螺栓受力监测系统和监测方法技术方案

本发明专利技术公开一种螺栓受力监测系统和监测方法，涉及数据监测领域。该螺栓受力监测系统包括：设置在螺栓上的应变传感器组件和温度传感器；测试单元，分别与应变传感器组件和温度传感器连接，利用应变传感器组件采集螺栓的应变参数，并且利用温度传感器采集螺栓的环境温度；处理单元，基于环境温度对由温度变化导致的应变误差进行校正，以获得螺栓的实际应变参数。本发明专利技术能够提高螺栓受力的监测的精准度。

Bolt force monitoring system and monitoring method

The invention discloses a bolt force monitoring system and a monitoring method, relating to the field of data monitoring. The bolt force monitoring system including: setting the strain sensor component and temperature sensor on the bolt; the test unit is respectively connected with the strain sensor and temperature sensor, the strain parameters of strain sensor component acquisition bolts, and use the temperature sensor to collect the bolt at ambient temperature; the processing unit, the ambient temperature corrects the error due to strain by the temperature change based on the actual parameters of bolt to strain. The invention can improve the monitoring accuracy of the force of the bolt.

【技术实现步骤摘要】
螺栓受力监测系统和监测方法
本专利技术涉及数据监测领域，尤其涉及一种螺栓受力监测系统和监测方法。
技术介绍
螺栓是一种应用于机械装置的连接件，常用于连接两个带有通孔的部件。螺栓在日常生活和工业生产制造之中具有不可或缺的地位，在一些大型机械装置中，许多结构件均需要使用螺栓连接。其中有一些机械装置的工作环境往往复杂且恶劣，这些工作在恶劣工作环境下的机械装置中的螺栓既要承受交变载荷，又要承受环境腐蚀应力，尤其用于连接大部件的螺栓在交变载荷及环境应力的重复作用下，会产生疲劳，甚至出现裂纹，裂纹的持续扩展会导致螺栓出现断裂的情况，从而对螺栓连接的部件及整个机械装置带来严重的安全风险。现阶段，可以对螺栓的应力参数进行采集，但当应用螺栓的机械装置的工作环境的温度变化较大时，采集到的应力参数会有较大偏差，降低了对螺栓受力的监测的精准度。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种螺栓受力监测系统和监测方法，能够提高对螺栓受力的监测的精准度。第一方面，本专利技术实施例提供了一种螺栓受力监测系统，包括：设置在螺栓上的应变传感器组件和温度传感器；测试单元，分别与应变传感器组件和温度传感器连接，利用应变传感器组件采集螺栓的应变参数，并且利用温度传感器采集螺栓的环境温度；处理单元，基于环境温度对由温度变化导致的应变误差进行校正，以获得螺栓的实际应变参数。在第一方面的一些实施例中，应变传感器组件包括光纤光栅应变传感器，光纤光栅应变传感器沿螺栓的螺柱的中心轴线方向设置在螺栓的表面上；测试单元包括光源和光检测器，光源和光检测器分别连接光纤光栅应变传感器的测试端，光源向光纤光栅应变传感器的测试端提供输入光波，光检测器接收光纤光栅应变传感器的反射的输出光波。在第一方面的一些实施例中，应变传感器组件包括具有不同反射波长的四个光纤光栅应变传感器，四个光纤光栅应变传感器沿螺栓的圆周周向间隔90度设置，四个光纤光栅应变传感器依次串联；光检测器接收四个光纤光栅应变传感器反射的输出光波，基于输出光波的波长变化检测螺栓的螺杆的周向的应变参数。在第一方面的一些实施例中，上述螺栓受力监测系统还包括：温度传感器为光纤光栅温度传感器；光纤光栅温度传感器与光纤光栅应变传感器串联连接，光检测器还接收光纤光栅温度传感器的输出光波；处理单元根据光纤光栅温度传感器的输出光波的波长变化以及光纤光栅温度传感器的灵敏度系数，获得螺栓工作过程中实时的环境温度变化。在第一方面的一些实施例中，处理单元还基于螺栓的实时的环境温度变化，利用安装有光纤光栅应变传感器的螺栓在未受到应变时与受到应变时光纤光栅应变传感器的输出光波的波长变化、光纤光栅应变传感器的灵敏度以及光纤光栅应变传感器的温度系数，计算得到螺栓的实际应变；还根据螺栓的实际应变和螺栓的材料的弹性模量，获得螺栓承受的实际应力。第二方面，一种螺栓受力监测方法，包括：利用应变传感器组件和温度传感器分别采集螺栓的应变参数和螺栓的环境温度；基于螺栓的环境温度对由温度变化导致的应变误差进行校正，以获得螺栓的实际应变参数。在第二方面的一些实施例中，应变传感器组件包括光纤光栅应变传感器，方法还包括：向光纤光栅应变传感器的测试端提供输入光波；接收光纤光栅应变传感器的输出光波。在第二方面的一些实施例中，应变传感器组件包括具有不同反射波长的四个光纤光栅应变传感器，四个光纤光栅应变传感器沿螺栓的圆周周向间隔90度设置，四个光纤光栅应变传感器依次串联；方法还包括：接收四个光纤光栅应变传感器反射的输出光波；基于输出光波的波长变化检测螺栓的螺杆的周向的应变参数。在第二方面的一些实施例中，温度传感器为光纤光栅温度传感器；方法还包括：接收光纤光栅温度传感器反射的输出光波；根据光纤光栅温度传感器的输出光波的波长变化以及光纤光栅温度传感器的灵敏度系数，获得螺栓工作过程中实时的环境温度变化。在第二方面的一些实施例中，基于螺栓的环境温度对由温度变化导致的应变误差进行校正，以获得螺栓的实际应变参数的步骤，包括：基于螺栓的实时的环境温度变化，利用安装有光纤光栅应变传感器的螺栓在未受到应变时与受到应变时光纤光栅应变传感器的输出光波的波长变化、光纤光栅应变传感器的灵敏度以及光纤光栅应变传感器的温度系数，计算得到螺栓的实际应变；根据螺栓的实际应变和螺栓的材料的弹性模量，获得螺栓承受的实际应力。本专利技术实施例提供的螺栓受力监测系统和监测方法，利用应变传感器组件和温度传感器分贝采集螺栓的应变参数和螺栓的环境温度，基于环境温度对由温度变化导致的应变误差进行校正，从而获得螺栓的较准确的实际应变参数，从而能够更准确地监测螺栓的受力情况，提高了对螺栓受力的监测的精准度。附图说明从下面结合附图对本专利技术的具体实施方式的描述中可以更好地理解本专利技术其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。图1为本专利技术一实施例中的螺栓受力监测系统的结构示意图；图2为光纤光栅应变传感器在螺栓上的安装位置示意图；图3为本专利技术实施例的一个示例中的螺栓受力监测系统的结构示意图；图4为四个光纤光栅应变传感器设置在螺栓上的截面示意图；图5为本专利技术一实施例中的螺栓受力监测方法的流程图。具体实施方式下面将详细描述本专利技术的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本专利技术的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本专利技术可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本专利技术的示例来提供对本专利技术的更好的理解。本专利技术决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本专利技术的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本专利技术造成不必要的模糊。在本专利技术实施例中，可以对安装在机械装置或建筑中的任意螺栓进行受力监测，比如对设置在桥梁中的螺栓、设置在风力发电机中的螺栓进行受力监测等，在此并不限定。图1为本专利技术一实施例中的螺栓受力监测系统的结构示意图，如图1所示，螺栓受力监测系统包括设置在螺栓上的应变传感器组件10和温度传感器11、测试单元12和处理单元13。其中，测试单元12分别与应变传感器组件10和温度传感器11连接，利用应变传感器组件10采集螺栓的应变参数，并且利用温度传感器11采集螺栓的环境温度。处理单元13基于环境温度对由温度变化导致的应变误差进行校正，以获得螺栓的实际应变参数。具体的，应变参数可以为应变，也可以为应力，在此并不限定。利用应变参数可以对螺栓的受力进行监测。在本专利技术实施例的一个示例中，应变传感器组件可以设置在螺栓的螺杆上，也可以设置在螺栓的安装孔的孔壁上。当螺栓处于工作状态，即被安装状态时，可以通过螺栓的应变参数获取到对应的预紧力、弯矩等参数。也可以利用这些参数来对螺栓进行受力监测。温度变化会导致利用应变传感器组件直接测量得到的应变参数产生应变误差，因此根据温度变化导致的应变误差进行校正，能够得到螺栓的准确的实际应变参数，从而能够更准确地监测螺栓的受力情况，提高了对螺栓受力的监测的精准度。在上述实施例的一个示例中，应变传感器组件10包括一个或一个以上串联连接的光纤光栅应变传感器101，图2为光纤光栅应变传感器在螺栓上的安装位置示意图，如图2所示，光纤光栅应变传感器101本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种螺栓受力监测系统，其特征在于，包括：设置在所述螺栓上的应变传感器组件和温度传感器；测试单元，分别与所述应变传感器组件和所述温度传感器连接，利用所述应变传感器组件采集所述螺栓的应变参数，并且利用所述温度传感器采集所述螺栓的环境温度；处理单元，基于所述环境温度对由温度变化导致的应变误差进行校正，以获得所述螺栓的实际应变参数。

【技术特征摘要】
1.一种螺栓受力监测系统，其特征在于，包括：设置在所述螺栓上的应变传感器组件和温度传感器；测试单元，分别与所述应变传感器组件和所述温度传感器连接，利用所述应变传感器组件采集所述螺栓的应变参数，并且利用所述温度传感器采集所述螺栓的环境温度；处理单元，基于所述环境温度对由温度变化导致的应变误差进行校正，以获得所述螺栓的实际应变参数。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述应变传感器组件包括光纤光栅应变传感器，所述光纤光栅应变传感器沿所述螺栓的螺柱的中心轴线方向设置在所述螺栓的表面上；所述测试单元包括光源和光检测器，所述光源和所述光检测器分别连接所述光纤光栅应变传感器的测试端，所述光源向所述光纤光栅应变传感器的测试端提供输入光波，所述光检测器接收所述光纤光栅应变传感器的反射的输出光波。3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述应变传感器组件包括具有不同反射波长的四个光纤光栅应变传感器，所述四个光纤光栅应变传感器沿所述螺栓的圆周周向间隔90度设置，所述四个光纤光栅应变传感器依次串联；所述光检测器接收所述四个光纤光栅应变传感器反射的输出光波，基于所述输出光波的波长变化检测所述螺栓的螺杆的周向的应变参数。4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述温度传感器为光纤光栅温度传感器；所述光纤光栅温度传感器与所述光纤光栅应变传感器串联连接，所述光检测器还接收所述光纤光栅温度传感器的输出光波；所述处理单元根据所述光纤光栅温度传感器的输出光波的波长变化以及所述光纤光栅温度传感器的灵敏度系数，获得所述螺栓工作过程中实时的环境温度变化。5.如权利要求2-4中任一项所述的系统，其特征在于，所述处理单元还基于所述螺栓的实时的环境温度变化，利用安装有光纤光栅应变传感器的螺栓在未受到应变时与受到应变时所述光纤光栅应变传感器的输出光波的波长变化、所述光纤光栅应变传感器的灵敏度以及所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂峰，
申请(专利权)人：北京金风科创风电设备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11