光纤光栅应力、应变和温度检测螺栓的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种连接螺栓，尤其是一种能同时测量连接应力和温度双参数的螺栓。
【背景技术】
[0002]螺栓是一种各种结构件的基本连接装置，是风机基座、盾构设备、高铁设备等很多大型设备的必备器件。由于受各种原因，可能导致螺栓发生松动或断裂失效，从而发生严重事故。受力状态不同，螺栓的实效形式也不同。受拉螺栓的损坏多为塑性变形和断裂；变载荷螺栓多为疲劳断裂，受剪切螺栓多为被剪断。若安装扭矩不够会发生松动，而扭矩太大会使螺栓在超载情况下断裂。因此，及时发现松动螺栓及实时监测连接螺栓应力，对于连接具有严格要求的工况具有十分重要的意义。
[0003]现常用的检测连接应力的装置主要是螺栓杆部开槽均布应变片。此操作复杂，不易加工，而且应变片容易污染和干扰，而且另外还需要安装温度传感器来消除温度的影响。
[0004]光纤传感器的优点是与传统的各类传感器相比，光纤传感器用光作为敏感信息的载体，用光纤作为传递敏感信息的媒质，具有光纤及光学测量的特点，有一系列独特的优点。电绝缘性能好，抗电磁干扰能力强，非侵入性，高灵敏度，容易实现对被测信号的远距离监控，耐腐蚀，防爆，光路有可挠曲性，便于与计算机联接。实验表明，光纤测试的载荷-应变曲线比应变片测试的线性度高。而且由于光纤布拉格光栅检测的是反射全光谱中的某波长光谱，所以可以通过波分复用技术实现任意规模的组网，从而进行大范围的监控测量多个参数。
[0005]因此该技术在航天、航海、石油开采、电力传输、核工业、医疗和科学研究等众多领域都得到了广泛的应用。
[0006]光纤光栅的基本原理:光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，在纤芯内形成空间相位光栅，其作用是在纤芯内形成一个窄带的滤波器或反射器，利用这一特性可构成许多性能独特的光纤无源器件。其光栅周期与折射率调制深度均为常数，光栅波矢方向与光纤轴线一致。光纤光栅的布拉格波长与它在的环境参数有密切关系，如温度和应力对该波长影响较大，当光栅所处区域的温度或者应力发生变化时，波长就发生相应的改变，通过对该变化情况监测，可获得传感器安装所在区域的应力和温度。由于光栅对这两个参数比较敏感，这样通过单一的光栅波峰变化的监测是无法区分温度和应力两个参量。这种交叉敏感影响着光栅在传感器技术中的应用。
[0007]实际应用中为了消除温度和应力的相互影响，许多研究者已经做了一些工作。我们提出一种做传感器的方法，米用波分复用的技术，在同个传感器中分布两个布拉格光栅，两光栅之间具有一定的波长差值，通过机械结构的设计消除两者之间的影响，同时又能同时监测到应变和温度两个参数。
[0008]P201320030990.4涉及一种螺栓，把应变片嵌入到螺栓中，螺栓可以完成连接和监测应力这两种功能。实际环境中，温度的高低对该应力的大小也有一定的影响，而且应变片精度不高，从而降低了监测的精度。
【实用新型内容】
[0009]针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本实用新型之目的就是提供一种光纤光栅应力、应变和温度检测螺栓。
[0010]本实用新型的技术方案是，包括螺栓，螺栓的一端沿其轴向开有监测孔，监测孔内固定有应力监测光纤光栅的一端和温度监测光纤光栅的一端，所述应力监测光纤光栅和温度监测光纤光栅的另一端均伸出到通孔外且两者在监测孔内呈两点固定，应力监测光纤光栅的中间部分固定在通孔呈拉直状，温度监测光纤光栅呈弯曲状。
[0011]本实用新型电绝缘性能好，抗电磁干扰能力强，非侵入性，高灵敏度，容易实现对被测试信号的远距离监控，耐腐蚀，防爆，光路有可挠曲性，便于与计算机联接。
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型应力螺栓装配图。
[0013]图2为本实用新型应力螺栓加工主视图。
[0014]图3为图2的右视图。
[0015]图4为本实用新型应力螺栓成品图。
【具体实施方式】
[0016]以下结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细说明。
[0017]如图1至图4所示，本实用新型包括螺栓4，螺栓4的一端沿其轴向开有监测孔19，监测孔19内固定有应力监测光纤光栅102的一端和温度监测光纤光栅101的一端，所述应力监测光纤光栅102和温度监测光纤光栅101的另一端均伸出到监测孔19外且两者在监测孔19内均呈两点固定，应力监测光纤光栅102的两个固定点之间的部分呈拉直状，温度监测光纤光栅101的两个固定点之间呈弯曲状。
[0018]所述应力监测光纤光栅102和温度监测光纤光栅101分别在监测孔19内靠近监测孔19的端部处固定，构成两点固定的结构。
[0019]所述应力监测光纤光栅102的两个固定点和温度监测光纤光栅101的两个固定点上经速干胶10固定。
[0020]所述监测孔19为孔心与螺栓4的轴心相重合的通孔，所述应力监测光纤光栅102和温度监测光纤光栅101的自由端分别置于监测孔19相对的两端外部。
[0021]所述螺栓4的轴向中部外缘上开设有与监测孔19相连通的注胶孔16。
[0022]所述螺栓4两端沿着螺栓轴向分别开有与监测孔相通的注胶槽17，所述注胶槽17内注入有用来固定光纤光栅的速干胶10。
[0023]所述注胶槽17沿着螺栓4轴向向外的监测孔19内开有螺纹槽18，所述螺纹槽18内旋拧有护线接头3，所述护线接头3自由端部上固定有柔性护线套2，光纤光栅经护线接头3和柔性护线套2内穿出，柔性护线套2用来保护光纤光栅。
[0024]所述监测孔19的直径为3_5mm。
[0025]所述螺栓4长度大于40mm。
[0026]根据所述注胶孔16的孔径为3_，用以注入速干胶10固定光纤光栅。
[0027]设备由光纤光栅、护线套2、护线接头3、螺栓4、弹簧垫圈5、平垫6、连接件7和8及固定螺母9组成。螺栓4内部加工有监测孔19，布拉格光纤光栅嵌入到螺栓内部，且该光栅通过速干胶胶粘接与螺栓4内部，光纤一头伸出到螺栓4外面，经护线接头3过度后有护线套2进行保护；
[0028]所述的光栅为布拉格光纤光栅，且为两段，即应力监测段和温度监测段，用来监测连接应力和温度；
[0029]所述的两光栅区段具有一定的布拉格波长差值，采用波分复用技术，通过光解调仪解调光信号，将光信号转换为电信号传送给远程的监控主机的数据处理单元；所述的数据处理单元采集到布拉格波长的变化值A A