CN109632964A - 一种螺栓断裂监测定位系统及方法 - Google Patents

一种螺栓断裂监测定位系统及方法 Download PDF

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胡兴武
尹子栋
师二广
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Abstract

本发明公开了一种螺栓断裂监测定位系统，所述系统包括监测传感器，包括多个，分别布置于设置有螺栓的机械设备的被监测表面，用于实时监测螺栓断裂产生的横波和纵波信号；控制主机，与所述监测传感器通信连接，用于获取所述监测传感器的位置坐标以及所述横波和纵波信号，计算所述横波和纵波信号的时间差，根据所述时间差和所述监测传感器的位置坐标计算所述螺栓到所述监测传感器的距离，根据所述距离确定所述螺栓的位置。本发明实现了在线监测螺栓断裂及定位断裂螺栓位置。

Description

一种螺栓断裂监测定位系统及方法
技术领域
本发明涉及机械设备技术领域，特别是涉及一种螺栓断裂监测定位系统及方法。
背景技术
随着工业的飞速发展，各类大型机械设备的应用也越来越广泛。大型机械设备的连接螺栓断裂会导致的设备故障或安全事故，但由于连接螺栓较多很难确定连接螺栓的断裂与否和断裂的连接螺栓的具体位置，因此，如何检测螺栓断裂及定位断裂螺栓位置是本领域亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种螺栓断裂监测定位系统及方法，以实现在线监测螺栓断裂及定位断裂螺栓位置。
为实现上述目的，本发明提供了一种螺栓断裂监测定位系统，所述系统包括：
监测传感器，包括多个，分别布置于设置有螺栓的机械设备的被监测表面，用于实时监测螺栓断裂产生的横波和纵波信号；
控制主机，与所述监测传感器通信连接，用于获取所述监测传感器的位置坐标以及所述横波和纵波信号，计算所述横波和纵波信号的时间差，根据所述时间差和所述监测传感器的位置坐标计算所述螺栓到所述监测传感器的距离，根据所述距离确定所述螺栓的位置。
可选的，所述控制主机与所述监测传感器通过通讯电缆连接，或所述控制主机与所述监测传感器通过无线收发装置连接。
可选的，所述控制主机包括主机外壳、设于所述主机外壳内部的主板、开关电源和散热风扇、设于所述主机外壳的侧壁上的内插有SIM卡的第一插口、内插有SD卡的第二插口、通讯接口和开关插座，以及设于所述主机外壳外的通讯天线；所述主板分别与所述开关电源、所述散热风扇、所述第一插口、所述第二插口、所述通讯接口、所述开关插座和所述通讯天线电连接，所述主板用于通过所述通讯接口读取所述横波和纵波信号及所述监测传感器的位置坐标，并存储于所述SD卡内；用于计算所述横波和纵波信号的时间差、所述螺栓距每一所述监测传感器的距离，确定所述螺栓的位置，并将所述螺栓的位置通过所述SIM卡传输至用户端。
可选的，所述主机外壳的侧壁上还设有用于散热的通孔，所述通孔呈阵列排布。
可选的，所述主机外壳上还设有多个指示灯，所述指示灯用于指示电源开关、报警指示和/或故障指示。
可选的，所述主机外壳包括上扣板、下扣板和两侧板，所述上扣板与所述下扣板扣合成两侧开放的方形盒体，所述两侧板分别设于所述方形盒体开放的两侧。
可选的，所述监测传感器有多组，每组有3个所述监测传感器，所述监测传感器通过胶体粘结在所述机械设备的被监测表面。
本发明还提供了一种螺栓断裂监测定位方法，所述方法包括：
分别获取多个监测点监测到的螺栓断裂时释放的横波信号和纵波信号；
计算每个所述监测点监测到所述横波信号与监测到所述纵波信号的时间差；
根据所述横波信号的传播速度、所述纵波信号的传播速度和所述时间差计算每个所述监测点到断裂的所述螺栓的距离；
获取每一所述监测点的位置坐标；
根据所述监测点的位置坐标和所述监测点到断裂的所述螺栓的距离，计算断裂的所述螺栓的位置坐标。
可选的，所述监测点到断裂的所述螺栓的距离的计算公式为其中，ti为第i个监测点监测到所述横波信号与监测到所述纵波信号的时间差，si为第i个监测点到断裂的所述螺栓的距离，Vs为所述横波传播速度，Vp为所述纵波传播速度。
可选的，所述断裂的所述螺栓的位置坐标的计算公式为：(xi-x0)2+(yi-y0)2＝si 2，其中，xi为第i个监测点的横坐标，yi为第i个监测点的纵坐标，x0为断裂的所述螺栓的横坐标，y0为断裂的所述螺栓的纵坐标，si为第i个监测点到断裂的所述螺栓的距离。
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：
1.本发明采用多个监测传感器同时监测螺栓断裂释放的横波和纵波信号，实现对螺栓断裂位置精确定位。
2本发明配置有SIM卡，能够远程将螺栓断裂警报信息传输至用户端以通知机械设备负责人。
3.本发明配置有SD卡，可根据不同机械设备，自由更改设置机械设备信息文件。
4.本发明控制主机可同时连接多组监测传感器，实现对多个位置连接螺栓的断裂监测与定位。
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他的附图。
图1为本发明实施例提供的螺栓断裂监测定位系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的螺栓断裂监测定位系统的控制主机的立体图；
图3为本发明实施例提供的螺栓断裂监测定位系统的控制主机的内部结构示意图；
图4为本发明实施例提供的螺栓断裂监测定位系统的控制主机的左视图；
图5为本发明实施例提供的螺栓断裂监测定位方法的流程图；
图6为本发明实施例提供的螺栓断裂监测定位方法的监测点与断裂螺栓的位置关系图；
图7为断裂螺栓释放的横波和纵波传播过程示意图。
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。
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。
如图1所示，本实施例提供的螺栓断裂监测定位系统包括监测传感器3和控制主机1，在本实施例中，控制主机1与监测传感器3通过通讯电缆2连接，实现监测传感器3与控制主机1之间的通讯。实际上为了实现控制主机1的放置位置方便，或能够实现远程控制，还可以将控制主机1与监测传感器3通过无线收发装置(图中未示出)连接。
监测传感器3包括多个，分别布置于设置有螺栓4的机械设备的被监测表面5，用于实时监测螺栓4断裂产生的横波和纵波信号。为了能够一次实现多个螺栓断裂的监测，可以将该监测传感器3设置有多组，每组有3个监测传感器3，监测传感器3通过胶体粘结在机械设备的被监测表面5。当然除了胶体粘结的设置方式还可以采用其他的设置方式，只要与被监测表面5接触即可。
控制主机1与监测传感器3通信连接，用于获取监测传感器的位置坐标以及横波和纵波信号，计算横波和纵波信号的时间差，根据时间差和监测传感器的位置坐标计算螺栓到监测传感器的距离，根据距离确定螺栓的位置。
在本实施例中，控制主机1采用的结构如图2-4所示，控制主机1包括主机外壳、设于主机外壳内部的主板16、开关电源17和散热风扇18、设于主机外壳的侧壁上的内插有SIM卡的第一插口8、内插有SD卡的第二插口9、通讯接口12和开关插座13，以及设于主机外壳外的通讯天线11；主板16分别与开关电源17、散热风扇18、第一插口8、第二插口9、通讯接口12、开关插座13和通讯天线11电连接，主板16用于通过通讯接口12读取横波和纵波信号及监测传感器3的位置坐标，并存储于SD卡内；用于计算横波和纵波信号的时间差、螺栓距每一监测传感器3的距离，确定螺栓4的位置，并将螺栓4的位置通过SIM卡传输至用户端。
作为一种可选的实施方式，可以将主机外壳设置为包括上扣板14、下扣板15和两侧板6、10，上扣板14与下扣板15扣合成两侧开放的方形盒体，两侧板6、10分别设于方形盒体开放的两侧。为了更好的散热，主机外壳的侧壁上还设有用于散热的通孔19，通孔19呈阵列排布。为了更直观的展示控制主机1的状态可以在主机外壳上还设有多个指示灯7，指示灯7用于指示电源开关、报警指示和/或故障指示。
如图5所示，本实施例还提供了一种螺栓断裂监测定位方法，该方法应用于本实施例的螺栓断裂监测定位系统，该方法包括：
步骤501：分别获取多个监测点监测到的螺栓断裂时释放的横波信号和纵波信号；
步骤502：计算每个监测点监测到横波信号与监测到纵波信号的时间差；
步骤503：根据横波信号的传播速度、纵波信号的传播速度和时间差计算每个监测点到断裂的螺栓的距离；监测点到断裂的螺栓的距离的计算公式为其中，ti为第i个监测点监测到横波信号与监测到纵波信号的时间差，si为第i个监测点到断裂的螺栓的距离，Vs为横波传播速度，Vp为纵波传播速度。
步骤504：获取每一监测点的位置坐标；断裂的螺栓的位置坐标的计算公式为：(xi-x0)2+(yi-y0)2＝si 2，其中，xi为第i个监测点的横坐标，yi为第i个监测点的纵坐标，x0为断裂的螺栓的横坐标，y0为断裂的螺栓的纵坐标，si为第i个监测点到断裂的螺栓的距离。
步骤505：根据监测点的位置坐标和监测点到断裂的螺栓的距离，计算断裂的螺栓的位置坐标。
下面结合一具体例子详细说明本发明的实现原理：
各个监测点与断裂螺栓的位置关系图如图6所示，机械设备的被监测表面5上的各连接螺栓4的位置坐标及三个监测传感器3的位置坐标分别为(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)，并将坐标信息保存文件存储至第二插口9的SD卡中。当某一连接螺栓4发生断裂时，三个监测传感器3均可监测到螺栓断裂时释放的能量信号，并将该信号通过通讯电缆2传递至主板16。
连接螺栓4发生断裂时，释放的能量信号同时以纵波(P波)和横波(S波)的形式向外传播，传播速度分别为Vp和Vs，且Vp>Vs，如图7所示。
以(x0，y0)处的连接螺栓4发生断裂为例，(x1，y1)处的监测传感器3将监测到的P波信号和S波信号传递至主板16，由主板16计算监测传感器3监测到P波信号和S波信号的时间差t1，设(x0，y0)与(x1，y1)之间的距离为s1，则由此得出(x0，y0)与(x1，y1)之间的距离为s1。
同理，可求得(x0，y0)与(x2，y2)之间的距离为s2，(x0，y0)与(x3，y3)之间的距离为s3。
再根据公式(x1-x0)2+(y1-y0)2＝s1 2、(x2-x0)2+(y2-y0)2＝s2 2和(x3-x0)2+(y3-y0)2＝s3 2计算连接螺栓4的断裂位置(x0，y0)。
控制主机1通过第一插口8内的SIM卡，将连接螺栓4发生断裂的位置坐标和报警信息发送至机械设备负责人的用户端，并将连接螺栓4发生断裂的位置坐标和报警信息存储至第二插口9内的SD卡。这里的用户端可以是手机、平板电脑等编写的智能设备。
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)

1.一种螺栓断裂监测定位系统，其特征在于，所述系统包括：
监测传感器，包括多个，分别布置于设置有螺栓的机械设备的被监测表面，用于实时监测螺栓断裂产生的横波和纵波信号；
控制主机，与所述监测传感器通信连接，用于获取所述监测传感器的位置坐标以及所述横波和纵波信号，计算所述横波和纵波信号的时间差，根据所述时间差和所述监测传感器的位置坐标计算所述螺栓到所述监测传感器的距离，根据所述距离确定所述螺栓的位置。
2.根据权利要求1所述的螺栓断裂监测定位系统，其特征在于，所述控制主机与所述监测传感器通过通讯电缆连接，或所述控制主机与所述监测传感器通过无线收发装置连接。
3.根据权利要求1所述的螺栓断裂监测定位系统，其特征在于，所述控制主机包括主机外壳、设于所述主机外壳内部的主板、开关电源和散热风扇、设于所述主机外壳的侧壁上的内插有SIM卡的第一插口、内插有SD卡的第二插口、通讯接口和开关插座，以及设于所述主机外壳外的通讯天线；所述主板分别与所述开关电源、所述散热风扇、所述第一插口、所述第二插口、所述通讯接口、所述开关插座和所述通讯天线电连接，所述主板用于通过所述通讯接口读取所述横波和纵波信号及所述监测传感器的位置坐标，并存储于所述SD卡内；用于计算所述横波和纵波信号的时间差、所述螺栓距每一所述监测传感器的距离，确定所述螺栓的位置，并将所述螺栓的位置通过所述SIM卡传输至用户端。
4.根据权利要求3所述的螺栓断裂监测定位系统，其特征在于，所述主机外壳的侧壁上还设有用于散热的通孔，所述通孔呈阵列排布。
5.根据权利要求3所述的螺栓断裂监测定位系统，其特征在于，所述主机外壳上还设有多个指示灯，所述指示灯用于指示电源开关、报警指示和/或故障指示。
6.根据权利要求3所述的螺栓断裂监测定位系统，其特征在于，所述主机外壳包括上扣板、下扣板和两侧板，所述上扣板与所述下扣板扣合成两侧开放的方形盒体，所述两侧板分别设于所述方形盒体开放的两侧。
7.根据权利要求1所述的螺栓断裂监测定位系统，其特征在于，所述监测传感器有多组，每组有3个所述监测传感器，所述监测传感器通过胶体粘结在所述机械设备的被监测表面。
8.一种螺栓断裂监测定位方法，其特征在于，所述方法包括：
分别获取多个监测点监测到的螺栓断裂时释放的横波信号和纵波信号；
计算每个所述监测点监测到所述横波信号与监测到所述纵波信号的时间差；
根据所述横波信号的传播速度、所述纵波信号的传播速度和所述时间差计算每个所述监测点到断裂的所述螺栓的距离；
获取每一所述监测点的位置坐标；
根据所述监测点的位置坐标和所述监测点到断裂的所述螺栓的距离，计算断裂的所述螺栓的位置坐标。
9.根据权利要求8所述的螺栓断裂监测定位方法，其特征在于，所述监测点到断裂的所述螺栓的距离的计算公式为其中，ti为第i个监测点监测到所述横波信号与监测到所述纵波信号的时间差，si为第i个监测点到断裂的所述螺栓的距离，Vs为所述横波传播速度，Vp为所述纵波传播速度。
10.根据权利要求8所述的螺栓断裂监测定位方法，其特征在于，所述断裂的所述螺栓的位置坐标的计算公式为：(xi-x0)2+(yi-y0)2＝si 2，其中，xi为第i个监测点的横坐标，yi为第i个监测点的纵坐标，x0为断裂的所述螺栓的横坐标，y0为断裂的所述螺栓的纵坐标，si为第i个监测点到断裂的所述螺栓的距离。
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