[发明专利]一种增敏型光纤光栅法兰螺栓松动监测方法及监测装置

说明书

技术领域

本发明属于检测领域，尤其涉及一种用于对法兰螺栓连接状态进行监测的方法及装置。

背景技术

“法兰螺栓连接”是压力容器、高耸结构(如输电塔、电视塔)构件的主要连接方式。

由于其连接螺栓-螺母在结构上无自锁或锁死结构，故在采用螺栓连接的连接固定处，在长期的荷载作用下，螺栓会出现松动现象，如未及时发现，会造成法兰节点损伤的扩展，进而使结构发生破坏。

过去曾采用过用“双螺母自锁紧”的方式试图阻止连接螺栓的松动问题，但是由于作业方法、实施成本或适用场合等方面的原因，一直未能完全解决法兰连接螺栓的松动问题。

因此，对法兰螺栓连接进行有效监测，及时发现法兰连接螺栓是否发生松动，对保障结构安全有着重要的现实意义。

公开日为2011年9月27日，公开号为CN 102170392A的中国发明专利申请中公开了“一种核主泵用螺栓松动监测装置及其监测方法”，其通过旋转螺栓组松动监测装置和静止螺栓组松动监测装置中分别设置对应的第一CCD数字相机和第二CCD数字相机，并结合含有图像识别模块和预警系统的计算机，逐个计算出每个进行唯一性标示的螺栓的刻度线和对应的被固定的部件的刻度线之间的距离，根据该距离的跨度来进行不同的预警处理。

很明显，上述技术方案虽然简洁有效，但只适合于某些个别的重要设备和关键位置，且实施成本较高，对于广泛采用和大面积推广实施，具有一定的难度。

光纤光栅是近几年发展迅速的新一代光无源器件，在光纤通信和光纤传感等相关领域发挥着重要作用。

以光纤光栅为传感元件研制的传感器具有灵敏度高、体积小、抗电磁辐射等特点，广泛用于应变、温度等物理量的测量。

目前已有研究将光纤光栅传感器直接安装于法兰连接的位置，利用光纤光栅传感器检测螺栓松动造成的法兰连接处的应变变化，据此来判定螺栓是否发生松动。

但在实际工程中，螺栓松动所引起的法兰连接位置的应变变化极小，采用普通的光纤光栅传感器无法有效地监测螺栓连接变化状况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种增敏型光纤光栅法兰螺栓松动监测方法及监测装置，其充分利用光纤光栅传感元件的自身特点，较普通的光纤光栅传感器具有更高的灵敏度，能够有效监测法兰螺栓松动产生的微小变形，是一种高灵敏度的法兰螺栓松动无损检测方法，其灵敏度可调，便于适应实际工程的需求；其监测装置的主体部分便于拆卸和更换，对原结构影响很小，便于推广应用。

本发明的技术方案是：提供一种增敏型光纤光栅法兰螺栓松动监测方法，其特征所述的监测方法至少包括下列步骤：

A、在法兰两侧对应设置两个固定支座；

B、设置一保护钢管，将光纤光栅穿入保护钢管中，使光纤光栅的栅区部分位于保护钢管内，且不与保护钢管直接接触；

C、设置两个夹持部件；

D、使用环氧树脂胶，将保护钢管两侧光纤光栅的光纤部分与两个夹持部件分别对应粘接为一体，并使环氧树脂固化；

E、将两个夹持部件分别对应固定在法兰两侧的两个固定支座上；

F、采用上述结构来构成增敏监测装置，对光纤光栅进行增敏；

G、将增敏监测装置发生的应变ε视为法兰发生的应变；

H、通过解调仪器检测光纤光栅的栅区部分产生的应变ε_f；

I、根据光纤光栅栅区部分的应变ε_f＝增敏监测装置的应变ε×增敏系数K的对应关系，得到法兰上该处的应变；

J、通过采用上述结构和方法，实现对法兰螺栓松动情况进行增敏测量和监测。

进一步的，上述的监测方法通过对光纤光栅进行增敏和测量，来监测法兰螺栓松动产生的微小变形，进而实现法兰螺栓松动的无损检测。

具体的，上述的增敏系数采用如下方式确定：