一种光栅式螺栓传感器的制作方法

本实用新型涉及螺栓预紧力传感器技术领域，具体为一种光栅式螺栓传感器。

背景技术：

螺栓作为紧固件，在任何场合都会用到，小到家电，大到大型核电水电站，在一些特殊行业的对于螺栓的使用，有着特殊要求：比如在铁轨上，螺栓肩负起铁轨的安全，螺栓的松动与否对铁轨起着至关重要的作用，目前监测是依靠巡道工每天对铁轨进行巡检。在风电，电力塔，大型泵机等高震动设备，螺栓的紧固同样起到关键作用，目前的监测同样依靠人工监测。

监测螺栓的预紧力目前有几种方案：

(1)将垫片设计成传感器，这种方案成本高，不适合大规模使用，

(2)将螺栓本体做成传感器，这种方案目前是在在螺帽上转一个直径2mm小孔至螺杆，使用一个电阻应变片贴附在小孔内，在螺栓缩颈时，产生一个轴向力，电阻应变片可以测到这个轴向力，这种方案在实验室或者室内使用可以解决问题，但是在户外使用，在恶劣天气下，电阻应变片对环境影响太大，而且这个小孔很难做到全密封，所以在户外使用时，这种方案是一个缺点。

技术实现要素：

针对上述存在的技术不足，本实用新型的目的是提供一种光栅式螺栓传感器。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型提供一种光栅式螺栓传感器，包括螺栓，所述螺栓的中心轴线上开设贯通的圆孔，所述螺栓在圆孔的两端设有圆槽，所述圆槽的半径大于圆孔，所述圆槽的侧壁开设内螺纹，所述圆孔内设有贯穿其长度的光纤布拉格光栅，所述光纤布拉格光栅的外侧套接透明管，所述透明管与光纤布拉格光栅的长度相同，所述透明管的外侧套接弹簧，所述弹簧的两端固定在限位底座中；

所述限位底座呈圆柱体，所述限位底座与圆槽相匹配，所述限位底座的侧壁开设外螺纹，所述限位底座与圆槽螺纹连接，所述螺栓的两端分别通过一个限位底座密封圆孔的两端，所述限位底座的上表面设有限位环，所述限位环的设置用于将弹簧限位其中，所述限位底座在限位环的内侧设有环形卡槽，所述透明管卡接在环形卡槽中。

优选地，所述限位底座的下表面设有十字槽，操作人员可以用十字螺丝刀插入十字槽中，将限位底座旋合入圆槽中。

优选地，所述透明管的中部套接弹性垫圈，所述弹性垫圈填充于透明管和圆孔之间，防止透明管移位。

优选地，所述圆孔的直径为1～5mm。

优选地，所述限位环的高度为1～5mm。

优选地，所述环形卡槽的内径小于透明管的内径，所述环形卡槽的外径大于透明管的外径。

本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型的光栅式螺栓传感器，结构简单合理，安装方便，并可重复拆卸使用，具有成本低、扩展性强、通用性好等特点。光不受环境影响，工作温度可以达到-50℃～150℃，生产简单，成本低。不仅能够在线实时监测的作用，还能够对光纤布拉格光栅起到较好的保护作用，延长该光栅式螺栓传感器的使用寿命。

(2)本实用新型通过在光纤布拉格光栅的外侧套接透明管，透明管的作用一方面起到对光纤布拉格光栅的保护作用，另一方面，方便光纤布拉格光栅的安装、固定与更换。

(3)本实用新型螺栓的两端通过两个限位底座对光纤布拉格光栅进行密封，方便光纤布拉格光栅的安装与更换。当传感器工作一段时间后，由于自身寿命或故障等问题需要更换或维护时，旋松取下限位底座，拔出透明管，再取出光纤布拉格光栅，即完成取下光纤布拉格光栅的工作。

(4)本实用新型通过在透明管的中部套接弹性垫圈，所述弹性垫圈填充于透明管和圆孔之间，防止透明管移位。

(5)本实用新型通过在限位底座上设置限位环和环形卡槽，方便弹簧和透明管的固定，大大增强光纤布拉格光栅安装后的固定效果。

(6)本实用新型通过在限位底座的下表面设有十字槽，方便限位底座的安装与拆卸。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中螺栓的结构示意图；

图3为本实用新型中限位底座的结构示意图。

附图标记说明：

1-螺栓、2-圆孔、3-圆槽、4-光纤布拉格光栅、5-弹簧、6-限位底座、61-限位环、62-环形卡槽、63-十字槽、7-透明管、8-弹性垫圈。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例：

如图1～3所示，本实用新型提供了一种光栅式螺栓传感器，包括螺栓1，所述螺栓1的中心轴线上开设贯通的圆孔2，所述螺栓1在圆孔2的两端设有圆槽3，所述圆槽3的半径大于圆孔2的半径，所述圆槽3的侧壁开设有内螺纹，所述圆孔2内设有贯穿其长度的光纤布拉格光栅4，所述光纤布拉格光栅4的外侧套接透明管7，所述透明管7与光纤布拉格光栅4的长度相同，所述透明管7的外侧套接弹簧5，所述弹簧5的两端固定在限位底座6中，

所述限位底座6呈圆柱体，所述限位底座6与圆槽3相匹配，所述限位底座6的侧壁开设有外螺纹，所述限位底座6与圆槽3螺纹连接，所述螺栓1的两端分别通过一个限位底座6密封圆孔2的两端，所述限位底座6的上表面设有限位环61，所述限位环61的高度为1～5mm，所述限位环61的设置用于将弹簧5限位其中，所述限位底座6在限位环61的内侧设有环形卡槽62，所述环形卡槽62的内径小于透明管7的内径，所述环形卡槽62的外径大于透明管7的外径，如此，可以将透明管7卡接在环形卡槽62中。

进一步地，所述限位底座6的下表面设有十字槽63，操作人员可以用十字螺丝刀插入十字槽63中，将限位底座6旋合入圆槽3中。

进一步地，所述透明管7的中部套接弹性垫圈8，所述弹性垫圈8填充于透明管7和圆孔2之间，防止透明管7移位。

进一步地，所述圆孔2的直径为1～5mm。

工作原理：

首先将透明管7上套接弹性垫圈8，再将透明管7上套接弹簧5，将光纤布拉格光栅4插入透明管7中，再将透明管7的一端插入限位底座6的环形卡槽62中，同时调整弹簧5，使其限位于限位环61内，再将透明管7插入螺栓1的圆孔2中，利用十字螺丝刀插入限位底座6的十字槽63中，将限位底座6旋合入圆槽3中，同样方法再将螺栓1的另一端安装限位底座6。

本实用新型通过在光纤布拉格光栅4的外侧套接透明管7，透明管7的作用一方面起到对光纤布拉格光栅4的保护作用，另一方面，方便光纤布拉格光栅4的安装、固定与更换。

本实用新型螺栓1的两端通过两个限位底座6对光纤布拉格光栅4进行密封，方便光纤布拉格光栅4的安装与更换。当传感器工作一段时间后，由于自身寿命或故障等问题需要更换或维护时，旋松取下限位底座6，拔出透明管7，再取出光纤布拉格光栅4，即完成取下光纤布拉格光栅4的工作。

本实用新型通过在透明管7的中部套接弹性垫圈8，所述弹性垫圈8填充于透明管7和圆孔2之间，防止透明管7移位。

本实用新型通过在限位底座6上设置限位环61和环形卡槽62，方便弹簧5和透明管7的固定，大大增强光纤布拉格光栅4安装后的固定效果。

本实用新型通过在限位底座6的下表面设有十字槽63，方便限位底座6的安装与拆卸。

本实用新型光栅式螺栓传感器，结构简单合理，安装方便，并可重复拆卸使用，具有成本低、扩展性强、通用性好等特点。

本实用新型的创新点是在应变式螺栓力传感器的理论基础上做出改进，同样在螺栓冒上转一个圆孔至螺杆处，由于考虑到电阻应变片对环境影响太大而不适合使用在户外，由于光不受温度湿度等环境影响，光纤应变技术就完全解决了这个问题，光纤直径最小可以做到0.5mm。

光纤布拉格光栅是用强紫外光横向照射，将单模光纤的纤芯光刻成特定的空间周期性图案。强紫外光的曝光会永久增大光纤纤芯的折射率，根据曝光图案产生固定的折射率调制。此固定的折射率调制成为光栅。在每个空间周期性折射率变化处反射少量光。当光栅间隔大约是入射波长的一半时，所有反射光相干的组合成特定波长的一个大反射。这个被成为布拉格条件，并且发生反射光的波长称为布拉格波长，当光传播通过光栅时，衰减或者信号变化忽略不计。只有那些满足布拉格条件的波长的光才会收到影响并产生强烈反射。精确预设和维持布拉格光栅的波长的能力是光纤布拉格光栅的基本特征和优点。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。