CN108572040A - 一种在役螺栓轴力的检测方法、检测系统及检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种在役螺栓轴力的检测方法、检测系统及检测装置。检测方法包括：获取螺栓试样的螺栓直径、螺纹直径、受力前的声速、螺母轴向长度、螺杆长度、螺栓受力区长度、螺栓试样在不同载荷下的实测轴力、与实测轴力对应的超声波渡越时间、超声波渡越时间‑轴力模型；根据螺栓直径、螺纹直径、受力前的声速、螺母轴向长度、螺杆长度、各实测轴力、超声波渡越时间和超声波渡越时间‑轴力模型确定软测量表达式；采用软测量表达式计算待测在役螺栓的轴力。本发明提供的检测方法不仅考虑了螺栓的材料常数对螺栓轴力的影响，还考虑了螺母受力区长度和螺母受力区内轴正应力因子对螺栓轴力的影响，可以有效的测量在役螺栓的轴力，测量误差小，精度高。
Description
技术领域
本发明涉及超声检测技术领域，特别是涉及一种在役螺栓轴力的检测方法、检测系统及检测装置。
背景技术
螺栓作为一种结构简单，拆装方便的固定连接结构，在桥梁、石化等大型基础设施和成套设备中大量使用。螺栓连接一旦发生失效，会造成结构失稳,甚至引发灾难性事故。因此，为确保连接结构的可靠性和安全性，必须严格控制连接螺栓的预紧力，必要时还要在线监测螺栓工作应力。螺栓连接的可靠性取决于螺栓的轴向预紧力(简称轴力)是否恰当。不恰当的轴力会导致螺母松脱或者螺栓断裂，而使得螺栓连接提前失效。因此准确测量螺栓轴力，能够有效提高螺栓连接可靠性和结构安全性。
目前，工程施工中一般采用扭矩扳手或者气动、液压、电动扳手进行螺栓安装，并由扭矩推算出螺栓的轴向应力。实践证明，许多情况下实际工况的诸多因素影响了螺纹副的摩擦，使得设定的施拧扭矩往往不能精确地得到一定的螺栓轴力。
近年来随着现代科学和工业检测技术的发展，各种直接检测高强度螺栓轴力的技术和方法不断的被提出来并在实际工程中得到应用。超声波测应力技术利用超声波灵敏地反映试验件内部的各种信息，用超声波参量来表征应力。超声检测应力对于工程实际应用具有适应狭小的检测空间，方便现场携带等优点，应用前景最为广泛。具体来讲，超声波本身就具备以下优点：第一、超声波检测不破坏被检测件样品，可以在施工现场对已经安装上的产品进行检测。第二、超声波节能、环保，只要使用普通干电池就能维持长时间的工作。第三、超声波已高度的集成化，各个模块的设备越来越小型化和便携化，其精度、体积和系统功能有利于施工现场检测。第四、超声波具有较好的穿透力，可以穿透数米的金属件，足够满足一般的紧固件产品检测需要。第五、超声测量速度快，超声测量可以迅速完成数据的采集，如能再配上高效的信号处理系统则能快速高效的进行测量，适合大批量同类型产品的检测。第六、超声对人体无伤害，对人体健康无害。因此，基于声弹性效应的螺栓轴力超声测量技术是一种低成本、快速、无损的螺栓轴力测量方法。
但是，目前现有的超声波测应力技术仅考虑了螺栓的材料常数对螺栓轴力的影响而忽略了其他因素，导致现有的超声波测量方案存在测量误差大、测量精度低的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种在役螺栓轴力的检测方法及检测系统，不仅考虑了螺栓的材料常数对螺栓轴力的影响，还考虑了螺母受力区长度和螺母受力区内轴正应力因子对螺栓轴力的影响，测量误差小，测量精度高。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种在役螺栓轴力的检测方法，所述检测方法包括：
获取螺栓试样的螺栓直径、螺纹直径、受力前的声速、螺母轴向长度、螺杆长度、螺栓受力区长度、所述螺栓试样在不同载荷下的实测轴力、分别与所述实测轴力对应的超声波渡越时间、超声波渡越时间-轴力模型，其中，所述螺栓试样与所述待测在役螺栓为同一规格；
根据所述螺栓直径、所述螺纹直径、所述受力前的声速、所述螺母轴向长度、所述螺杆长度、各个所述实测轴力、与所述实测轴力对应的超声波渡越时间和所述超声波渡越时间-轴力模型确定在役螺栓轴力的软测量表达式；
采用所述软测量表达式计算所述待测在役螺栓的轴力。
可选的，所述超声波渡越时间-轴力模型为：
其中，t表示超声波渡越时间，Ld表示螺母受力区的长度，v表示受力前的声速，k表示材料常数，β表示螺母受力区内轴正应力因子，x表示积分变量，L1表示螺母轴向长度，L2表示螺杆长度，La表示螺栓受力区长度，P表示轴力，D表示螺栓直径，d表示螺纹直径。
可选的，所述根据所述螺栓直径、所述螺纹直径、所述受力前的声速、所述螺母轴向长度、所述螺杆长度、各个所述实测轴力、与所述实测轴力对应的超声波渡越时间和所述超声波渡越时间-轴力模型确定在役螺栓轴力的软测量表达式，具体包括：
将所述螺栓直径、所述螺纹直径、所述受力前的声速、所述螺母轴向长度、所述螺杆长度、各个所述实测轴力、与所述实测轴力对应的超声波渡越时间代入所述超声波渡越时间-轴力模型，获得各个待求解方程；
联立各个所述待求解方程获得待求解方程组；
求解所述待求解方程组获得材料常数、螺母受力区的长度和螺母受力区内轴正应力因子；
将所述材料常数、所述螺母受力区的长度和所述螺母受力区内轴正应力因子代入所述超声波渡越时间-轴力模型，获得在役螺栓轴力的软测量表达式。
可选的，所述螺栓试样的数量大于或者等于3。
一种在役螺栓轴力的检测系统，所述检测系统包括：
输入量获取模块，用于获取螺栓试样的螺栓直径、螺纹直径、受力前的声速、螺母轴向长度、螺杆长度、螺栓受力区长度、所述螺栓试样在不同载荷下的实测轴力、分别与所述实测轴力对应的超声波渡越时间、超声波渡越时间-轴力模型，其中，所述螺栓试样与所述待测在役螺栓为同一规格；
软测量表达式确定模块，用于根据所述螺栓直径、所述螺纹直径、所述受力前的声速、所述螺母轴向长度、所述螺杆长度、各个所述实测轴力、与所述实测轴力对应的超声波渡越时间和所述超声波渡越时间-轴力模型确定在役螺栓轴力的软测量表达式；
轴力计算模块，用于采用所述软测量表达式计算所述待测在役螺栓的轴力。
可选的，所述超声波渡越时间-轴力模型为：
其中，t表示超声波渡越时间，Ld表示螺母受力区的长度，v表示受力前的声速，k表示材料常数，β表示螺母受力区内轴正应力因子，x表示积分变量，L1表示螺母轴向长度，L2表示螺杆长度，La表示螺栓受力区长度，P表示轴力，D表示螺栓直径，d表示螺纹直径。
可选的，所述软测量表达式确定模块具体包括：
待求解方程确定单元，用于将所述螺栓直径、所述螺纹直径、所述受力前的声速、所述螺母轴向长度、所述螺杆长度、各个所述实测轴力、与所述实测轴力对应的超声波渡越时间代入所述超声波渡越时间-轴力模型，获得各个待求解方程；
方程组联立单元，用于联立各个所述待求解方程获得待求解方程组；
待测系数求解单元，用于求解所述待求解方程组获得材料常数、螺母受力区的长度和螺母受力区内轴正应力因子；
软测量表达式确定单元，用于将所述材料常数、所述螺母受力区的长度和所述螺母受力区内轴正应力因子代入所述超声波渡越时间-轴力模型，获得在役螺栓轴力的软测量表达式。
可选的，所述螺栓试样的数量大于或者等于3。
一种在役螺栓轴力的检测装置，所述检测装置包括：示波器、主机、计算机、前置衰减及低通滤波模块、超声波激发装置和超声波接收装置；其中，
所述超声波激发装置和所述超声波接收装置相对设置在待测在役螺栓的两侧，所述主机的信号输出端通过同轴电缆与所述前置衰减及低通滤波模块的输入端连接，所述前置衰减及低通滤波模块的输出端与所述超声波激发装置连接，所述超声波接收装置与所述主机的输入端连接；所述主机的信号监视端口与所述示波器连接，所述计算机与所述示波器连接，所述计算机用于根据权利要求1-4任一项所述的检测方法计算所述待测在役螺栓的轴力。
可选的，所述超声波激发装置和/或超声波接收装置为超声换能器。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的在役螺栓轴力的检测方法、检测系统及检测装置，不仅考虑了螺栓的材料常数对螺栓轴力的影响，还考虑了螺母受力区长度和螺母受力区内轴正应力因子对螺栓轴力的影响。因此，在螺栓轴向应力处于高载荷或低载荷的未知情况下，本发明可以有效的测量在役使用中的螺栓轴力，测量误差小，精度高，是一种更为有效的应力测量模式，可以广泛的应用于航空航天、船舶轮机、桥梁建设、化工设备、新能源等领域中螺栓轴向应力测量的工业现场测量环境。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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它的附图。
图1为本发明实施例1提供的在役螺栓轴力的检测方法的流程图；
图2为本发明实施例2提供的在役螺栓轴力的检测系统的结构框图；
图3为本发明实施例3提供的在役螺栓轴力的检测装置的结构示意图；
图4为本发明提供的螺栓尺寸测量示意图；
图5为声时-载荷曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种在役螺栓轴力的检测方法及检测系统，不仅考虑了螺栓的材料常数对螺栓轴力的影响，还考虑了螺母受力区长度和螺母受力区内轴正应力因子对螺栓轴力的影响，测量误差小，测量精度高。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
图1为本发明实施例1提供的在役螺栓轴力的检测方法的流程图。如图1所示，一种在役螺栓轴力的检测方法，所述检测方法包括：
步骤11：获取螺栓试样的螺栓直径、螺纹直径、受力前的声速、螺母轴向长度、螺杆长度、螺栓受力区长度、所述螺栓试样在不同载荷下的实测轴力、分别与所述实测轴力对应的超声波渡越时间、超声波渡越时间-轴力模型，其中，所述螺栓试样与所述待测在役螺栓为同一规格，且螺栓试样的数量大于或者等于3。
所述超声波渡越时间-轴力模型为：
其中，t表示超声波渡越时间，Ld表示螺母受力区的长度，v表示受力前的声速，k表示材料常数，β表示螺母受力区内轴正应力因子，x表示积分变量，L1表示螺母轴向长度，L2表示螺杆长度，La表示螺栓受力区长度，P表示轴力，D表示螺栓直径，d表示螺纹直径。
步骤12：根据所述螺栓直径、所述螺纹直径、所述受力前的声速、所述螺母轴向长度、所述螺杆长度、各个所述实测轴力、与所述实测轴力对应的超声波渡越时间和所述超声波渡越时间-轴力模型确定在役螺栓轴力的软测量表达式。
步骤13：采用所述软测量表达式计算所述待测在役螺栓的轴力。
具体地，步骤12：根据所述螺栓直径、所述螺纹直径、所述受力前的声速、所述螺母轴向长度、所述螺杆长度、各个所述实测轴力、与所述实测轴力对应的超声波渡越时间和所述超声波渡越时间-轴力模型确定在役螺栓轴力的软测量表达式，具体包括：
步骤121：将所述螺栓直径、所述螺纹直径、所述受力前的声速、所述螺母轴向长度、所述螺杆长度、各个所述实测轴力、与所述实测轴力对应的超声波渡越时间代入所述超声波渡越时间-轴力模型，获得各个待求解方程；
步骤122：联立各个所述待求解方程获得待求解方程组；
步骤123：求解所述待求解方程组获得材料常数、螺母受力区的长度和螺母受力区内轴正应力因子；
步骤124：将所述材料常数、所述螺母受力区的长度和所述螺母受力区内轴正应力因子代入所述超声波渡越时间-轴力模型，获得在役螺栓轴力的软测量表达式。
本发明提供的在役螺栓轴力的检测方法，不仅考虑了螺栓的材料常数对螺栓轴力的影响，还考虑了螺母受力区长度和螺母受力区内轴正应力因子对螺栓轴力的影响。因此，在螺栓轴向应力处于高载荷或低载荷的未知情况下，可以精确测量在役使用中的螺栓轴力。
实施例2:
图2为本发明实施例2提供的在役螺栓轴力的检测系统的结构框图。如图2所示，一种在役螺栓轴力的检测系统，所述检测系统包括：
输入量获取模块21，用于获取螺栓试样的螺栓直径、螺纹直径、受力前的声速、螺母轴向长度、螺杆长度、螺栓受力区长度、所述螺栓试样在不同载荷下的实测轴力、分别与所述实测轴力对应的超声波渡越时间、超声波渡越时间-轴力模型，其中，所述螺栓试样与所述待测在役螺栓为同一规格，且螺栓试样的数量大于或者等于3。
所述超声波渡越时间-轴力模型为：
其中，t表示超声波渡越时间，Ld表示螺母受力区的长度，v表示受力前的声速，k表示材料常数，β表示螺母受力区内轴正应力因子，x表示积分变量，L1表示螺母轴向长度，L2表示螺杆长度，La表示螺栓受力区长度，P表示轴力，D表示螺栓直径，d表示螺纹直径。
软测量表达式确定模块22，用于根据所述螺栓直径、所述螺纹直径、所述受力前的声速、所述螺母轴向长度、所述螺杆长度、各个所述实测轴力、与所述实测轴力对应的超声波渡越时间和所述超声波渡越时间-轴力模型确定在役螺栓轴力的软测量表达式。
所述软测量表达式确定模块22具体包括：
待求解方程确定单元221，用于将所述螺栓直径、所述螺纹直径、所述受力前的声速、所述螺母轴向长度、所述螺杆长度、各个所述实测轴力、与所述实测轴力对应的超声波渡越时间代入所述超声波渡越时间-轴力模型，获得各个待求解方程；
方程组联立单元222，用于联立各个所述待求解方程获得待求解方程组；
待测系数求解单元223，用于求解所述待求解方程组获得材料常数、螺母受力区的长度和螺母受力区内轴正应力因子；
软测量表达式确定单元224，用于将所述材料常数、所述螺母受力区的长度和所述螺母受力区内轴正应力因子代入所述超声波渡越时间-轴力模型，获得在役螺栓轴力的软测量表达式。
轴力计算模块23，用于采用所述软测量表达式计算所述待测在役螺栓的轴力。
本发明基于声弹性原理，当螺栓在受到外荷载时，螺栓内部的受力并不均匀，考虑三个受力区域对超声波渡越时间的影响，得到了超声波在整个螺栓杆中的渡越时间计算方法。通过测量超声纵波在螺栓受力状态下的渡越时间t，便可精确计算出加载在螺栓上的应力值。
实施例3：
图3为本发明实施例3提供的在役螺栓轴力的检测装置的结构示意图。如图3所示，一种在役螺栓轴力的检测装置包括：示波器31、主机32、计算机33、前置衰减及低通滤波模块34、超声波激发装置35和超声波接收装置36；其中，
所述超声波激发装置35和所述超声波接收装置36相对设置在待测在役螺栓30的两侧，所述主机32的信号输出端通过同轴电缆与所述前置衰减及低通滤波模块34的输入端连接，所述前置衰减及低通滤波模块34的输出端与所述超声波激发装置35连接，所述超声波接收装置36与所述主机32的输入端连接；所述主机32的信号监视端口与所述示波器连接，所述计算机与所述示波器连接，所述计算机用于根据实施例1所述的检测方法计算所述待测在役螺栓的轴力。本实施例中，所述超声波激发装置和/或超声波接收装置为超声换能器。
下面介绍采用本实施例提供的检测装置测量M22×300在役螺栓轴力的具体步骤：
(1)螺栓尺寸的测量
图4为本发明提供的螺栓尺寸测量示意图。如图4所示，将待测M22×300螺栓分为三部分，得到螺母受力区、螺杆受力区和螺纹受力区，并分别测量相应部分的尺寸。本实施例中，螺栓直径D＝22mm、螺纹直径d＝20mm，全长L＝300mm，螺栓各部分尺寸：螺母轴向长度L1＝10mm，螺杆长度L2＝170mm，螺纹长度L3＝120mm。
(2)获取超声波渡越时间-轴力模型
基于声弹性原理，当螺栓在受到外荷载时，螺栓内部的受力并不均匀，考虑三个受力区域对超声波渡越时间的影响，得到了超声波在整个螺栓杆中的渡越时间计算公式，只要测出超声纵波在螺栓受力状态下的渡越时间t，即可求得加载在螺栓上的轴力。
依据非线性声学理论，当超声纵波在固体介质中沿应力方向传播时，其波速和应力以及三阶弹性常数之间的关系为：
其中：C为受力后的声速；v为受力前的声速，σ为应力；ρ为螺栓无应力时的密度；λ、μ为拉梅(Lame)常数，l、m、n为螺栓材料的三阶弹性常数。
推导得出超声波渡越时间-轴力模型如下：
其中，t表示超声波渡越时间，Ld表示螺母受力区的长度，v表示受力前的声速，k表示材料常数，β表示螺母受力区内轴正应力因子，x表示积分变量，L1表示螺母轴向长度，L2表示螺杆长度，La表示螺栓受力区长度，P表示轴力，D表示螺栓直径，d表示螺纹直径。
螺母受力区长度Ld内轴向方向正应力σ1的大小时随距离变化的函数，可近似视为斜率为β的斜线。
令材料常数其中，λ、μ为拉梅(Lame)常数，l、m、n为三阶弹性常数，受力前的声速为v，ρ为螺栓无应力时的密度。可见，材料常数k与三阶弹性常数有关。然而，螺栓材料的三阶弹性常数很难直接获得准确值，而且在计算轴力时并不需要三阶弹性常数的具体值，因此，本申请通过实验来直接确定材料常数k的取值。
(3)待测系数标定
首先在与待测在役螺栓同一规格的螺栓中随机选取三根螺栓作为螺栓试样进行待测系数标定实验，螺栓试样分别标记为第一螺栓试样、第二螺栓试样和第二螺栓试样。测量螺栓试样以10kN为步进从0kN轴力到100kN轴力下的超声波渡越时间。如图3所示，本实施例中的超声波激发装置35为SNAP-5000(Ritec，USA)超声测试系统进行超声波纵波信号激励，频率为5MHz，试验温度控制在20℃，利用示波器31精确记录纵波渡越时间。通过拉伸进行精确的定量拉伸试验，可以获得准确的如图5所示的声时-载荷采样点，将各声时-载荷采样点进行拟合可获得对应的声时-载荷曲线。由图5可见，随着载荷的增加，轴力与声时基本呈线性关系。通过这三条声时-载荷曲线，可以计算得到标定系数k＝1412.38，Ld＝25mm、β与σ1的关系近似满足将k＝1412.38，Ld＝25mm及代入超声波渡越时间-轴力模型，并进行函数逆变换，获得在役螺栓轴力的软测量表达式：P＝f-1(t)。
(4)实验验证
另取3根同一规格的螺栓作为验证试样，分别标记为第一验证螺栓、第二验证螺栓和第三验证螺栓，然后分别将其轴力以10kN为步进，从0kN加载至100kN。每加载10kN，均从拉伸试验机上将工装卸下并测量超声渡越时间，采用软测量表达式：P＝f-1(t)计算轴力的测量值。然后以螺栓上的压力传感器显示载荷为实际轴力值，计算轴力测量值的相对误差。由于每次卸载后载荷均略有下降，所以压力传感器上的轴力示数无法准确的控制在整数值。
不同载荷情况下验证螺栓的轴力测试结果如表1所示。三组试验中，轴力超声测量的最大相对误差为-9.96％，最小相对误差为-0.2％。结果表明，本发明提供的检测装置和检测方法可以有效的测试螺栓上的不同轴力，测量相对误差不大于10％。在螺栓轴向应力处于高载荷或低载荷的未知情况下，该方法可以有效的测量在役螺栓的轴力，是一种更为有效的应力测量模式。
表1不同载荷情况下螺栓轴力测试结果
本发明提供的在役高强螺栓预紧力的超声波检测方法属于超声无损检测领域。本发明基于声弹性效应理论，考虑了在役螺栓内应力分布不均匀的特性，将螺栓受力区分为螺母、螺杆和螺纹三个区域，考虑了不同受力区域对超声渡越时间的影响，提出了更为精确地测量螺栓轴力的检测方法、检测系统和检测装置。本发明针对在役螺栓轴向应力处于高载荷或低载荷的未知情况，可以有效的测量在役使用中的螺栓轴力，解决了已经紧固且轴力范围完全未知的螺栓的应力测量问题。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种在役螺栓轴力的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括：
获取螺栓试样的螺栓直径、螺纹直径、受力前的声速、螺母轴向长度、螺杆长度、螺栓受力区长度、所述螺栓试样在不同载荷下的实测轴力、分别与所述实测轴力对应的超声波渡越时间、超声波渡越时间-轴力模型，其中，所述螺栓试样与所述待测在役螺栓为同一规格；
根据所述螺栓直径、所述螺纹直径、所述受力前的声速、所述螺母轴向长度、所述螺杆长度、各个所述实测轴力、与所述实测轴力对应的超声波渡越时间和所述超声波渡越时间-轴力模型确定在役螺栓轴力的软测量表达式；
采用所述软测量表达式计算所述待测在役螺栓的轴力。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述超声波渡越时间-轴力模型为：
其中，t表示超声波渡越时间，Ld表示螺母受力区的长度，v表示受力前的声速，k表示材料常数，β表示螺母受力区内轴正应力因子，x表示积分变量，L1表示螺母轴向长度，L2表示螺杆长度，La表示螺栓受力区长度，P表示轴力，D表示螺栓直径，d表示螺纹直径。
3.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述根据所述螺栓直径、所述螺纹直径、所述受力前的声速、所述螺母轴向长度、所述螺杆长度、各个所述实测轴力、与所述实测轴力对应的超声波渡越时间和所述超声波渡越时间-轴力模型确定在役螺栓轴力的软测量表达式，具体包括：
将所述螺栓直径、所述螺纹直径、所述受力前的声速、所述螺母轴向长度、所述螺杆长度、各个所述实测轴力、与所述实测轴力对应的超声波渡越时间代入所述超声波渡越时间-轴力模型，获得各个待求解方程；
联立各个所述待求解方程获得待求解方程组；
求解所述待求解方程组获得材料常数、螺母受力区的长度和螺母受力区内轴正应力因子；
将所述材料常数、所述螺母受力区的长度和所述螺母受力区内轴正应力因子代入所述超声波渡越时间-轴力模型，获得在役螺栓轴力的软测量表达式。
4.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述螺栓试样的数量大于或者等于3。
5.一种在役螺栓轴力的检测系统，其特征在于，所述检测系统包括：
输入量获取模块，用于获取螺栓试样的螺栓直径、螺纹直径、受力前的声速、螺母轴向长度、螺杆长度、螺栓受力区长度、所述螺栓试样在不同载荷下的实测轴力、分别与所述实测轴力对应的超声波渡越时间、超声波渡越时间-轴力模型，其中，所述螺栓试样与所述待测在役螺栓为同一规格；
软测量表达式确定模块，用于根据所述螺栓直径、所述螺纹直径、所述受力前的声速、所述螺母轴向长度、所述螺杆长度、各个所述实测轴力、与所述实测轴力对应的超声波渡越时间和所述超声波渡越时间-轴力模型确定在役螺栓轴力的软测量表达式；
轴力计算模块，用于采用所述软测量表达式计算所述待测在役螺栓的轴力。
6.根据权利要求5所述的检测系统，其特征在于，所述超声波渡越时间-轴力模型为：
其中，t表示超声波渡越时间，Ld表示螺母受力区的长度，v表示受力前的声速，k表示材料常数，β表示螺母受力区内轴正应力因子，x表示积分变量，L1表示螺母轴向长度，L2表示螺杆长度，La表示螺栓受力区长度，P表示轴力，D表示螺栓直径，d表示螺纹直径。
7.根据权利要求6所述的检测系统，其特征在于，所述软测量表达式确定模块具体包括：
待求解方程确定单元，用于将所述螺栓直径、所述螺纹直径、所述受力前的声速、所述螺母轴向长度、所述螺杆长度、各个所述实测轴力、与所述实测轴力对应的超声波渡越时间代入所述超声波渡越时间-轴力模型，获得各个待求解方程；
方程组联立单元，用于联立各个所述待求解方程获得待求解方程组；
待测系数求解单元，用于求解所述待求解方程组获得材料常数、螺母受力区的长度和螺母受力区内轴正应力因子；
软测量表达式确定单元，用于将所述材料常数、所述螺母受力区的长度和所述螺母受力区内轴正应力因子代入所述超声波渡越时间-轴力模型，获得在役螺栓轴力的软测量表达式。
8.根据权利要求5所述的检测系统，其特征在于，所述螺栓试样的数量大于或者等于3。
9.一种在役螺栓轴力的检测装置，其特征在于，所述检测装置包括：示波器、主机、计算机、前置衰减及低通滤波模块、超声波激发装置和超声波接收装置；其中，
所述超声波激发装置和所述超声波接收装置相对设置在待测在役螺栓的两侧，所述主机的信号输出端通过同轴电缆与所述前置衰减及低通滤波模块的输入端连接，所述前置衰减及低通滤波模块的输出端与所述超声波激发装置连接，所述超声波接收装置与所述主机的输入端连接；所述主机的信号监视端口与所述示波器连接，所述计算机与所述示波器连接，所述计算机用于根据权利要求1-4任一项所述的检测方法计算所述待测在役螺栓的轴力。
10.根据权利要求9所述的检测装置，其特征在于：所述超声波激发装置和/或超声波接收装置为超声换能器。
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