基于otdr技術(shù)的螺栓緊固程度在線監(jiān)測系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于OTDR技術(shù)的螺栓緊固程度在線監(jiān)測系統(tǒng)及方法，其中系統(tǒng)包括光時(shí)域反射儀、處理器和報(bào)警器；光時(shí)域反射儀上連接有探測光纜，該探測光纜均勻纏繞在待測系統(tǒng)中的螺栓上，待測系統(tǒng)中的多個(gè)螺栓通過探測光纜串聯(lián)在一起；光時(shí)域反射儀將后向散射光轉(zhuǎn)換為定位后的光纜不同位置的光強(qiáng)，并發(fā)送給處理器；處理器用于根據(jù)獲取的光時(shí)域反射儀的光強(qiáng)數(shù)據(jù)判斷螺栓是否松動(dòng)或脫落，探測光纜某一位置的光強(qiáng)小于預(yù)設(shè)值時(shí)，則該處有螺栓脫落，生成報(bào)警信號(hào)并發(fā)送給報(bào)警器。本發(fā)明可有效判斷螺栓的松動(dòng)程度或者是否脫落。
【專利說明】基于OTDR技術(shù)的螺栓緊固程度在線監(jiān)測系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及螺栓的緊固程度測量，尤其涉及一種基于OTDR技術(shù)的螺栓緊固程度在線監(jiān)測系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在螺栓連接構(gòu)件使用過程中，由于設(shè)備所受交變載荷作用，或者外部環(huán)境溫度的變化等，會(huì)使螺栓發(fā)生預(yù)緊力松弛現(xiàn)象，從而導(dǎo)致螺栓連接構(gòu)件的松動(dòng)，造成設(shè)備的損壞甚至人員傷亡等事故。特別是對(duì)于大型橋梁來說，其螺栓數(shù)量多達(dá)上萬個(gè)，如果大規(guī)模發(fā)生松動(dòng)、破損，對(duì)橋梁來說是一個(gè)安全隱患。
[0003]中國專利CN201320589111.1公開了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組螺栓連接夾緊力監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，其可以對(duì)單一螺栓的夾緊力進(jìn)行精確測量。常見的探測方式還有應(yīng)變片電測法，超聲波檢測法和無源RFID射頻標(biāo)簽技術(shù)。
[0004]以上方式因其無法大規(guī)模組網(wǎng)，難以實(shí)現(xiàn)同時(shí)多點(diǎn)監(jiān)測的目的，或是其受發(fā)電機(jī)內(nèi)部電磁干擾較嚴(yán)重，存在供電困難和靈敏度不夠等缺點(diǎn)。傳統(tǒng)電子傳感器不適合大規(guī)模的監(jiān)測使用，技術(shù)復(fù)雜且存在監(jiān)測盲區(qū)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中無法實(shí)現(xiàn)多個(gè)螺栓緊固程度同時(shí)監(jiān)測的缺陷，提供一種可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)監(jiān)測的基于OTDR技術(shù)的螺栓緊固程度在線監(jiān)測系統(tǒng)及方法。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0007]提供一種基于OTDR技術(shù)的螺栓緊固程度在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括光時(shí)域反射儀、處理器和報(bào)警器；
[0008]光時(shí)域反射儀上連接有探測光纜，該探測光纜均勻纏繞在待測系統(tǒng)中的螺栓上，待測系統(tǒng)中的多個(gè)螺栓通過探測光纜串聯(lián)在一起；光時(shí)域反射儀將后向散射光轉(zhuǎn)換為定位后的光纜不同位置的光強(qiáng)，并發(fā)送給處理器；
[0009]處理器用于根據(jù)獲取的光時(shí)域反射儀的光強(qiáng)數(shù)據(jù)判斷螺栓是否松動(dòng)或脫落，探測光纜某一位置的光強(qiáng)小于預(yù)設(shè)值時(shí)，則該處有螺栓脫落，生成報(bào)警信號(hào)并發(fā)送給報(bào)警器。
[0010]本發(fā)明所述的在線監(jiān)測系統(tǒng)中，該處理器還用于記錄探測光纜特定位置前后的光強(qiáng)損耗變化，根據(jù)后向散射光的光強(qiáng)的變化速率分析螺栓松動(dòng)的快慢，對(duì)緩變現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)
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目O
[0011]本發(fā)明所述的在線監(jiān)測系統(tǒng)中，該處理器還用于記錄報(bào)警信息并生成報(bào)表。
[0012]本發(fā)明所述的在線監(jiān)測系統(tǒng)中，所述探測光纜為細(xì)徑鎧裝光纜。
[0013]本發(fā)明還提供一種基于OTDR技術(shù)的螺栓緊固程度在線監(jiān)測方法，包括以下步驟:
[0014]光時(shí)域反射儀發(fā)出窄帶光脈沖，注入到探測光纜中，該探測光纜均勻纏繞在待測系統(tǒng)中的螺栓上，待測系統(tǒng)中的多個(gè)螺栓通過探測光纜串聯(lián)在一起；
[0015]光時(shí)域反射儀通過探測光纜獲取后向散射光，并將其轉(zhuǎn)換為定位后的不同光纜位置的光強(qiáng)，并發(fā)送給處理器；
[0016]處理器根據(jù)獲取的光時(shí)域反射儀的光強(qiáng)數(shù)據(jù)判斷螺栓是否松動(dòng)或脫落，當(dāng)探測光纜某一位置的光強(qiáng)小于預(yù)設(shè)值時(shí)，則該處有螺栓脫落，生成報(bào)警信號(hào)并發(fā)送給報(bào)警器。
[0017]本發(fā)明的方法中，還包括步驟:
[0018]處理器記錄探測光纜特定位置前后的光強(qiáng)損耗變化，根據(jù)后向散射光的光強(qiáng)的變化速率分析螺栓松動(dòng)的快慢，并對(duì)緩變現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)警。
[0019]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:本發(fā)明采用基于OTDR技術(shù)的光纖在線監(jiān)測系統(tǒng)根據(jù)后向散射光的光強(qiáng)判斷螺栓是否松動(dòng)或脫落。
[0020]進(jìn)一步地，可根據(jù)監(jiān)測螺栓松緊前后的損耗變化，有效判斷螺栓的松動(dòng)程度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中:
[0022]圖1是本發(fā)明實(shí)施例基于OTDR技術(shù)的螺栓緊固程度在線監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是本發(fā)明實(shí)施例探測光纜均勻纏繞螺栓方式示意圖；
[0024]圖3本發(fā)明實(shí)施例探測光纜損耗變大示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0026]本發(fā)明實(shí)施例以橋梁上連接構(gòu)件的螺栓檢測為例，通過光纖分布式實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，可以根據(jù)螺栓松動(dòng)時(shí)導(dǎo)致光纖損耗的變化來進(jìn)行在線監(jiān)測。
[0027]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的基于OTDR技術(shù)的螺栓緊固程度在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括光時(shí)域反射儀3、處理器5和報(bào)警器4，光時(shí)域反射儀3上連接有探測光纜2。如圖2所示，該探測光纜2均勻纏繞在待測系統(tǒng)中的螺栓I上，待測系統(tǒng)中的多個(gè)螺栓I通過探測光纜2串聯(lián)在一起。本發(fā)明實(shí)施例中，使用細(xì)徑鎧裝光纜，其柔韌性好，便于纏繞。
[0028]光時(shí)域反射儀3發(fā)出的窄帶光脈沖注入到探測光纜2中，后向散射光通過探測光纜2返回光時(shí)域反射儀的接收端，光時(shí)域反射儀3將后向散射光轉(zhuǎn)換為定位后的光纜不同位置的光強(qiáng)，并發(fā)送給處理器5 ;處理器5根據(jù)獲取的后向散射光的光強(qiáng)判斷螺栓是否松動(dòng)或脫落，當(dāng)探測光纜某一位置的光強(qiáng)小于預(yù)設(shè)值(如原始值的一半值)時(shí)，則有螺栓脫落，處理器5生成報(bào)警信號(hào)并發(fā)送給報(bào)警器4。
[0029]本發(fā)明中光時(shí)域反射儀3與傳統(tǒng)OTDR設(shè)備具備相同的定位功能，處理器5根據(jù)獲取的光強(qiáng)數(shù)據(jù)記錄探測光纜特定位置前后的光強(qiáng)損耗變化，通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以判斷螺栓是處于緩慢松弛的過程中還是由于外力造成瞬間脫落。具體可根據(jù)后向散射光的光強(qiáng)的變化速率分析螺栓松動(dòng)的快慢，對(duì)緩變現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)警。
[0030]本發(fā)明實(shí)施例中，該在線監(jiān)測系統(tǒng)還包括記錄儀，與光時(shí)域反射儀3連接，用于記錄報(bào)警信息并生成報(bào)表。
[0031]本發(fā)明利用光時(shí)域反射(OTDR)原理來實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖空間分布損耗的測量，當(dāng)光時(shí)域反射儀3內(nèi)發(fā)出的窄帶光脈沖被注入到探測光纜2中去時(shí)，該系統(tǒng)通過測量后向散射光強(qiáng)隨時(shí)間變化的關(guān)系來檢查探測光纜2的連續(xù)性并測出其衰減。入射光經(jīng)背向散射返回到光纖入射端所需的時(shí)間為t，激光脈沖在探測光纜2中所走過的路程為2L = v*t。V是光在探測光纜2中傳播的速度，V = c/n, c為真空中的光速，η為光纖的折射率。在t時(shí)刻測量的是離光纖入射端距離為L處局域的背向散射光。采用OTDR技術(shù)，通過對(duì)比同一位置光纖處的損耗，即可判斷所在位置光纖的彎曲程度。正常情況下光纖不受彎折影響時(shí)返回光強(qiáng)隨距離變化曲線應(yīng)為一條直線，而當(dāng)某個(gè)被測螺栓I的光纖受拉力或彎折影響時(shí)，其光強(qiáng)會(huì)明顯變小，如圖3中所示即為損耗變大位置。如圖2所示，探測光纜2是均勻纏繞在被測螺栓I四周，當(dāng)被測螺栓I松動(dòng)或脫落時(shí)此處光纖返回到光時(shí)域反射儀3的光強(qiáng)會(huì)明顯變小，根據(jù)光強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度來分析被測螺栓I的松動(dòng)程度，并且可通過光強(qiáng)的變化速率來分析這一過程的快慢，通過報(bào)警器4對(duì)緩變現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)警，對(duì)突發(fā)斷弦發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
[0032]本發(fā)明實(shí)施例基于OTDR技術(shù)的螺栓緊固程度在線監(jiān)測方法，包括以下步驟:
[0033]光時(shí)域反射儀發(fā)出窄帶光脈沖，注入到探測光纜中，該探測光纜均勻纏繞在待測系統(tǒng)中的螺栓上，待測系統(tǒng)中的多個(gè)螺栓通過探測光纜串聯(lián)在一起；
[0034]光時(shí)域反射儀通過探測光纜獲取后向散射光，并將其轉(zhuǎn)換為定位后的不同光纜位置的光強(qiáng)，并發(fā)送給處理器；
[0035]處理器根據(jù)獲取的光時(shí)域反射儀的光強(qiáng)數(shù)據(jù)判斷螺栓是否松動(dòng)或脫落，當(dāng)探測光纜某一位置的光強(qiáng)小于預(yù)設(shè)值時(shí)，則該處有螺栓脫落，生成報(bào)警信號(hào)并發(fā)送給報(bào)警器。
[0036]進(jìn)一步地,還包括步驟:
[0037]處理器記錄探測光纜特定位置前后的光強(qiáng)損耗變化，根據(jù)后向散射光的光強(qiáng)的變化速率分析螺栓松動(dòng)的快慢，并對(duì)緩變現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)警。
[0038]本發(fā)明采用OTDR技術(shù)，在線監(jiān)測螺栓松緊前后的損耗變化，從而判斷螺栓的松動(dòng)程度，光纖的監(jiān)測距離可長達(dá)幾十公里，能夠輕松滿足橋梁長距離大范圍的監(jiān)測要求。本發(fā)明的分布式光纖傳感安裝方式簡單，監(jiān)測距離長，且分布式光纖傳感不怕環(huán)境影響，靈敏度高，可有效監(jiān)測螺栓松動(dòng)導(dǎo)致的光纖損耗變化。
[0039]應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于OTDR技術(shù)的螺栓緊固程度在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括光時(shí)域反射儀、處理器和報(bào)警器； 光時(shí)域反射儀上連接有探測光纜，該探測光纜均勻纏繞在待測系統(tǒng)中的螺栓上，待測系統(tǒng)中的多個(gè)螺栓通過探測光纜串聯(lián)在一起；光時(shí)域反射儀將后向散射光轉(zhuǎn)換為定位后的光纜不同位置的光強(qiáng)，并發(fā)送給處理器； 處理器用于根據(jù)獲取的光時(shí)域反射儀的光強(qiáng)數(shù)據(jù)判斷螺栓是否松動(dòng)或脫落，若探測光纜某一位置的光強(qiáng)小于預(yù)設(shè)值時(shí)，則該處有螺栓脫落，生成報(bào)警信號(hào)并發(fā)送給報(bào)警器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，該處理器還用于記錄探測光纜特定位置前后的光強(qiáng)損耗變化，根據(jù)后向散射光的光強(qiáng)的變化速率分析螺栓松動(dòng)的快慢，對(duì)緩變現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)警。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，該處理器還用于記錄報(bào)警信息并生成報(bào)表。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述探測光纜為細(xì)徑鎧裝光纜。
5.一種基于OTDR技術(shù)的螺栓緊固程度在線監(jiān)測方法，其特征在于，包括以下步驟: 光時(shí)域反射儀發(fā)出窄帶光脈沖，注入到探測光纜中，該探測光纜均勻纏繞在待測系統(tǒng)中的螺栓上，待測系統(tǒng)中的多個(gè)螺栓通過探測光纜串聯(lián)在一起； 光時(shí)域反射儀通過探測光纜獲取后向散射光，并將其轉(zhuǎn)換為定位后的不同光纜位置的光強(qiáng)，并發(fā)送給處理器； 處理器根據(jù)獲取的光時(shí)域反射儀的光強(qiáng)數(shù)據(jù)判斷螺栓是否松動(dòng)或脫落，當(dāng)探測光纜某一位置的光強(qiáng)小于預(yù)設(shè)值時(shí)，則該處有螺栓脫落，生成報(bào)警信號(hào)并發(fā)送給報(bào)警器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，還包括步驟: 處理器記錄探測光纜特定位置前后的光強(qiáng)損耗變化，根據(jù)后向散射光的光強(qiáng)的變化速率分析螺栓松動(dòng)的快慢，并對(duì)緩變現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)警。
【文檔編號(hào)】G01D5/353GK104266786SQ201410453653
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月5日
【發(fā)明者】熊巖, 印新達(dá), 王丹 申請(qǐng)人:武漢理工光科股份有限公司