可同步預(yù)拉緊光纖光柵與螺栓的感測(cè)螺絲裝置及系統(tǒng)的制作方法【專利摘要】本發(fā)明提出以一種可同步預(yù)拉緊光纖光柵與螺栓的感測(cè)螺絲及利用其組成感應(yīng)特性所制成的裝置，進(jìn)行檢測(cè)大型公共工程結(jié)構(gòu)或精密設(shè)備的反饋控制，以達(dá)成精密元件的產(chǎn)品制造，能發(fā)揮更精確的控制及工藝歷程的記錄。通過(guò)此感應(yīng)螺絲裝置所形成的精密系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，將使日益追求產(chǎn)品精良的期望得以更充分詳細(xì)地記錄其完整工藝及制造進(jìn)行中的重點(diǎn)位置物理特性，其即時(shí)現(xiàn)況并行累積數(shù)據(jù)或參數(shù)預(yù)作反應(yīng)，以避免錯(cuò)誤的累積，進(jìn)而提高良率或大型結(jié)構(gòu)安全。【專利說(shuō)明】可同步預(yù)拉緊光纖光柵與螺栓的感測(cè)螺絲裝置及系統(tǒng)【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本發(fā)明涉及一種螺絲扣件作為物理特性感測(cè)點(diǎn)或裝置，且更具體而言，是以感測(cè)螺絲結(jié)構(gòu)(SensingScrewStructure)組成物理感測(cè)單元或裝置的感測(cè)技術(shù)?！?br>背景技術(shù)：
】[0002]螺絲利用自身表面增長(zhǎng)圓形旋轉(zhuǎn)斜面摩擦力的物理學(xué)和數(shù)學(xué)原理，循螺道軌跡緊固兩件或多件物體。自古發(fā)展出各種機(jī)械、設(shè)備、交通設(shè)備的車輛及引擎、鐵路橋梁、建筑各種主副結(jié)構(gòu)、各種工具儀器及各種生活電子消費(fèi)產(chǎn)品等內(nèi)部皆可看到其連接緊固作用的存在。螺絲緊固組合達(dá)成高強(qiáng)度連接、抗扭力斷裂、抗沖擊松脫或斷裂、耐鎖緊磨損及重復(fù)使用功能。[0003]現(xiàn)有以螺絲連接二個(gè)或二個(gè)以上機(jī)械結(jié)構(gòu)元件，藉以擴(kuò)大設(shè)備尺寸以制作更大產(chǎn)品或延伸產(chǎn)品連續(xù)制造的能力。這些現(xiàn)有連接的螺絲只在發(fā)揮固定兩機(jī)械結(jié)構(gòu)元件密合以避免脫離預(yù)定設(shè)計(jì)的控制空間而己。螺絲現(xiàn)有的扣接兩物體，僅只作為兩物體物理特性橋接及傳導(dǎo)，例如重力連續(xù)支撐，作用力和反作用力的接續(xù)傳導(dǎo)、溫度熱力傳導(dǎo)…等作用；但對(duì)于一部昂貴且重要設(shè)備中，許多重要或關(guān)鍵接點(diǎn)物理特性傳導(dǎo)時(shí)，其質(zhì)與量的變化并無(wú)可以產(chǎn)生物理數(shù)據(jù)檢測(cè)并輸出信號(hào)的功能。雖然1959年美國(guó)ALIUMITKUTSAY等以US2，873，341『ELECTRICSTRAINGAUGEANDRESISTANCE』如圖1現(xiàn)有電阻式感測(cè)螺栓應(yīng)變計(jì)縱向剖視圖所示的內(nèi)藏于螺絲電阻絲來(lái)感測(cè)螺絲受壓時(shí)螺栓長(zhǎng)短微變化，造成電阻絲微長(zhǎng)度變化所引起電阻值變化的結(jié)構(gòu)至今，其圖中，10為螺栓(bolt)，11為中心深洞(centralbore),12為距上緣深I(lǐng)寸處(linchdeepfromtheupperedge),13及14為適當(dāng)與螺檢中心交叉兩孔(suitablecrossholes),15為螺檢頭(headofthebolt),16為環(huán)氧樹脂制成膽心(acoreismadeof“Epoxy，，pottingcompound),17為電阻絲線(theresistancewire)，20及21為17電阻絲兩端引出接線，22及23為20及21錨接17電阻絲兩端點(diǎn)，24為20及21接線間隙。但由于其以電子電阻元件結(jié)構(gòu)形成的電路，電阻值變化形成電流微變化的信號(hào)，常受測(cè)試環(huán)境發(fā)出的電磁波或磁場(chǎng)噪聲的影響失真。至今己難以符合數(shù)字時(shí)代即時(shí)信息取得或立即反應(yīng)的需求。因此，數(shù)百年來(lái)螺絲位居重要關(guān)鏈位置所能發(fā)揮重要功能的進(jìn)化作用，必須與時(shí)俱進(jìn)并再予重新定義且賦予更新元件功能及任務(wù)。身肩全球螺絲業(yè)龍頭，肩負(fù)開創(chuàng)使命領(lǐng)航員，若忽視此毫厘優(yōu)勢(shì)所潛藏百年變革良機(jī)的掌握，殊為可惜！[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中螺絲既有功能外；本發(fā)明即在補(bǔ)足螺絲緊固功能中所應(yīng)再發(fā)揮其內(nèi)藏物理數(shù)值顯出并輸出及控制特定功能的目的。【
發(fā)明內(nèi)容】[0005]『螺絲』常被社會(huì)有貢獻(xiàn)人仕謙虛的自稱，其貢獻(xiàn)值在物理科技上應(yīng)可以量化其貢獻(xiàn)度并以表?yè)P(yáng)。[0006]對(duì)于現(xiàn)有現(xiàn)有技術(shù)電磁干擾EMI的缺點(diǎn)，本發(fā)明是利用兩物體物理接合的螺絲，內(nèi)置一FBG形成光纖感測(cè)螺絲，使其具有物理特性變化量順利以光波變化感應(yīng)輸出的能力。光纖感測(cè)螺絲為一代表具有感測(cè)物理作用的光纖置入螺絲緊固扣件組的總稱，包括在螺栓、螺母、螺釘或本發(fā)明再開發(fā)的各種緊固fastener上的各種感測(cè)或感應(yīng)螺絲。[0007]為使現(xiàn)有螺絲具有感應(yīng)傳導(dǎo)各種物理特性的能力，本發(fā)明重新定義新世紀(jì)的螺絲功能，并賦予螺絲成為主動(dòng)元件感測(cè)功能，脫離廉價(jià)元件或社會(huì)微不足道的代名詞。[0008]螺絲緊固件組，常以螺栓(或螺桿)、螺帽(或稱螺母)及墊圈(或稱墊片)組成。螺絲緊固件組剖視圖如圖2所示，201為螺栓，202為螺帽，203為螺栓墊圈，204為螺帽墊圈，205為被連接物體A，206為被連接物體B。此螺絲緊固件組，維持A與B兩物體連接緊固不離不斷的功能，當(dāng)此螺絲緊固件組的螺旋副自鎖至預(yù)緊力值時(shí)，A及B物體主要靠201螺栓頭組配203螺栓墊圈，與202螺帽組配204螺帽墊圈的緊旋施力壓縮AB接合，而螺栓外螺紋與螺帽內(nèi)螺紋形成螺旋副自鎖功能，以安全預(yù)緊力的作用緊固住物體AB。此螺栓安全預(yù)緊力在AB兩物體承受伸張拉力與壓縮力值容許的安全預(yù)緊范圍，可以保證螺栓不變形或斷離、螺帽不受振動(dòng)或負(fù)荷松脫?，F(xiàn)有螺栓的預(yù)緊力是螺栓旋緊過(guò)程中，旋緊力矩作用下的螺栓與被緊固件間產(chǎn)生沿螺栓軸心線方向的預(yù)緊力；相反地，此螺栓軸心線方向的預(yù)緊力也相對(duì)使此螺栓延軸心方向產(chǎn)生增長(zhǎng)的應(yīng)變力，應(yīng)變計(jì)內(nèi)置此處可以量測(cè)出應(yīng)變值變化。評(píng)量一特定螺栓，其緊固力的大小，與螺栓的旋緊力矩、螺栓與螺帽間的摩擦力、螺帽與被連接物之間的摩擦力、螺帽與被連接物內(nèi)容是否具有動(dòng)能傳導(dǎo)(例如被緊固件為引擎蓋)有關(guān)?，F(xiàn)有測(cè)量此一螺栓的預(yù)緊力大小的工具，是以電阻應(yīng)變計(jì)(Straingauge)做精確量測(cè)的。例如此一電阻式應(yīng)變計(jì)可精確量到公斤施力變化量，常應(yīng)用做大型蒸汽鍋爐如核子反應(yīng)鍋爐或各種引擎容器，其最大氣密壓力試驗(yàn)前的螺栓預(yù)緊力的量測(cè)，甚至全天候持續(xù)不斷的即時(shí)控制量測(cè)?？上У氖侨缟鲜霈F(xiàn)有技術(shù)中所引述的電子電阻元件結(jié)構(gòu)形成的電路，電阻值變化形成電流微變化的信號(hào)，常受測(cè)試環(huán)境發(fā)出的電磁波或磁場(chǎng)噪聲的影響失真。電阻式應(yīng)變計(jì)抗電磁干擾能力缺陷，必須以本發(fā)明的光纖感測(cè)螺絲技術(shù)來(lái)解決。[0009]上述201螺栓頭與202螺帽組配204螺帽墊圈的緊旋施力壓縮AB連接達(dá)到緊固目的，螺栓的預(yù)緊力是防止螺栓旋緊過(guò)程中，旋緊力矩作用下的螺栓與被緊固件間產(chǎn)生沿螺栓軸心線方向的安全預(yù)伸長(zhǎng)度過(guò)度。因此，螺栓軸心線方向的預(yù)緊力的安全容許延伸長(zhǎng)度，也可以此螺栓沿軸心方向產(chǎn)生增長(zhǎng)的應(yīng)變求得，應(yīng)變計(jì)內(nèi)置此處可以量測(cè)出應(yīng)變值變化。圖2螺栓安全伸長(zhǎng)量的計(jì)算時(shí)，η個(gè)螺栓剛性抵抗聯(lián)接物A及B的分離總拉力η個(gè)f時(shí)，每一螺栓承受拉力f為[0010]f=(Al/l)(VAh)E=εkE(l)[0011]I為螺栓有效工作長(zhǎng)度[0012]A1為螺栓拉伸后長(zhǎng)度[0013]E為螺栓材料的彈性模量[0014]A1為螺栓截面積[0015]Ah為對(duì)每一螺栓施力面積[0016]Ic=A1Ah為螺栓截面積與受力面積比，ε=Λ1/1為螺栓相對(duì)伸長(zhǎng)量為應(yīng)變值，上式每一螺栓拖力f，僅與螺栓相對(duì)伸長(zhǎng)量ε、螺栓截面積與受力面積比k及材料的彈性模量E有關(guān)。依應(yīng)變定義，應(yīng)變(Strain)為作用力所造成的主體變形總稱。應(yīng)變?chǔ)趴啥x為螺栓長(zhǎng)度的局部變化，其應(yīng)變受力方向和此螺栓桿軸方向一致。對(duì)給定的一螺栓，對(duì)螺栓施一分離拉力大小f值與相對(duì)伸長(zhǎng)量ε成正比。而螺栓相對(duì)伸長(zhǎng)量，S卩ε=Λ1/1，與預(yù)緊力Qtl的關(guān)系式:[0017]Q0=(AVl)EAs(2)[0018]I為螺栓受力段長(zhǎng)度(mm)，Δ1為螺栓變形延伸長(zhǎng)度(mm)，E為彈性模數(shù)(MPa)，As為螺栓平的截面積(_2)，可知螺栓預(yù)緊力Qtl可以由施拉聯(lián)接物A及B所產(chǎn)生相對(duì)伸長(zhǎng)量ε求得。[0019]電阻式感測(cè)螺絲應(yīng)變計(jì)主要利用螺栓(的螺桿)在其彈性極限內(nèi)受螺帽連接緊固物體拉伸時(shí)，其連接桿不會(huì)被拉斷或產(chǎn)生永久變形下，將變長(zhǎng)或變短的形變回復(fù)動(dòng)作中，記錄電阻變大或變小的原理。本發(fā)明和現(xiàn)有量測(cè)技術(shù)主要不同為:(I)以FBG取代電阻，并以光纖取代銅導(dǎo)線；(2)以光波變化量，取代電阻大小引起電流變化量；(3)以FBG光纖受螺栓受力形變伸縮量引起反射波長(zhǎng)變化，取代以電阻受螺栓受力形變伸縮的線徑粗細(xì)引起電流大小變化。本發(fā)明是在螺栓內(nèi)置一FBG形成光纖感測(cè)螺絲的結(jié)構(gòu)，圖3為其剖視圖。301為FBG光纖光柵，302為軸心穿孔螺栓，303為螺栓頭位置光纖預(yù)拉固定點(diǎn)，304為螺栓桿尾位置光纖預(yù)拉固定點(diǎn)，305為光纖光柵周期長(zhǎng)Λ,306為光纖光柵核心core,307為光纖光柵纖殼cladding，308為光纖光柵外被覆，309為光纖夾具。本光纖感測(cè)螺絲利用FBG感測(cè)螺栓增長(zhǎng)或變短相對(duì)應(yīng)變量的工作原理如下:[0020]FBG為光纖光柵感測(cè)器，它是利用同調(diào)激光在光纖上曝光，以造成被照射段折射率永久改變，并成為該段折射率具有明暗周期性條紋間距Λ的光纖，稱為光纖光柵(FiberGrating)。又稱為光纖布拉格光柵(FiberBraggGrating),它是利用布拉格繞射(BraggDiffract1n)所產(chǎn)生的反饋?zhàn)饔?，將滿足布拉格條件(Braggcondit1n)特定波長(zhǎng),與射入方向相反方向地反饋波長(zhǎng)λΒ回來(lái)。此λΒ波長(zhǎng)稱回布拉格波長(zhǎng)，以下式表示:[0021]λΒ=2ηΛ(3)[0022]A為布拉格光柵周期長(zhǎng)，η為光纖有效折射率，當(dāng)光纖光柵受到外力產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)，造成原本Λ間距的改變量為ΛΛ，代入式(3)可得[0023]ΔλΒ=2ηΔΛ(4)[0024]依應(yīng)變定義，且設(shè)I為受力體長(zhǎng)度，ΛI(xiàn)為受力變化長(zhǎng)度[0025]ε=Δ1/1=ΔΛ/Λ(5)[0026]可得[0027]Δ1=(ΔΛ/Λ)1=(ΔλΒ/2η)/(λΒ/2η)I[0028]因此[0029]ε=Δ1/1=ΔλΒ/λΒ(6)[0030]故應(yīng)力施加于I長(zhǎng)光纖段長(zhǎng)所產(chǎn)生△I應(yīng)變長(zhǎng)的微變長(zhǎng)度，其反射回來(lái)的布拉格波長(zhǎng)入13變化量為ΔλΒ。在光發(fā)射即反饋反射端可接收到入13有八入!3的波長(zhǎng)飄移量。反過(guò)來(lái)說(shuō)，若對(duì)光纖感測(cè)螺絲組施力而收到Λλ“皮長(zhǎng)飄移，表示螺栓拉長(zhǎng)變化量為ΛI(xiàn)長(zhǎng)。也可衡量ε是否超限而發(fā)出斷裂預(yù)警信號(hào)。但因布拉格光纖光柵物理特性會(huì)受溫度變化影響而△λΒ的波長(zhǎng)飄移量也會(huì)受到影響，因此利用FBG做感測(cè)裝置時(shí)，常會(huì)以多感測(cè)裝置取得溫度變化參考值，并做溫度補(bǔ)償修正精確度?；蛟趦?nèi)置在螺栓內(nèi)的光纖光柵，使用啁啾布拉格光纖光柵(ChirpedFiberGratingCFG)結(jié)構(gòu)，以長(zhǎng)短兩波長(zhǎng)的消除色散效應(yīng)方法克服單一感測(cè)元件正確度，而不受溫度影響。圖3的301可改為CFG啁啾布拉格光纖光柵，做成以CFG啁啾布拉格光纖光柵的螺栓感測(cè)頭。[0031]若在螺栓內(nèi)置一FBG形成光纖感測(cè)螺絲，因內(nèi)建FBG布拉格光柵的本感測(cè)螺絲裝置，本身為波導(dǎo)光學(xué)中一項(xiàng)重要的光電元件外；并可廣泛組合應(yīng)用光纖通信、量測(cè)儀器控制及量測(cè)連接應(yīng)變和溫度等物理數(shù)據(jù)。此一感測(cè)元件又立即可做為智能結(jié)構(gòu)研發(fā)制造及應(yīng)用的最基礎(chǔ)智能細(xì)胞元件。其優(yōu)勢(shì)來(lái)自其體積小重量輕、材料強(qiáng)度高、幾何韌性強(qiáng)、光機(jī)能損失小、高速傳輸而有高頻寬、抗高溫與電磁干擾、在高輻射工作環(huán)境持續(xù)使用等惡劣環(huán)境時(shí)的穩(wěn)定特性和耐用外，又符合單一光纖可同時(shí)串接同時(shí)多點(diǎn)量測(cè)應(yīng)變物理量的精確分辨又簡(jiǎn)單化的極大優(yōu)點(diǎn)。相對(duì)于傳統(tǒng)現(xiàn)有電阻應(yīng)變計(jì)電線成束去做多點(diǎn)量測(cè)的復(fù)雜性，在本發(fā)明己是大大進(jìn)化的一項(xiàng)科學(xué)創(chuàng)舉了。[0032]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。【專利附圖】【附圖說(shuō)明】[0033]圖1美國(guó)US2，873，341圖1現(xiàn)有電阻式感測(cè)螺栓；[0034]圖2螺絲緊固件組剖視圖；[0035]圖3FBG內(nèi)置光纖光柵感測(cè)螺栓剖視圖；[0036]圖4內(nèi)置光纖光柵應(yīng)變計(jì)的螺絲感測(cè)頭剖視圖；[0037]圖5-1雙光纖光柵螺絲感測(cè)頭俯視圖；[0038]圖5-2雙光纖光柵螺絲感測(cè)頭剖視圖；[0039]圖6直交四光纖光柵螺絲感測(cè)頭俯視圖。[0040]其中，附圖標(biāo)記[0041]10螺栓[0042]11中心深洞[0043]12距上緣深I(lǐng)寸處[0044]13及14適當(dāng)與螺栓中心交叉兩孔[0045]15螺栓頭[0046]16環(huán)氧樹脂制成膽心[0047]17電阻絲線[0048]20及21電阻絲17兩端引出接線[0049]22及2320及21錨接17電阻絲兩端點(diǎn)[0050]2420及21接線間隙[0051]201螺栓[0052]202螺帽[0053]203螺栓墊圈[0054]204螺帽墊圈[0055]205被連接物體A[0056]206被連接物體B[0057]301FBG光纖光柵[0058]302軸心穿孔的螺栓[0059]303螺栓頭位置光纖預(yù)拉固定點(diǎn)[0060]304螺栓桿尾位置光纖預(yù)拉固定點(diǎn)[0061]305光纖光柵周期長(zhǎng)Λ[0062]306光纖光柵核心core[0063]307光纖光柵纖殼cladding[0064]308光纖光柵外被覆[0065]309光纖夾具【具體實(shí)施方式】[0066]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作具體的描述:[0067]實(shí)施例:可同步預(yù)拉緊光纖光柵與螺栓的感測(cè)螺絲應(yīng)變計(jì)感測(cè)頭[0068]在橋梁、摩天樓、摩天輪、高速鐵路、大型土木公共工程設(shè)備、船艦與飛行器等主體物件延長(zhǎng)或分接結(jié)構(gòu)間的物件連接，除了必須焊接連結(jié)外，必須使用螺絲組連接固定。圖3的光纖光柵感測(cè)螺栓取代如圖2所示螺絲緊固件組中的201螺栓即成一個(gè)光纖光柵應(yīng)變計(jì)的感測(cè)頭，如圖4所示，可專門做各種規(guī)格及功能形狀螺絲緊固件的應(yīng)變值精確量測(cè)。圖4中，201為螺栓，202為螺帽，203為螺栓墊圈，204為螺帽墊圈，205為被連接物體A，206為被連接物體B。301為FBG光纖光柵，302為軸心穿孔的螺栓，303螺栓頭位置光纖預(yù)拉固定點(diǎn)，304為螺栓桿尾位置光纖預(yù)拉固定點(diǎn),305為光纖光柵周期長(zhǎng)Λ，306為光纖光柵核心core,307為光纖光柵纖殼cladding,308為光纖光柵外被覆,309為光纖夾具。此光纖光柵應(yīng)變計(jì)的感測(cè)頭，以緊固完整組合緊固在各種需要使用螺栓結(jié)合螺帽做組合聯(lián)結(jié)的工程和設(shè)備中，都可以預(yù)先模擬測(cè)試或現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)，以求得標(biāo)準(zhǔn)施工數(shù)據(jù)或現(xiàn)況分析。[0069]因?yàn)橐月萁z元件做感測(cè)頭，是一項(xiàng)可以到處鎖住任何有螺絲聯(lián)接位置去取樣的最隹方法，只要需要拾取的感測(cè)點(diǎn)或物理檢測(cè)特性，都可集中式、分散多點(diǎn)串聯(lián)式或單點(diǎn)感測(cè)。但因現(xiàn)有以FBG光纖光柵作為物體物理特性在某一位置物理特性變化取樣檢測(cè)時(shí)，F(xiàn)BG光纖光柵為取得線性量測(cè)中心波長(zhǎng)作上下限最佳應(yīng)變反應(yīng)，必先預(yù)拉后再以膠合方式貼在被測(cè)體表面進(jìn)行測(cè)量。因怕穿過(guò)被測(cè)體破壞表面結(jié)構(gòu)而影響量測(cè)點(diǎn)真正應(yīng)變值，常因膠合表面不易密合難以取得正確數(shù)據(jù)。因此將FBG光纖置入螺絲并作成光纖感測(cè)螺絲，不但可不必再破壞被測(cè)物體，并且又可以選擇進(jìn)入或連接被測(cè)物體物理特性最隹取樣位置而得最正確數(shù)據(jù)。更重要的是=FBG光纖光柵現(xiàn)有必需的預(yù)拉至量測(cè)最佳布拉格光柵中心波長(zhǎng)λΒ作業(yè)，可和本感測(cè)螺絲感測(cè)頭必須達(dá)到的預(yù)緊力的旋緊施力過(guò)程，同步密切配合觀察控制且同時(shí)達(dá)成，并成為一項(xiàng)可同步預(yù)拉緊光纖光柵與螺栓的感測(cè)螺絲應(yīng)變計(jì)或一感測(cè)頭應(yīng)變計(jì)。[0070]在上述大型工程鋼構(gòu)許多緊固螺栓施工，每一點(diǎn)安全聯(lián)接的快速鎖定作業(yè)，可利用可同步預(yù)拉緊光纖光柵與螺栓的感測(cè)螺絲，施工前、施工中或完工后做應(yīng)變計(jì)感測(cè)頭，甚或預(yù)留做永久的監(jiān)控感測(cè)點(diǎn)。[0071]在同步預(yù)拉緊光纖光柵與螺栓螺帽間所同步產(chǎn)生的螺栓伸長(zhǎng)量與預(yù)緊力的關(guān)系式，即式⑵:[0072]Q0=(A1/1)EAS⑵[0073]I為螺栓受力段長(zhǎng)度(mm)，△I為螺栓變形延伸長(zhǎng)度(mm)，E為彈性模數(shù)(MPa),As為螺栓平的截面積(mm2)。在彈性區(qū)域內(nèi)，Al正比于轉(zhuǎn)動(dòng)旋緊螺栓和螺帽相對(duì)角度Θ，所以Qtl為θ的函數(shù)，只要準(zhǔn)確控制螺帽旋緊回轉(zhuǎn)角度，便可準(zhǔn)確控制預(yù)緊力。在加裝本感測(cè)螺絲裝置元件后，旋緊同時(shí)可由螺栓長(zhǎng)度伸長(zhǎng)量所產(chǎn)生光纖光柵受力引起應(yīng)變，造成原本A間距的改變量為△Λ的微變長(zhǎng)度，其反射回來(lái)的布拉格波長(zhǎng)λB變化量為△λΒ。在檢測(cè)控制端可接收到λB有△λΒ的波長(zhǎng)飄移量信號(hào)而立判預(yù)緊力是否滿足系統(tǒng)預(yù)定值。若預(yù)緊力己達(dá)到，而FBG預(yù)拉力未達(dá)到或超過(guò)布拉格光柵最隹操作中心波長(zhǎng)，即λB;則由上式呈現(xiàn)As的螺栓平均截面積去改選更適當(dāng)螺栓桿直徑或螺栓剛度，使預(yù)緊力與光纖預(yù)拉力同時(shí)達(dá)成。內(nèi)置光纖光柵的螺栓可采用是高張力控制結(jié)構(gòu)Τ.C(TorqueControl)螺栓結(jié)構(gòu)或低張力螺栓結(jié)構(gòu)的調(diào)整做適當(dāng)選擇。當(dāng)然此緊固組件施工的預(yù)緊力與光纖預(yù)拉力同時(shí)達(dá)成是最隹理想；但分階段達(dá)成或在螺栓頭位置光纖預(yù)拉固定點(diǎn)如圖3的303或304的螺栓桿尾位置光纖預(yù)拉固定點(diǎn)間各設(shè)定一微調(diào)裝置；或在螺栓頭位置光纖預(yù)拉固定點(diǎn)及螺栓桿尾位置光纖預(yù)拉固定點(diǎn)間的螺栓內(nèi)，沿軸心圓柱內(nèi)腔中空供FBG光纖光柵通過(guò)的長(zhǎng)孔內(nèi)，制造各種形狀的微調(diào)裝置也可實(shí)現(xiàn)。本實(shí)施例雖僅舉單一螺栓軸心內(nèi)置一條光纖光柵感測(cè)而量出軸向應(yīng)變而己；但同一螺栓內(nèi)可以兩條與螺栓軸心等距離對(duì)稱，并平行于螺栓軸心的布拉格光纖光柵做對(duì)稱方向感測(cè)的結(jié)構(gòu)，來(lái)測(cè)出直線擺動(dòng)在感測(cè)螺絲相對(duì)方向的應(yīng)變而求出振幅大小或擺設(shè)方向的物理數(shù)值，如圖5-1、圖5-2上雙光纖光柵螺絲感測(cè)頭俯視、剖視圖所示相對(duì)位置。同樣可如圖6直交四光纖光柵螺絲感測(cè)頭俯視圖所示相對(duì)位置，在同一螺絲感測(cè)頭以4條與螺栓軸心等距離對(duì)稱，并直交平行于螺栓軸心的布拉格光纖光柵做感測(cè)的結(jié)構(gòu)，來(lái)測(cè)出任何擺動(dòng)在感測(cè)螺絲所設(shè)矩陣向量分析各方向的應(yīng)變而求出振幅大小或擺設(shè)方向的物理數(shù)值。[0074]以上本發(fā)明實(shí)施例闡述各種細(xì)節(jié)所引用各參考編號(hào)的元件，皆可視為相同或功能上類似的元件，且意欲以極簡(jiǎn)化的圖解方式來(lái)圖說(shuō)實(shí)例所表示的主要實(shí)施特點(diǎn)；因此，此圖示并非意欲描繪出實(shí)際實(shí)施例的所有特點(diǎn)，亦并非意欲描繪所繪元件的相對(duì)尺寸及數(shù)量，故所示的圖并非按比例繪成，其是按本發(fā)明的結(jié)構(gòu)制成光纖感測(cè)螺絲及其組成光纖感測(cè)螺絲緊固件中螺栓結(jié)構(gòu)及其能完整實(shí)現(xiàn)感測(cè)結(jié)構(gòu)組件的基本精神所繪成，且僅作為代表光纖感測(cè)螺絲可據(jù)以等效發(fā)揮功能及據(jù)以應(yīng)用的各種樣態(tài)，一如實(shí)施例所舉如『當(dāng)然此緊固組件施工的預(yù)緊力與光纖預(yù)拉力同時(shí)達(dá)成是最隹理想；但分階段達(dá)成或在螺栓頭位置光纖預(yù)拉固定點(diǎn)如圖3的303或304的螺栓桿尾位置光纖預(yù)拉固定點(diǎn)間各設(shè)定一微調(diào)裝置；或在螺栓頭位置光纖預(yù)拉固定點(diǎn)及螺栓桿尾位置光纖預(yù)拉固定點(diǎn)間的螺栓內(nèi)，沿軸心圓柱內(nèi)腔中空供FBG光纖光柵通過(guò)的長(zhǎng)孔內(nèi)，制造各種形狀的微調(diào)裝置也可實(shí)現(xiàn)?！坏雀鞣N緊固元件，可據(jù)以應(yīng)用的一種補(bǔ)述，使光纖感測(cè)螺絲結(jié)構(gòu)應(yīng)用更為精彩及多元廣闊。[0075]實(shí)例上所談，本同步預(yù)拉緊光纖光柵與螺栓的感測(cè)螺絲應(yīng)變計(jì)感測(cè)頭，可用來(lái)表現(xiàn)在各種緊固組件作聯(lián)接應(yīng)用場(chǎng)合及各種高速施工且施工建設(shè)后必須大量安全監(jiān)控使用歷史信息累積的公共工程結(jié)構(gòu)中，可以較低成本量產(chǎn)，且可以達(dá)到更安全持久且抗電磁干擾的省電結(jié)構(gòu)達(dá)到節(jié)省能源的目的，而達(dá)到有益人類的綜效價(jià)值。[0076]盡管本文是以同步預(yù)拉緊光纖光柵與螺栓的感測(cè)螺絲感測(cè)裝置及其組成緊固組件的結(jié)構(gòu)圖解說(shuō)明并闡述本發(fā)明的感測(cè)螺絲應(yīng)變計(jì)感測(cè)頭結(jié)構(gòu)；但此并非意欲僅將本發(fā)明局限于此等圖示細(xì)節(jié)，因?yàn)樵谝圆幻撾x本發(fā)明精神的任何方式的前提下，可對(duì)本發(fā)明實(shí)施各種修改及結(jié)構(gòu)的改變。[0077]無(wú)需再分析以上說(shuō)明所全面披露本發(fā)明的要旨，其己可以一定數(shù)量的同步預(yù)拉緊光纖光柵與螺栓的感測(cè)螺絲應(yīng)變計(jì)感測(cè)頭單元組成陣列下，各輸出并存取組成系統(tǒng)安全陣列連線，分別形成使人們能夠應(yīng)用現(xiàn)有知識(shí)在合并根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)觀點(diǎn)，以合理構(gòu)成本發(fā)明的一般或具體樣態(tài)的基本特征之前提下，可輕易地將本發(fā)明修改用于各種應(yīng)用或改用其他材料應(yīng)用于本發(fā)明，且因此，此等修改應(yīng)該且己意欲包含在隨附權(quán)利要求范圍的等效意義及范圍內(nèi)。[0078]當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍?！緳?quán)利要求】1.一種可同步預(yù)拉緊光纖光柵與螺栓的感測(cè)螺絲裝置，為一種緊固裝置具有感測(cè)受力引起應(yīng)變特性值顯示或輸出應(yīng)變值的結(jié)構(gòu)，該感測(cè)螺絲裝置包括:一內(nèi)置光纖光柵的螺栓；一連接螺栓頭部承載螺栓和連接物體施力的墊圈；一連接螺帽承載連接物體施力的墊圈；一與螺栓形成螺旋副自鎖作用的螺帽；及一內(nèi)置在螺栓內(nèi)的光纖光柵；其特征在于，被緊固物體被螺栓與螺帽旋緊力矩施力作用，其轉(zhuǎn)變成螺栓軸向應(yīng)變的螺栓伸長(zhǎng)量長(zhǎng)度感測(cè)，是由螺栓軸向軸心內(nèi)置光纖光柵長(zhǎng)度變化，所輸出的波長(zhǎng)變化量測(cè)量出來(lái)的一種螺絲感測(cè)結(jié)構(gòu)，且其在緊固裝置的預(yù)緊力和螺栓內(nèi)置光纖光柵預(yù)拉量測(cè)布拉格波長(zhǎng)，兩項(xiàng)預(yù)拉量同步或分段達(dá)成的緊固感測(cè)裝置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可同步預(yù)拉緊光纖光柵與螺栓的感測(cè)螺絲裝置，其特征在于，內(nèi)置在螺栓內(nèi)的光纖光柵是為布拉格光纖光柵結(jié)構(gòu)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可同步預(yù)拉緊光纖光柵與螺栓的感測(cè)螺絲裝置，其特征在于，是以兩條與螺栓軸心等距離對(duì)稱，并平行于螺栓軸心的布拉格光纖光柵做感測(cè)的結(jié)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可同步預(yù)拉緊光纖光柵與螺栓的感測(cè)螺絲裝置，其特征在于，是以四條與螺栓軸心等距離對(duì)稱，并直交平行于螺栓軸心的布拉格光纖光柵做感測(cè)的結(jié)構(gòu)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可同步預(yù)拉緊光纖光柵與螺栓的感測(cè)螺絲裝置，其特征在于，內(nèi)置在螺栓內(nèi)的光纖光柵是為啁啾布拉格光纖光柵結(jié)構(gòu)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可同步預(yù)拉緊光纖光柵與螺栓的感測(cè)螺絲裝置，其特征在于，內(nèi)置在螺栓內(nèi)的光纖光柵是采用固定式預(yù)拉完成于螺栓結(jié)構(gòu)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可同步預(yù)拉緊光纖光柵與螺栓的感測(cè)螺絲裝置，其特征在于，內(nèi)置在螺栓內(nèi)的光纖光柵是采用微調(diào)式預(yù)拉完成于螺栓結(jié)構(gòu)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可同步預(yù)拉緊光纖光柵與螺栓的感測(cè)螺絲裝置，其特征在于，內(nèi)置光纖光柵的螺栓是為高張力控制結(jié)構(gòu)的螺栓結(jié)構(gòu)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可同步預(yù)拉緊光纖光柵與螺栓的感測(cè)螺絲裝置，其特征在于，內(nèi)置光纖光柵的螺栓是為可調(diào)張力控制結(jié)構(gòu)的螺栓結(jié)構(gòu)。10.一種可同步預(yù)拉緊光纖光柵與螺栓的感測(cè)螺絲系統(tǒng)，包含權(quán)利要求1中的多個(gè)感測(cè)螺絲裝置，多段長(zhǎng)連接多個(gè)感測(cè)螺絲裝置的通信用光纖串聯(lián)，光監(jiān)測(cè)設(shè)備，監(jiān)控軟件及信號(hào)傳輸線路組成，其特征在于，多個(gè)感測(cè)螺絲裝置組成光纖串聯(lián)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)?！疚臋n編號(hào)】F16B35/00GK104235150SQ201410047689【公開日】2014年12月24日申請(qǐng)日期:2014年2月11日優(yōu)先權(quán)日:2013年6月19日【發(fā)明者】楊春足申請(qǐng)人:楊春足,晉禾企業(yè)股份有限公司