一种用于监测高强螺栓预紧力损失的智能垫片制造技术

本发明专利技术提供了一种用于监测高强螺栓预紧力损失的智能垫片，属于监测技术领域。该用于监测高强螺栓预紧力损失的智能垫片包括上垫片、下垫片、单模光纤、光子光纤、上垫片卡齿、下垫片凹槽、微型弹簧、薄橡胶皮、螺栓孔、塑料软管。该智能垫片基于光子光纤干涉仪工作原理，采用特殊封装方法，并运用光子光纤使力的变化转变为光信号的变化，实现在不影响螺栓正常工作的情况下进行实时监测形式，从而准确地反映螺栓预紧力损失程度。本发明专利技术灵敏度高，操作简单，实用性强，具有广阔的应用前景和推广市场。

A kind of intelligent gasket used to monitor the pretension loss of high strength bolt

【技术实现步骤摘要】
一种用于监测高强螺栓预紧力损失的智能垫片
本专利技术属于监测
，尤其涉及一种用于监测高强螺栓预紧力损失的智能垫片。
技术介绍
螺栓是用于连接、紧固两个带通孔部件的一种机械零件，并因为其成本低、实用性强的特点，成为我们日常生活中最常见的机械零件之一，起到了不可替代的作用。在拧螺栓的过程中，由于拧紧力矩作用，在螺栓与被连接件之间会产生沿螺栓轴心线方向的力，称为螺栓预紧力。预紧力可以提高螺栓连接的可靠性、防松能力和螺栓的疲劳强度，增强连接的紧密性和刚性。但过高或过低的螺栓预紧力都会导致零件连接的失效，造成不必要的损失。因此，必须对螺栓预紧力进行监测，从而把握预紧力松弛情况，确保螺栓的连接稳固可靠，减少螺栓松弛带来的不必要的损失。目前，螺栓预紧力的监测主要有测力螺栓、超声波监测以及张贴应变片等监测方法。然而，这些方法存在着操作繁琐、成本较高、精度波动大以及难以实时监测等问题，大大降低了螺栓预紧力监测的可实现性，增加监测的困难。另外，由于光子光纤灵敏度高、适应性强以及操作简单的优点，一些基于光子光纤的装置也可以用来监测力的变化。与其他监测方法相比，用于监测高强螺栓预紧力损失的智能垫片具有更高精度，操作方便简单，能够实现低成本实时监测，并且对螺栓的正常工作不造成影响，可以更好的进行螺栓预紧力监测。因此，针对螺栓预紧力的监测，从新的技术角度提供一种真实有效、操作方便、可实时监测的用于监测高强螺栓预紧力损失的智能垫片是十分有必要的，从而保障螺栓连接的可靠性。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种用于监测高强螺栓预紧力损失的智能垫片，该智能垫片基于光子光纤，最大的特点是可以实时监测螺栓预紧力松弛情况，呈现出清晰的光信号变化图像。本专利技术的技术方案：一种用于监测高强螺栓预紧力损失的智能垫片，包括上垫片1、下垫片2、光子光纤3、单模光纤4、单模光纤5、上垫片卡齿6、下垫片凹槽7、微型弹簧8、薄橡胶皮9、螺栓孔10和塑料软管11；所述的上垫片卡齿6固定于上垫片1下表面，用于对光子光纤3施加螺栓预紧力；所述的下垫片2上开凿下垫片凹槽7，与上垫片卡齿6相互咬合，用于放置光子光纤3；所述的光子光纤3放置于下垫片凹槽7中，光子光纤3、单模光纤4和单模光纤5依次连接，单模光纤4过下垫片2上的开孔位于智能垫片外；所述的微型弹簧8置于弹簧槽内，当出现螺栓预应力损失时，微型弹簧8将使上垫片1向上微变形，减小传递的压力的大小；该弹簧槽开于上垫片1的下表面和下垫片2的上表面，位置相对；微型弹簧8置于弹簧槽内；所述的上垫片1放置于下垫片2上，其上开凿螺栓孔10用于穿过螺栓，通过上垫片卡齿6与下垫片凹槽7相互咬合，并用薄橡胶皮9进行封装。所述的上垫片1与下垫片2封装后，其间放置光子光纤3，上垫片1对光子光纤3传递相应的力，并通过光子光纤3对力的变化进行监测。所述的单模光纤4使用塑料软管11进行保护。所述的薄橡胶皮9弹性良好，用于封装上垫片1与下垫片2，保障智能垫片正常工作。所述的上垫片卡齿6与下垫片凹槽7的尺寸适当，既能向光子光纤3传递足够大小的力，又不至于使其受压破坏。所述的上垫片卡齿6为锯齿状，对局部光子光纤3施压，未受压的光子光纤3使用环氧树脂胶或环氧布进行固定。本专利技术工作原理：本专利技术的核心原理为光子光纤干涉仪工作原理，如图5所示。在本专利技术中，被聚合物涂层12包裹的单模光纤4、光子光纤3和单模光纤5依次连接，光子光纤3的包层14上开凿有分布在其整个长度上的微小孔洞13。当单模光纤4接收到光束时，光束经过光子光纤3和单模光纤5，最后由反光镜16进行反射，接受到反射回光束的光强为IR＝I1+I2+2(I1×I2)1/2cos(Δφ)(1)其中，I1和I2分别是光子光纤4包层14和纤芯15的光强。Δφ为总相位差，计算方法为Δφ＝2πΔnLf/λ(2)其中，Δn＝n1-n2，n1和n2分别是光子光纤4包层14和纤芯15的折射率，Lf是光子光纤4的长度，λ是光源光的波长。最后，得到的结果可用光的可见性V来表示V＝-10·log10[1-2(k)1/2/(1+k)](3)其中，k＝I2/I1。在本专利技术中，当拧紧螺栓时，螺栓产生的预紧力N0会传递给上垫片1，再由上垫片1以压力的方式传递给光子光纤4，使其受力导致微小孔洞13塌缩。受压塌缩之前为图5(d)，受压后如图5(e)。微小孔洞12塌缩后，从传输单模光纤4传输到光子光纤3的传播光束沿纤芯15传播，接收到由反光镜16反射回的光信号V0，此光信号代表螺栓未出现松弛的情况。当预紧力损失，螺栓出现松弛，上垫片1传递给光子光纤4的压力变小N′，受压塌缩的微小孔洞12变大，使其包层14折射率改变，对纤芯15中传播的光束产生影响，从而导致在输出单模光纤5除连接段外的另一端接收到光信号发生变化V′。预紧力N反射光信号V存在一定的数学关系N＝f(V)(4)公式(4)中的函数关系可以通过试验拟合出来。根据公式(4)，可以根据光信号变化程度推知预紧力损失情况。本专利技术的有益效果：1、本专利技术通过监测光子光纤受压大小，可以实时监测螺栓预紧力损失情况；2、本专利技术核心为光子光纤干涉仪，具有高灵敏度，监测数据获取更快，更加真实可靠；3、本专利技术操作方便，且不受环境等外界因素影响，具有高适应性，便于实现实时监测；4、本专利技术采用上下垫片构造，更加方便的放置或取出光子光纤，且不会压坏光子光纤，为光纤提供更好地保护；5、本专利技术在螺栓工作过程中可充当普通垫片，封装使用后不会影响到螺栓正常工作。附图说明图1为用于监测高强螺栓预紧力损失的智能垫片的三维构造图；图2为用于监测高强螺栓预紧力损失的智能垫片的正面构造图；图3为用于监测高强螺栓预紧力损失的智能垫片的A-A截面剖视图；图4(a)为用于监测高强螺栓预紧力损失的智能垫片的总俯视图；图4(b)为用于监测高强螺栓预紧力损失的智能垫片的下垫片B-B截面俯视图；图5(a)为用于监测高强螺栓预紧力损失的智能垫片的光子光纤三维构造图；图5(b)为用于监测高强螺栓预紧力损失的智能垫片的光子光纤截面图；图5(c)为用于监测高强螺栓预紧力损失的智能垫片的光子光纤截面受压示意图；图5(d)为用于监测高强螺栓预紧力损失的智能垫片的光子光纤受压前示意图；图5(e)为用于监测高强螺栓预紧力损失的智能垫片的光子光纤受压后示意图；图中：1上垫片、2下垫片、3光子光纤、4单模光纤、5单模光纤、6上垫片卡齿、7下垫片凹槽、8微型弹簧、9薄橡胶皮、10螺栓孔、11塑料软管、12聚合物涂层、13微小孔洞、14包层、15纤芯、16反光镜。具体实施方式以下将结合附图和技术方案，对用于监测高强螺栓预紧力损失的智能垫片具体实施方式进行说明。如图所示，本专利技术提供一种用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于监测高强螺栓预紧力损失的智能垫片，其特征在于，所述的用于监测高强螺栓预紧力损失的智能垫片包括上垫片(1)、下垫片(2)、光子光纤(3)、单模光纤(4)、单模光纤(5)、上垫片卡齿(6)、下垫片凹槽(7)、微型弹簧(8)、薄橡胶皮(9)、螺栓孔(10)和塑料软管(11)；/n所述的上垫片卡齿(6)固定于上垫片(1)下表面，用于对光子光纤(3)施加螺栓预紧力；/n所述的下垫片(2)上开凿下垫片凹槽(7)，与上垫片卡齿(6)相互咬合，用于放置光子光纤(3)；/n所述的光子光纤(3)放置于下垫片凹槽(7)中，光子光纤(3)、单模光纤(4)和单模光纤(5)依次连接，单模光纤(4)过下垫片(2)上的开孔位于智能垫片外；/n所述的微型弹簧(8)置于弹簧槽内，当出现螺栓预应力损失时，微型弹簧(8)将使上垫片(1)向上微变形，减小传递的压力的大小；该弹簧槽开于上垫片(1)的下表面和下垫片(2)的上表面，位置相对；微型弹簧(8)置于弹簧槽内；/n所述的上垫片(1)放置于下垫片(2)上，其上开凿螺栓孔(10)用于穿过螺栓，通过上垫片卡齿(6)与下垫片凹槽(7)相互咬合，并用薄橡胶皮(9)进行封装。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于监测高强螺栓预紧力损失的智能垫片，其特征在于，所述的用于监测高强螺栓预紧力损失的智能垫片包括上垫片(1)、下垫片(2)、光子光纤(3)、单模光纤(4)、单模光纤(5)、上垫片卡齿(6)、下垫片凹槽(7)、微型弹簧(8)、薄橡胶皮(9)、螺栓孔(10)和塑料软管(11)；
所述的上垫片卡齿(6)固定于上垫片(1)下表面，用于对光子光纤(3)施加螺栓预紧力；
所述的下垫片(2)上开凿下垫片凹槽(7)，与上垫片卡齿(6)相互咬合，用于放置光子光纤(3)；
所述的光子光纤(3)放置于下垫片凹槽(7)中，光子光纤(3)、单模光纤(4)和单模光纤(5)依次连接，单模光纤(4)过下垫片(2)上的开孔位于智能垫片外；
所述的微型弹簧(8)置于弹簧槽内，当出现螺栓预应力损失时，微型...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐福建，崔皓，李宏男，李钢，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21