基于otdr技术的螺栓紧固程度在线监测系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于OTDR技术的螺栓紧固程度在线监测系统及方法，其中系统包括光时域反射仪、处理器和报警器；光时域反射仪上连接有探测光缆，该探测光缆均匀缠绕在待测系统中的螺栓上，待测系统中的多个螺栓通过探测光缆串联在一起；光时域反射仪将后向散射光转换为定位后的光缆不同位置的光强，并发送给处理器；处理器用于根据获取的光时域反射仪的光强数据判断螺栓是否松动或脱落，探测光缆某一位置的光强小于预设值时，则该处有螺栓脱落，生成报警信号并发送给报警器。本发明可有效判断螺栓的松动程度或者是否脱落。
【专利说明】基于OTDR技术的螺栓紧固程度在线监测系统及方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及螺栓的紧固程度测量，尤其涉及一种基于OTDR技术的螺栓紧固程度在线监测系统及方法。

【背景技术】
[0002]在螺栓连接构件使用过程中，由于设备所受交变载荷作用，或者外部环境温度的变化等，会使螺栓发生预紧力松弛现象，从而导致螺栓连接构件的松动，造成设备的损坏甚至人员伤亡等事故。特别是对于大型桥梁来说，其螺栓数量多达上万个，如果大规模发生松动、破损，对桥梁来说是一个安全隐患。
[0003]中国专利CN201320589111.1公开了一种风力发电机组螺栓连接夹紧力监测系统的技术实现方案，其可以对单一螺栓的夹紧力进行精确测量。常见的探测方式还有应变片电测法，超声波检测法和无源RFID射频标签技术。
[0004]以上方式因其无法大规模组网，难以实现同时多点监测的目的，或是其受发电机内部电磁干扰较严重，存在供电困难和灵敏度不够等缺点。传统电子传感器不适合大规模的监测使用，技术复杂且存在监测盲区。


【发明内容】

[0005]本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中无法实现多个螺栓紧固程度同时监测的缺陷，提供一种可实现多点监测的基于OTDR技术的螺栓紧固程度在线监测系统及方法。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0007]提供一种基于OTDR技术的螺栓紧固程度在线监测系统，包括光时域反射仪、处理器和报警器；
[0008]光时域反射仪上连接有探测光缆，该探测光缆均匀缠绕在待测系统中的螺栓上，待测系统中的多个螺栓通过探测光缆串联在一起；光时域反射仪将后向散射光转换为定位后的光缆不同位置的光强，并发送给处理器；
[0009]处理器用于根据获取的光时域反射仪的光强数据判断螺栓是否松动或脱落，探测光缆某一位置的光强小于预设值时，则该处有螺栓脱落，生成报警信号并发送给报警器。
[0010]本发明所述的在线监测系统中，该处理器还用于记录探测光缆特定位置前后的光强损耗变化，根据后向散射光的光强的变化速率分析螺栓松动的快慢，对缓变现象进行预
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[0011]本发明所述的在线监测系统中，该处理器还用于记录报警信息并生成报表。
[0012]本发明所述的在线监测系统中，所述探测光缆为细径铠装光缆。
[0013]本发明还提供一种基于OTDR技术的螺栓紧固程度在线监测方法，包括以下步骤:
[0014]光时域反射仪发出窄带光脉冲，注入到探测光缆中，该探测光缆均匀缠绕在待测系统中的螺栓上，待测系统中的多个螺栓通过探测光缆串联在一起；
[0015]光时域反射仪通过探测光缆获取后向散射光，并将其转换为定位后的不同光缆位置的光强，并发送给处理器；
[0016]处理器根据获取的光时域反射仪的光强数据判断螺栓是否松动或脱落，当探测光缆某一位置的光强小于预设值时，则该处有螺栓脱落，生成报警信号并发送给报警器。
[0017]本发明的方法中，还包括步骤:
[0018]处理器记录探测光缆特定位置前后的光强损耗变化，根据后向散射光的光强的变化速率分析螺栓松动的快慢，并对缓变现象进行预警。
[0019]本发明产生的有益效果是:本发明采用基于OTDR技术的光纤在线监测系统根据后向散射光的光强判断螺栓是否松动或脱落。
[0020]进一步地，可根据监测螺栓松紧前后的损耗变化，有效判断螺栓的松动程度。

【专利附图】

【附图说明】
[0021]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
[0022]图1是本发明实施例基于OTDR技术的螺栓紧固程度在线监测系统的结构示意图；
[0023]图2是本发明实施例探测光缆均匀缠绕螺栓方式示意图；
[0024]图3本发明实施例探测光缆损耗变大示意图。

【具体实施方式】
[0025]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0026]本发明实施例以桥梁上连接构件的螺栓检测为例，通过光纤分布式实时在线监测，可以根据螺栓松动时导致光纤损耗的变化来进行在线监测。
[0027]如图1所示，本发明实施例的基于OTDR技术的螺栓紧固程度在线监测系统，包括光时域反射仪3、处理器5和报警器4，光时域反射仪3上连接有探测光缆2。如图2所示，该探测光缆2均匀缠绕在待测系统中的螺栓I上，待测系统中的多个螺栓I通过探测光缆2串联在一起。本发明实施例中，使用细径铠装光缆，其柔韧性好，便于缠绕。
[0028]光时域反射仪3发出的窄带光脉冲注入到探测光缆2中，后向散射光通过探测光缆2返回光时域反射仪的接收端，光时域反射仪3将后向散射光转换为定位后的光缆不同位置的光强，并发送给处理器5 ;处理器5根据获取的后向散射光的光强判断螺栓是否松动或脱落，当探测光缆某一位置的光强小于预设值(如原始值的一半值)时，则有螺栓脱落，处理器5生成报警信号并发送给报警器4。
[0029]本发明中光时域反射仪3与传统OTDR设备具备相同的定位功能，处理器5根据获取的光强数据记录探测光缆特定位置前后的光强损耗变化，通过对数据进行分析可以判断螺栓是处于缓慢松弛的过程中还是由于外力造成瞬间脱落。具体可根据后向散射光的光强的变化速率分析螺栓松动的快慢，对缓变现象进行预警。
[0030]本发明实施例中，该在线监测系统还包括记录仪，与光时域反射仪3连接，用于记录报警信息并生成报表。
[0031]本发明利用光时域反射(OTDR)原理来实现对光纤空间分布损耗的测量，当光时域反射仪3内发出的窄带光脉冲被注入到探测光缆2中去时，该系统通过测量后向散射光强随时间变化的关系来检查探测光缆2的连续性并测出其衰减。入射光经背向散射返回到光纤入射端所需的时间为t，激光脉冲在探测光缆2中所走过的路程为2L = v*t。V是光在探测光缆2中传播的速度，V = c/n, c为真空中的光速，η为光纤的折射率。在t时刻测量的是离光纤入射端距离为L处局域的背向散射光。采用OTDR技术，通过对比同一位置光纤处的损耗，即可判断所在位置光纤的弯曲程度。正常情况下光纤不受弯折影响时返回光强随距离变化曲线应为一条直线，而当某个被测螺栓I的光纤受拉力或弯折影响时，其光强会明显变小，如图3中所示即为损耗变大位置。如图2所示，探测光缆2是均匀缠绕在被测螺栓I四周，当被测螺栓I松动或脱落时此处光纤返回到光时域反射仪3的光强会明显变小，根据光强信号强度来分析被测螺栓I的松动程度，并且可通过光强的变化速率来分析这一过程的快慢，通过报警器4对缓变现象进行预警，对突发断弦发出报警信号。
[0032]本发明实施例基于OTDR技术的螺栓紧固程度在线监测方法，包括以下步骤:
[0033]光时域反射仪发出窄带光脉冲，注入到探测光缆中，该探测光缆均匀缠绕在待测系统中的螺栓上，待测系统中的多个螺栓通过探测光缆串联在一起；
[0034]光时域反射仪通过探测光缆获取后向散射光，并将其转换为定位后的不同光缆位置的光强，并发送给处理器；
[0035]处理器根据获取的光时域反射仪的光强数据判断螺栓是否松动或脱落，当探测光缆某一位置的光强小于预设值时，则该处有螺栓脱落，生成报警信号并发送给报警器。
[0036]进一步地,还包括步骤:
[0037]处理器记录探测光缆特定位置前后的光强损耗变化，根据后向散射光的光强的变化速率分析螺栓松动的快慢，并对缓变现象进行预警。
[0038]本发明采用OTDR技术，在线监测螺栓松紧前后的损耗变化，从而判断螺栓的松动程度，光纤的监测距离可长达几十公里，能够轻松满足桥梁长距离大范围的监测要求。本发明的分布式光纤传感安装方式简单，监测距离长，且分布式光纤传感不怕环境影响，灵敏度高，可有效监测螺栓松动导致的光纤损耗变化。
[0039]应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种基于OTDR技术的螺栓紧固程度在线监测系统，其特征在于，包括光时域反射仪、处理器和报警器； 光时域反射仪上连接有探测光缆，该探测光缆均匀缠绕在待测系统中的螺栓上，待测系统中的多个螺栓通过探测光缆串联在一起；光时域反射仪将后向散射光转换为定位后的光缆不同位置的光强，并发送给处理器； 处理器用于根据获取的光时域反射仪的光强数据判断螺栓是否松动或脱落，若探测光缆某一位置的光强小于预设值时，则该处有螺栓脱落，生成报警信号并发送给报警器。
2.根据权利要求1所述的在线监测系统，其特征在于，该处理器还用于记录探测光缆特定位置前后的光强损耗变化，根据后向散射光的光强的变化速率分析螺栓松动的快慢，对缓变现象进行预警。
3.根据权利要求1所述的在线监测系统，其特征在于，该处理器还用于记录报警信息并生成报表。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的在线监测系统，其特征在于，所述探测光缆为细径铠装光缆。
5.一种基于OTDR技术的螺栓紧固程度在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤: 光时域反射仪发出窄带光脉冲，注入到探测光缆中，该探测光缆均匀缠绕在待测系统中的螺栓上，待测系统中的多个螺栓通过探测光缆串联在一起； 光时域反射仪通过探测光缆获取后向散射光，并将其转换为定位后的不同光缆位置的光强，并发送给处理器； 处理器根据获取的光时域反射仪的光强数据判断螺栓是否松动或脱落，当探测光缆某一位置的光强小于预设值时，则该处有螺栓脱落，生成报警信号并发送给报警器。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括步骤: 处理器记录探测光缆特定位置前后的光强损耗变化，根据后向散射光的光强的变化速率分析螺栓松动的快慢，并对缓变现象进行预警。
【文档编号】G01D5/353GK104266786SQ201410453653
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2014年9月5日
【发明者】熊岩, 印新达, 王丹 申请人:武汉理工光科股份有限公司