基于otdr技術的螺栓緊固程度在線監測系統及方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于OTDR技術的螺栓緊固程度在線監測系統及方法，其中系統包括光時域反射儀、處理器和報警器；光時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中的螺栓上，待測系統中的多個螺栓通過探測光纜串聯在一起；光時域反射儀將后向散射光轉換為定位后的光纜不同位置的光強，并發送給處理器；處理器用于根據獲取的光時域反射儀的光強數據判斷螺栓是否松動或脫落，探測光纜某一位置的光強小于預設值時，則該處有螺栓脫落，生成報警信號并發送給報警器。本發明可有效判斷螺栓的松動程度或者是否脫落。
【專利說明】基于OTDR技術的螺栓緊固程度在線監測系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及螺栓的緊固程度測量，尤其涉及一種基于OTDR技術的螺栓緊固程度在線監測系統及方法。
【背景技術】
[0002]在螺栓連接構件使用過程中，由于設備所受交變載荷作用，或者外部環境溫度的變化等，會使螺栓發生預緊力松弛現象，從而導致螺栓連接構件的松動，造成設備的損壞甚至人員傷亡等事故。特別是對于大型橋梁來說，其螺栓數量多達上萬個，如果大規模發生松動、破損，對橋梁來說是一個安全隱患。
[0003]中國專利CN201320589111.1公開了一種風力發電機組螺栓連接夾緊力監測系統的技術實現方案，其可以對單一螺栓的夾緊力進行精確測量。常見的探測方式還有應變片電測法，超聲波檢測法和無源RFID射頻標簽技術。
[0004]以上方式因其無法大規模組網，難以實現同時多點監測的目的，或是其受發電機內部電磁干擾較嚴重，存在供電困難和靈敏度不夠等缺點。傳統電子傳感器不適合大規模的監測使用，技術復雜且存在監測盲區。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題在于針對現有技術中無法實現多個螺栓緊固程度同時監測的缺陷，提供一種可實現多點監測的基于OTDR技術的螺栓緊固程度在線監測系統及方法。
[0006]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0007]提供一種基于OTDR技術的螺栓緊固程度在線監測系統，包括光時域反射儀、處理器和報警器；
[0008]光時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中的螺栓上，待測系統中的多個螺栓通過探測光纜串聯在一起；光時域反射儀將后向散射光轉換為定位后的光纜不同位置的光強，并發送給處理器；
[0009]處理器用于根據獲取的光時域反射儀的光強數據判斷螺栓是否松動或脫落，探測光纜某一位置的光強小于預設值時，則該處有螺栓脫落，生成報警信號并發送給報警器。
[0010]本發明所述的在線監測系統中，該處理器還用于記錄探測光纜特定位置前后的光強損耗變化，根據后向散射光的光強的變化速率分析螺栓松動的快慢，對緩變現象進行預
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[0011]本發明所述的在線監測系統中，該處理器還用于記錄報警信息并生成報表。
[0012]本發明所述的在線監測系統中，所述探測光纜為細徑鎧裝光纜。
[0013]本發明還提供一種基于OTDR技術的螺栓緊固程度在線監測方法，包括以下步驟:
[0014]光時域反射儀發出窄帶光脈沖，注入到探測光纜中，該探測光纜均勻纏繞在待測系統中的螺栓上，待測系統中的多個螺栓通過探測光纜串聯在一起；
[0015]光時域反射儀通過探測光纜獲取后向散射光，并將其轉換為定位后的不同光纜位置的光強，并發送給處理器；
[0016]處理器根據獲取的光時域反射儀的光強數據判斷螺栓是否松動或脫落，當探測光纜某一位置的光強小于預設值時，則該處有螺栓脫落，生成報警信號并發送給報警器。
[0017]本發明的方法中，還包括步驟:
[0018]處理器記錄探測光纜特定位置前后的光強損耗變化，根據后向散射光的光強的變化速率分析螺栓松動的快慢，并對緩變現象進行預警。
[0019]本發明產生的有益效果是:本發明采用基于OTDR技術的光纖在線監測系統根據后向散射光的光強判斷螺栓是否松動或脫落。
[0020]進一步地，可根據監測螺栓松緊前后的損耗變化，有效判斷螺栓的松動程度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中:
[0022]圖1是本發明實施例基于OTDR技術的螺栓緊固程度在線監測系統的結構示意圖；
[0023]圖2是本發明實施例探測光纜均勻纏繞螺栓方式示意圖；
[0024]圖3本發明實施例探測光纜損耗變大示意圖。
【具體實施方式】
[0025]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0026]本發明實施例以橋梁上連接構件的螺栓檢測為例，通過光纖分布式實時在線監測，可以根據螺栓松動時導致光纖損耗的變化來進行在線監測。
[0027]如圖1所示，本發明實施例的基于OTDR技術的螺栓緊固程度在線監測系統，包括光時域反射儀3、處理器5和報警器4，光時域反射儀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中的螺栓I上，待測系統中的多個螺栓I通過探測光纜2串聯在一起。本發明實施例中，使用細徑鎧裝光纜，其柔韌性好，便于纏繞。
[0028]光時域反射儀3發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返回光時域反射儀的接收端，光時域反射儀3將后向散射光轉換為定位后的光纜不同位置的光強，并發送給處理器5 ;處理器5根據獲取的后向散射光的光強判斷螺栓是否松動或脫落，當探測光纜某一位置的光強小于預設值(如原始值的一半值)時，則有螺栓脫落，處理器5生成報警信號并發送給報警器4。
[0029]本發明中光時域反射儀3與傳統OTDR設備具備相同的定位功能，處理器5根據獲取的光強數據記錄探測光纜特定位置前后的光強損耗變化，通過對數據進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。具體可根據后向散射光的光強的變化速率分析螺栓松動的快慢，對緩變現象進行預警。
[0030]本發明實施例中，該在線監測系統還包括記錄儀，與光時域反射儀3連接，用于記錄報警信息并生成報表。
[0031]本發明利用光時域反射(OTDR)原理來實現對光纖空間分布損耗的測量，當光時域反射儀3內發出的窄帶光脈沖被注入到探測光纜2中去時，該系統通過測量后向散射光強隨時間變化的關系來檢查探測光纜2的連續性并測出其衰減。入射光經背向散射返回到光纖入射端所需的時間為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，通過對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返回光強隨距離變化曲線應為一條直線，而當某個被測螺栓I的光纖受拉力或彎折影響時，其光強會明顯變小，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，當被測螺栓I松動或脫落時此處光纖返回到光時域反射儀3的光強會明顯變小，根據光強信號強度來分析被測螺栓I的松動程度，并且可通過光強的變化速率來分析這一過程的快慢，通過報警器4對緩變現象進行預警，對突發斷弦發出報警信號。
[0032]本發明實施例基于OTDR技術的螺栓緊固程度在線監測方法，包括以下步驟:
[0033]光時域反射儀發出窄帶光脈沖，注入到探測光纜中，該探測光纜均勻纏繞在待測系統中的螺栓上，待測系統中的多個螺栓通過探測光纜串聯在一起；
[0034]光時域反射儀通過探測光纜獲取后向散射光，并將其轉換為定位后的不同光纜位置的光強，并發送給處理器；
[0035]處理器根據獲取的光時域反射儀的光強數據判斷螺栓是否松動或脫落，當探測光纜某一位置的光強小于預設值時，則該處有螺栓脫落，生成報警信號并發送給報警器。
[0036]進一步地,還包括步驟:
[0037]處理器記錄探測光纜特定位置前后的光強損耗變化，根據后向散射光的光強的變化速率分析螺栓松動的快慢，并對緩變現象進行預警。
[0038]本發明采用OTDR技術，在線監測螺栓松緊前后的損耗變化，從而判斷螺栓的松動程度，光纖的監測距離可長達幾十公里，能夠輕松滿足橋梁長距離大范圍的監測要求。本發明的分布式光纖傳感安裝方式簡單，監測距離長，且分布式光纖傳感不怕環境影響，靈敏度高，可有效監測螺栓松動導致的光纖損耗變化。
[0039]應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍。
【權利要求】
1.一種基于OTDR技術的螺栓緊固程度在線監測系統，其特征在于，包括光時域反射儀、處理器和報警器； 光時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中的螺栓上，待測系統中的多個螺栓通過探測光纜串聯在一起；光時域反射儀將后向散射光轉換為定位后的光纜不同位置的光強，并發送給處理器； 處理器用于根據獲取的光時域反射儀的光強數據判斷螺栓是否松動或脫落，若探測光纜某一位置的光強小于預設值時，則該處有螺栓脫落，生成報警信號并發送給報警器。
2.根據權利要求1所述的在線監測系統，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損耗變化，根據后向散射光的光強的變化速率分析螺栓松動的快慢，對緩變現象進行預警。
3.根據權利要求1所述的在線監測系統，其特征在于，該處理器還用于記錄報警信息并生成報表。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的在線監測系統，其特征在于，所述探測光纜為細徑鎧裝光纜。
5.一種基于OTDR技術的螺栓緊固程度在線監測方法，其特征在于，包括以下步驟: 光時域反射儀發出窄帶光脈沖，注入到探測光纜中，該探測光纜均勻纏繞在待測系統中的螺栓上，待測系統中的多個螺栓通過探測光纜串聯在一起； 光時域反射儀通過探測光纜獲取后向散射光，并將其轉換為定位后的不同光纜位置的光強，并發送給處理器； 處理器根據獲取的光時域反射儀的光強數據判斷螺栓是否松動或脫落，當探測光纜某一位置的光強小于預設值時，則該處有螺栓脫落，生成報警信號并發送給報警器。
6.根據權利要求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損耗變化，根據后向散射光的光強的變化速率分析螺栓松動的快慢，并對緩變現象進行預警。
【文檔編號】G01D5/353GK104266786SQ201410453653
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月5日 優先權日:2014年9月5日
【發明者】熊巖, 印新達, 王丹 申請人:武漢理工光科股份有限公司
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