适用于高温的光纤智能螺栓及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于高温的光纤智能螺栓及其制备方法，包括耐高温光纤光栅、金属化封装、光纤、金属涂覆层光纤、耐高温胶、螺栓本体。采用金属化封装并车螺纹的方式固定光纤与螺栓本体，方式简单稳定而且不使用胶粘，并通过退火工艺消除了金属化封装缺陷，提高了稳定性。延伸部分采用金属化涂覆层光纤，配合螺栓本体部分可以整体在高温下使用。

【技术实现步骤摘要】
适用于高温的光纤智能螺栓及其制备方法
本专利技术属于智能螺栓领域，涉及一种基于光纤布拉格光栅传感原理的智能螺栓，具体涉及一种适用于高温的光纤智能螺栓及其制备方法。
技术介绍
螺栓广泛应用于各种可拆卸部件的连接中，在机械、交通、电力、航空航天、土木、化工等行业都有大量的使用。而随着路网电力不断完备，工业连接对于螺栓提出了更高要求，而智能螺栓就是一种能智能检测螺栓松动的器件。智能化检测器械的螺栓是否紧固可以减少由于螺栓松动带来的安全隐患和财产损失。目前，已经有大量的智能螺栓投入到了使用当中。随着智能螺栓发展，工业需要智能螺栓可以在更高温度下使用，尤其在航天、石油等领域有着大量的需求。智能螺栓一般分为电信号类和光纤类两种，光纤类智能螺栓由于其轻便、成本低，抗电磁干扰能力强，已经逐渐成为智能螺栓的主流。光纤类的智能螺栓组装的关键是光纤与螺栓本体的结合，由于光纤较脆，容易损坏，所以采用光纤外套金属壳等结构，再在螺栓杆中打孔并采用粘胶将传感元件粘接在螺栓孔中。这样做虽然解决了光纤的固定，但是由于粘胶在深孔中难以注胶，注胶之后也固化较慢，并且还要防止粘胶直接接触光纤，操作较难。固化不均的粘胶在长期的使用中容易产生光栅啁啾、胶层厚则容易产生传感滞后、并且由于有机粘胶普遍不耐高温(一般有机胶不超过300℃)，所以限制了智能螺栓在高温的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种适用于高温的光纤智能螺栓及其制备方法，以解决传统光纤光栅式智能螺栓与螺栓本体固定采用胶粘导致不能在高温中使用的问题，本专利技术可以在600℃高温下进行螺栓预紧检测和实时监测螺栓松紧。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种适用于高温的光纤智能螺栓，包括耐高温光纤光栅、金属化封装、光纤、金属涂覆层光纤、耐高温胶、螺栓本体和金属管；所述光纤下部去除涂覆层部分的光纤内刻写有耐高温光纤光栅，所述耐高温光纤光栅外侧设置有金属化封装，金属化封装外侧设置外螺纹，螺栓本体上设置有盲孔，盲孔下部设置有与外螺纹配合的内螺纹，光纤上部预留的尾纤与金属涂覆层光纤熔接，尾纤与金属涂覆层光纤的熔接点采用与盲孔孔径匹配的金属管封装，且金属涂覆层光纤与金属管之间填充有耐高温胶。进一步地，所述耐高温光纤光栅是利用超短飞秒脉冲激光器刻写的TypeI型、TypeII型，或是利用长脉冲激光器刻写的再生光栅，所述的再生光栅包括TypeIIA型和热再生两种。进一步地，所述金属化封装采用的加固金属为镍、锌、铜或金。进一步地，所述金属涂覆层光纤为铜涂覆层光纤或金涂覆层光纤。进一步地，所述金属管为镍管或304不锈钢管。一种适用于高温的光纤智能螺栓的制备方法，包括以下步骤：步骤一：利用激光在光纤去除涂覆层部分的光纤内刻写耐高温光纤光栅；步骤二：将耐高温光纤光栅的光栅区两侧剥去需要长度的涂覆层，并将该剥去涂覆层后的区域清洗干净，待该区域烘干后，对该区域进行化学镀，生成均匀致密的金属薄层以便电镀；步骤三：将生成金属薄层的区域拉直并充分浸泡在电镀反应池中，持续电镀增厚至所需厚度，形成光纤光栅的金属化封装，将金属化封装车出外螺纹，最后与螺栓本体组装旋紧至底部；步骤四：将耐高温光纤光栅预留尾纤与金属涂覆层光纤熔接，并用金属管套住熔接点，使用耐高温粘胶将金属涂覆层光纤与金属管中空隙填充。进一步地，还包括：步骤五：将光纤智能螺栓先在250℃保持12小时以上进行去氢脆，再在600℃温度下保持6小时，之后控制降温速度，每40min降温100℃进行热退火；步骤六：退火至室温后，采集温度-波长关系依赖曲线，标定不同温度下的标准波长。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术将耐高温光纤光栅通过金属化封装方式加固，并通过车外螺纹与螺栓本体固定，尾部光纤与金属涂覆层光纤熔接，再采用与螺栓本体孔径匹配的管式封装保护熔接点；所具有的有益效果为：(1)金属化封装是一种保护光纤光栅的封装方式，这种封装方式硬度高，抗剪切能力强。通过在上面车螺纹，与螺栓本体连接，连接牢固，操作简单，成本低，代替了传统的棒状结构，也避免了粘胶的使用和粘胶导致的各种缺陷。金属化封装常用于对光纤光栅进行封装，通过焊接可以跟外壳固定保护光纤元件，采用化学镀-电镀法制备的金属化封装硬度高、成本低、方法简单，而且能够适当做厚，这给金属化封装上车螺纹留出了空间。并且本方法中通过了系统的退火消除了化学镀-电镀法金属化封装中应力不均等缺陷，使其长久耐用，可以在上面车螺纹，实现与螺栓本体的螺纹方式连接。(2)这种无胶化连接，同时突破了智能螺栓由于粘胶导致的高温限制。同时，光纤表面由金属覆盖，热膨胀系数等参数与螺栓本体接近，在大范围温度变化中更为稳定。通过在typeII型光纤光栅镀金属并车螺纹，尾部光纤与金属涂覆层光纤熔接后，智能螺栓整体的使用温度可以达到600℃。若不考虑尾部的金属涂覆层光纤，螺栓本体理论可长期在1000℃中使用。附图说明图1是该智能螺栓的结构示意图。其中，1-耐高温光纤光栅，2-金属化封装，3·-光纤，4-金属涂覆层光纤，5-耐高温胶，6-螺栓本体，7-金属管。图2是智能螺栓放松时，200℃中心波长稳定性。图3是智能螺栓放松时，600℃中心波长稳定性。具体实施方式下面对本专利技术作进一步详细说明：参见图1，一种适用于高温的光纤智能螺栓，包括耐高温光纤光栅1、金属化封装2、光纤3、金属涂覆层光纤4、耐高温胶5、螺栓本体6和金属管7，耐高温光纤光栅1通过金属化封装方式加固，并通过车外螺纹与螺栓本体6固定，尾部光纤与金属涂覆层光纤4熔接，再采用与螺栓本体6孔径匹配的管式封装保护熔接点，所使用的耐高温光纤光栅1是利用超短飞秒脉冲激光器刻写的TypeI型、TypeII型，或是利用长脉冲激光器刻写的再生光栅，所述的再生光栅包括TypeIIA型和热再生两种，耐高温光纤光栅1的加固方式采用光纤金属化的方式，加固金属包括但不限于镍、锌、铜、金等，加固后的耐高温光纤光栅1与螺栓本体6的固定采用无胶化的螺纹连接方式。下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步详细描述：首先采用飞秒激光的方式，刻写耐高温光纤光栅1。之后通过对耐高温光纤光栅1金属化，首先对洗净的裸光栅进行清洗，清洗后表面进行化学镀银，通过化学镀银使光纤光栅表面生成致密的银层，之后对光纤光栅进行电镀，使光纤光栅表面的金属涂层不断增厚。增厚到需要的厚度后，对光纤光栅表面的金属化部分车外螺纹，对智能螺栓内壁车匹配的内螺纹使得最后可以旋紧固定。光纤3的尾纤与金属涂覆层光纤4熔接，金属涂覆层光纤有良好的耐温性能和柔韧性，连接处使用金属管保护熔接点，金属涂覆层光纤4与金属管7间采用耐高温胶填充固定。本专利技术制备的具体步骤为：1.利用激光在光纤3去除涂覆层部分的光纤内刻写耐高温光纤光栅1。光纤3既可以是普通单模光纤，也可以是通过去除金属涂封层光纤4的涂覆层得到的裸光纤，若为后者，则在下文步骤4中则不需本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于高温的光纤智能螺栓，其特征在于，包括耐高温光纤光栅(1)、金属化封装(2)、光纤(3)、金属涂覆层光纤(4)、耐高温胶(5)、螺栓本体(6)和金属管(7)；/n所述光纤(3)下部去除涂覆层部分的光纤内刻写有耐高温光纤光栅(1)，所述耐高温光纤光栅(1)外侧设置有金属化封装(2)，金属化封装(2)外侧设置外螺纹，螺栓本体(6)上设置有盲孔，盲孔下部设置有与外螺纹配合的内螺纹，光纤(3)上部预留的尾纤与金属涂覆层光纤(4)熔接，尾纤与金属涂覆层光纤(4)的熔接点采用与盲孔孔径匹配的金属管(7)封装，且金属涂覆层光纤(4)与金属管(7)之间填充有耐高温胶(5)。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于高温的光纤智能螺栓，其特征在于，包括耐高温光纤光栅(1)、金属化封装(2)、光纤(3)、金属涂覆层光纤(4)、耐高温胶(5)、螺栓本体(6)和金属管(7)；
所述光纤(3)下部去除涂覆层部分的光纤内刻写有耐高温光纤光栅(1)，所述耐高温光纤光栅(1)外侧设置有金属化封装(2)，金属化封装(2)外侧设置外螺纹，螺栓本体(6)上设置有盲孔，盲孔下部设置有与外螺纹配合的内螺纹，光纤(3)上部预留的尾纤与金属涂覆层光纤(4)熔接，尾纤与金属涂覆层光纤(4)的熔接点采用与盲孔孔径匹配的金属管(7)封装，且金属涂覆层光纤(4)与金属管(7)之间填充有耐高温胶(5)。


2.根据权利要求1所述的一种适用于高温的光纤智能螺栓，其特征在于，所述耐高温光纤光栅(1)是利用超短飞秒脉冲激光器刻写的TypeI型、TypeII型，或是利用长脉冲激光器刻写的再生光栅，所述的再生光栅包括TypeIIA型和热再生两种。


3.根据权利要求1所述的一种适用于高温的光纤智能螺栓，其特征在于，所述金属化封装(2)采用的加固金属为镍、锌、铜或金。


4.根据权利要求1所述的一种适用于高温的光纤智能螺栓，其特征在于，所述金属涂覆层光纤(4)为铜涂覆层光纤或金涂覆层光纤。


5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：司金海，陈涛，牛震，侯洵，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61