[发明专利]一种基于FBG传感器的螺栓紧固结合面面压检测方法

说明书

本发明属于连接件结合面压力检测技术领域，提供了一种基于FBG传感器的螺栓紧固结合面面压检测方法，将结合面面压转化为FBG传感器的应变：基于埋入式FBG传感器的应变传递理论确定FBG传感器埋设槽尺寸及位置；基于单螺栓连接结合面压力分布理论确定结合面测点位置的压力，实时对应应变及压力值完成标定，实现结合面面压的精准检测。根据上述方法确定FBG传感器埋设槽的尺寸及位置，可以保证应变信息的可靠、准确性；综合结合面压力的确定，能够得到准确的应变‑结合面压力曲线，为研究螺栓连接结合面压力提供了一种实用可行的方法。

技术领域

本发明属于连接件结合面压力检测技术领域，具体的为一种通过FBG传感器检测结合面应变来间接反应结合面压力的一种方法。

背景技术

在进行工程重大装备零部件组装以及高精密零件装配时，常用到螺栓连接，但是一直以来螺栓预紧力以及连接结合面压力都难以精确控制，结合面上压力控制不准确以及安装后结合面压力分布不均匀，都会严重影响连接的刚度及设备的整体性能，在重大装备装配中，如航空发动机中的高压、低压涡轮轴，高压压气机盘鼓等零件中存在大量的螺栓连接，精确控制连接面压力大小以及分布均匀性可以有效提高设备性能。因此，在这些重大装备装配中，获得一种测量准确可靠、能够用于实际的结合面压力检测方法就显得尤为重要。

随着高端装备的发展及日益的精量化，实现对结合面参数的准确检测尤为迫切，不仅要求掌握压力的分布规律更要实现压力大小的精准检测。目前，在螺栓连接中已有超声检测法、薄膜法等结合螺栓连接理论模型进行结合面压力的检测与分析，超声检测法能够实现对结合面接触面积、压力分布等参数直接进行无损检测，但是易受噪声等因素的影响，而且检测精度低严重限制了这种方法的应用；采用薄膜传感器法可以实时检测结合面压力，但是很难应用于实际情况，薄膜传感器无法取出，而且可能对连接产生影响，无法进行标定，以上方法均存在各自应用中的局限性。

本发明针对以上检测手段的弊端，提出了一种新型可靠的检测结合面压力的方法，由于超声检测容易受外界因素的干扰导致检测精度低，而噪声等外界因素对FBG传感器的检测影响很小，而且其直接检测应变量大小，精度较高，很大程度提高了检测精度；使用此发明方法进行标定后，可以在对结合面破坏极小的情况下，有效检测出结合面压力的具体值，避免了在结合面处嵌入压力传感器的弊端，因此这种方法有很强的实用价值。

发明内容

在各种重大装备及精密设备装配精度需求日益提高的背景下，综合分析现有结合面参数检测方法的缺陷和不足，本发明提出一种基于FBG传感器的螺栓紧固结合面面压检测方法：采取埋入式FBG传感器检测被连接件的应变量同时使用压力传感器检测结合面压力的方式，两种传感器同时使用，从两个测量角度实时获取应变及对应结合面测点位置面压的实时数据，基于埋入式FBG传感器应变传递理论及单螺栓连接结合面压力分布理论，标定出应变—结合面压力关系曲线，连接结合面是封闭形式的，固结合面面压等参量很难直接检测，本发明提出的方法可在不影响结合面连接的情况下有效检测出结合面压力值，提高了测量的精度，而且更适于研究及应用。

本发明的技术方案：

一种基于FBG传感器的螺栓紧固结合面面压检测方法，将结合面面压转化为FBG传感器的应变：基于埋入式FBG传感器的应变传递理论确定FBG传感器埋设槽尺寸及位置；基于单螺栓连接结合面压力分布理论确定结合面测点位置的压力，实时对应应变及压力值完成标定，实现结合面面压的精准检测，具体设计方法如下：

(1)FBG传感器埋设槽尺寸的确定

根据FBG传感器的平均应变传递率，再结合实际光纤封装工艺及加工工艺，最终确定FBG传感器埋设槽尺寸；

FBG传感器的平均应变传递率为：