_B＝λ_B·(α_f+ξ)·ΔT+λ_B·(1-P_e)·Δε

则由卡箍松动引起的卡箍应变化，进一步引起的光纤光栅应变传感器的中心波长变化量为：

Δλ_Bε＝λ_B,1-λ_B0＝Δλ_B-λ_B·(α_f+ξ)·(T₁-T₀)

进一步螺栓上的外加扭矩的变化量为：

该外加扭矩的变化量的大小即表征了卡箍的松动程度。