CN111122140A - 一种输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断装置及方法。所述输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断装置包括应变数据采集装置、无线传感器网络系统、螺栓松动诊断模块和诊断结果显示终端；至少两个应变数据采集装置安装在输电塔的杆材连接节点的节点螺栓附近，用于采集杆材连接节点处的实时应变响应数据，并通过无线传感器网络系统传送到螺栓松动诊断模块，通过螺栓松动诊断模块判断螺栓松动失效情况，最后通过诊断结果显示终端显示节点螺栓松动失效诊断结果。本发明实现了螺栓松动失效智能诊断，避免了耗费大量人力物力的人工检测，有效地解决了节点螺栓检测、运营养护问题。

Description

一种输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断装置及方法

技术领域

本发明属于输电塔结构工程技术领域，具体涉及一种基于无线压电应变监测的输电塔杆材连接节点螺栓松动智能诊断装置及方法。

背景技术

在工程结构中，螺栓往往起着连接杆材的作用，由于其具有施工简单，便于维护等诸多优点，被广泛应用于输电塔结构。螺栓连接的可靠性与输电线路的运行安全密切相关，故杆材连接节点螺栓的工作性能对输电塔结构安全运行十分重要。

输电线路在风荷载、冰雪荷载或地震荷载等作用下，其导线将会振动甚至舞动，使得输电塔结构承受各种动态荷载，进而造成塔身杆材所受轴力交相变化。这易引起输电塔节点螺栓连接的不稳定甚至完全失效，导致铁塔结构刚度不足。不仅严重影响了输电塔体系的结构稳定性，还威胁到整条输电线路的安全可靠运行。

为了保障输电塔长期安全稳定运行，电网公司需要对其进行定期检查。然而，输电塔的节点螺栓通常极多，数量可达上千，整条输电线路的节点螺栓数量更是庞大，因而人工检测将费时费力。同时，输电线路多位于荒郊野外，人工检测的环境十分恶劣。因此，当前急需发展一种输电塔节点螺栓松动智能诊断装置及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断装置及方法，可以实现输电塔节点螺栓附近的实时应变响应监测，并实现螺栓松动失效智能诊断，用来克服现有输电塔的节点螺栓数量庞大，人工检测费时费力的缺陷，有效地解决节点螺栓检测、运营养护的问题。

为了达到上述技术目的，本发明提供了一种输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断装置，其特征在于：包括应变数据采集装置、无线传感器网络系统、螺栓松动诊断模块和诊断结果发送模块；

至少两个应变数据采集装置预先安装在输电塔同一个杆材连接节点的节点螺栓处，用于采集输电塔同一个杆材连接节点附近至少两个不同位置的应变响应数据；

所述螺栓松动诊断模块,与无线传感器网络系统通讯连接，用于通过无线传感器网络系统获取所述应变响应数据，根据实时应变响应数据判断螺栓松动失效情况,得到节点螺栓松动失效诊断结果；

所述诊断结果发送模块,与螺栓松动诊断模块通讯连接，用于发送节点螺栓松动失效诊断结果至诊断结果显示终端。

本发明进一步的技术方案：所述装置还包括数据储存系统，所述数据存储系统通过无线传感器网络系统分别与数据采集装置、螺栓松动诊断模块连接，用于接收并储存应变数据采集装置采集的应变响应数据；

所述螺栓松动诊断模块具体用于通过无线传感器网络系统从所述数据储存系统获取所述应变响应数据。

本发明进一步的技术方案：所述应变数据采集装置是由压电材料片和连接导线组成的压电薄膜应变片；所述杆材连接节点的杆材之间通过连接钢板及分布在连接钢板上的节点螺栓或直接通过节点螺栓进行连接，每个压电薄膜应变片的压电材料片粘接在连接钢板或杆材表面，并在其外部设有防护罩，连接导线从防护罩引出，并与无线传感器网络系统的信号输入端连接。

本发明进一步的技术方案：所述无线传感器网络系统包括传感器节点、路由节点和网关，传感器节点接收压电薄膜应变片测量的实时应变响应数据，并传输至路由节点，再汇集于网关，网关与数据储存系统通讯连接，并将实时应变响应数据传输至数据储存系统。

本发明进一步的技术方案：所述螺栓松动诊断模块针对接收的实时应变响应数据，通过节点螺栓松动指标计算公式计算出待诊断杆材连接节点的螺栓松动指标，并通过待诊断杆材连接节点的螺栓松动指标判断螺栓松动失效情况，其螺栓松动指标的计算及螺栓松动失效判断过程如下：

(1)待诊断杆材连接节点处的任意两个压电薄膜应变片的位置分别记为A和B，在第i阶模态下，t时刻，位置A和位置B的两个压电薄膜应变片的实时应变响应数据分别为

和

(2)计算杆材连接节点未出现螺栓松动时，某个时间段内位置A压电薄膜应变片在第i阶模态下测量的实时应变响应数据的均方根

和位置B压电薄膜应变片在第i阶模态下测量的实时应变响应数据的均方根

则在该时间段第i阶模态下，压电薄膜应变片测量的位置B和A处的实时应变响应数据的均方根比r：

计算诊断时，相同时间段内位置A压电薄膜应变片在第i阶模态下测量的实时应变响应数据的均方根

和位置B压电薄膜应变片在第i阶模态下测量的实时应变响应数据的均方根

则在该时间段第i阶模态下，压电薄膜应变片测量的位置B和A处的应变响应的均方根比r^d：

(3)将步骤(2)中计算的r和r^d代入公式③中计算出待诊断杆材连接节点的螺栓松动指标ζ：

并根据计算出的螺栓松动指标ζ判断螺栓是否出现松动，当ζ等于0，则节点未出现螺栓松动；当|ζ|大于0且小于100％，则节点螺栓出现局部松动但未完全失效；当|ζ|等于100％，则节点螺栓完全松动失效。

本发明较优的技术方案：所述输电塔杆材连接节点为竖向或横向杆材与斜向杆材连接成K型节点时，杆材连接节点之间通过连接钢板及分布在连接钢板上的多个节点螺栓连接，在连接钢板上分布两个相互垂直的压电薄膜应变片。

本发明较优的技术方案：所述的输电塔杆材连接节点为斜向杆材与斜向杆材连接成交叉型节点时，杆材连接节点之间直接通过节点螺栓连接，在两根交叉杆材临近节点螺栓的部位表面分别设有压电薄膜应变片。

本发明较优的技术方案：所述的输电塔杆材连接节点为竖向杆材、横向杆材及斜向杆材连接的节点时，杆材连接节点之间通过连接钢板及分布在连接钢板上的节点螺栓群连接，在连接钢板的螺栓群中部分布四个相互垂直且呈矩形状布置的压电薄膜应变片。

本发明较优的技术方案：所述压电材料片的材质为聚偏二氟乙烯。

本发明提供了一种输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过无线传感器网络系统获取至少两个应变数据采集装置采集的输电塔同一个杆材连接节点处不同位置的应变响应数据；

根据实时应变响应数据判断螺栓松动失效情况,得到节点螺栓松动失效诊断结果；

将判断出的节点螺栓松动失效诊断结果发送至诊断结果显示终端。

本发明较优的技术方案：所述通过无线传感器网络系统获取至少两个应变数据采集装置采集的输电塔同一个杆材连接节点处不同位置的应变响应数据，包括：

利用至少两个应变数据采集装置采集输电塔同一个杆材连接节点处不同位置的应变响应数据；

将采集的实时应变响应数据通过无线传感器网络系统传送到数据存储系统；

通过无线传感器网络系统从数据存储系统获取应变响应数据。

本发明进一步的技术方案：所述根据实时应变响应数据判断螺栓松动失效情况,得到节点螺栓松动失效诊断结果，包括：

针对接收的实时应变响应数据，通过节点螺栓松动指标计算公式计算出待诊断杆材连接节点的螺栓松动指标，并通过待诊断杆材连接节点的螺栓松动指标判断螺栓松动失效情况，其螺栓松动指标的计算及螺栓松动失效判断过程如下：

(1)待诊断杆材连接节点处的任意两个压电薄膜应变片的位置分别记为A和B，在第i阶模态下，t时刻，位置A和位置B的两个压电薄膜应变片的实时应变响应数据分别为

和

(2)计算杆材连接节点未出现螺栓松动时，某个时间段内位置A压电薄膜应变片在第i阶模态下测量的实时应变响应数据的均方根

和位置B压电薄膜应变片在第i阶模态下测量的实时应变响应数据的均方根

则在该时间段第i阶模态下，压电薄膜应变片测量的位置B和A处的实时应变响应数据的均方根比r：

计算诊断时，相同时间段内位置A压电薄膜应变片在第i阶模态下测量的实时应变响应数据的均方根

和位置B压电薄膜应变片在第i阶模态下测量的实时应变响应数据的均方根

则在该时间段第i阶模态下，压电薄膜应变片测量的位置B和A处的应变响应的均方根比r^d：

(3)将步骤(2)中计算的r和r^d代入公式③中计算出待诊断杆材连接节点的螺栓松动指标ζ：

并根据计算出的螺栓松动指标ζ判断螺栓是否出现松动，当ζ等于0，则节点未出现螺栓松动；当|ζ|大于0且小于100％，则节点螺栓出现局部松动但未完全失效；当|ζ|等于100％，则节点螺栓完全松动失效。

本发明由压电薄膜应变片和无线传感器网络构成无线压电应变监测系统实时测量输电塔节点的应变响应数据,通过压电薄膜应变片及无线传感器网络，可实时监测、收集并传输节点螺栓附近的应变时程响应数据，应变响应数据经由网关节点储存至数据处理服务器；并通过输电塔结构节点螺栓松动指标计算理论和螺栓松动诊断的数据处理方法将得到的应变响应数据自动计算螺栓松动指标，向客服客户端实时发布安全预警。

本发明的有益效果：

1.本发明实现了输电塔结构杆材连接节点螺栓松动失效自动化诊断，避免了耗费大量人力物力的人工检测，并避免了人工作业时人身安全遭到威胁。

2.本发明采用的压电薄膜应变片及无线传感器网络系统，可实时监测输电塔结构节点螺栓附近的应变响应，对输电塔节点螺栓实时监测。

3.本发明通过输电塔结构节点螺栓松动指标计算理论和螺栓松动诊断的数据处理将应变响应数据自动计算螺栓松动指标，并通过客户端实时发布安全预警，用户能动态掌握节点螺栓的松动失效情况，为整个输电塔的安全运营提供保障。

4.本发明可在输电塔出现结构性破坏之前，为相关单位提供预警信息，从而达到防灾减灾的作用。

本发明实现了输电塔节点螺栓附近的实时应变响应监测，并针对螺栓松动失效智能诊断，避免了耗费大量人力物力的人工检测，有效地解决了节点螺栓检测、运营养护问题，并为其他工程结构的智能诊断装置开发起到参考和促进作用。

附图说明

图1是本发明中诊断装置示意图；

图2是本发明实施例一中压电薄膜应变片的布置示意图；

图3是本发明实施例一中压电薄膜应变片安装状态侧面示意图；

图4是本发明实施例二中压电薄膜应变片的布置示意图；

图5是本发明实施例三中压电薄膜应变片的布置示意图。

图中：1—输电塔，2—压电薄膜应变片，2-1—压电材料片，2-2—连接导线，3—防护罩，4—节点螺栓，4-1—螺帽，4-2—螺栓立柱，4-3—螺丝，5—无线传感器单元；6—连接钢板7—传感器节点，8—路由节点，9—网关，10—数据储存系统，11—螺栓松动诊断模块，12—诊断结果显示终端，13—杆材。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，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更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

实施例提供的一种输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断装置，用于对输电塔结构的杆材连接节点螺栓松动进行诊断，如图1所示，所述的输电塔1包含多个杆材连接节点，每个杆材连接节点的杆材之间通过连接钢板6及分布在连接钢板上的节点螺栓4或直接通过节点螺栓4进行连接，节点螺栓4包括螺帽4-1、螺栓立柱4-2、螺丝4-3。所述输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断装置包括应变数据采集装置、无线传感器网络系统、数据储存系统10、螺栓松动诊断模块11和诊断结果显示终端12；所述无线传感器网络系统与所述应变数据采集装置通讯连接，由于输电塔杆材节点较多，采集的数据太多，螺栓松动诊断模块11的诊断速度与应变采集速度不匹配，诊断模块处理速度不够，容易数据堵塞，无线传感器网络系统传输的实时应变响应数据通过数据储存系统10进行储存，然后再将实时应变响应数据输送到螺栓松动诊断模块11,所述螺栓松动诊断模块11与数据存储系统10通讯连接，接收数据存储系统10传输的实时应变响应数据，并进行处理和分析，判断螺栓松动失效情况,所述诊断结果显示终端12与螺栓松动诊断模块11通讯连接，用于接收并显示节点螺栓松动失效诊断结果。

实施例中的输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断装置，如图1所示，所述应变数据采集装置是由压电材料片2-1和连接导线2-2组成的压电薄膜应变片2，每个杆材连接节点处至少安装两个压电薄膜应变片2，且至少两个压电薄膜应变片2安装在不同位置，压电材料片2-1为高灵敏度的聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene fluoride)；每个压电薄膜应变片2的压电材料片2-1直接通过强力胶水粘接在连接钢板6或杆材13的表面，在其外部设有塑料防护罩3，防止周围环境侵蚀，连接导线2-2从塑料防护罩3引出。所述无线传感器网络系统是由传感器节点7、路由节点8和网关9组成，压电薄膜应变片2与无线传感器单元5通过导线连接组成传感器节点7，传感器节点7接收压电薄膜应变片2测量的实时应变响应数据，并传输至路由节点8，再汇集于网关9，从而实现数据的传输与收集。所述的数据储存系统10由计算机服务器组成，其与网关连接，用于储存实时应变响应数据，供螺栓松动诊断模块11提取数据分析。所述的螺栓松动诊断模块11是通过螺栓松动诊断公式判断节点螺栓4的松动情况，具体是通过计算待诊断杆材节点处螺栓松动指标并与未松动状态进行对比来判断螺栓的松动情况。所述的诊断结果显示终端12为固定或移动客户端，用来接收并显示节点螺栓松动失效诊断结果，并可以显示安全预警信息，以便对紧急情况进行快速处理。

由于输电塔结构杆材连接节点较多，其杆材连接节点的情况并不相同，下面结合三种最常见的节点情况，针对压电薄膜应变片2具体布置进一步说明。

实施例一：针对输电塔杆材连接节点为竖向或横向辅材与斜向杆材连接成K型节点时，如图2和图3所示，此时杆材13之间通过连接钢板6及分布在连接钢板6上的多个节点螺栓4连接，在该连接节点处安装两个压电薄膜应变片2，两个压电薄膜应变片2相互垂直分布，其压电材料片2-1均通过强力胶水粘接粘接在连接钢板6上，每个压电薄膜应变片2外部设有塑料防护罩3，塑料防护罩3通过粘接或者通过扣紧螺栓将其固定，压电薄膜应变片2的连接导线2-2从防护罩3内引出。

实施二：针对输电塔杆材连接节点为斜向杆材与斜向杆材连接成交叉型节点时，如图4所示，杆材13之间直接通过节点螺栓4连接，在该连接节点处安装两个压电薄膜应变片2，两个压电薄膜应变片2分别安装在两根交叉杆材4临近节点螺栓的部位表面，每个压电薄膜应变片2的压电材料片2-1均通过强力胶水粘接粘接在连接钢板6上，每个压电薄膜应变片2外部设有塑料防护罩3，塑料防护罩3通过粘接或者通过扣紧螺栓将其固定，压电薄膜应变片2的连接导线2-2从防护罩3内引出。

实施例三：针对输电塔杆材连接节点为竖向主材、横向辅材及斜向杆材连接的复杂节点时，如图5所示，杆材之间通过连接钢板6及分布在连接钢板6上的节点螺栓群连接，在该连接节点处安装四个压电薄膜应变片2，四个压电薄膜应变片2相互垂直且呈矩形状布置在连接钢板6的螺栓群中部，每个压电薄膜应变片2外部设有塑料防护罩3，塑料防护罩3通过粘接或者通过扣紧螺栓将其固定，压电薄膜应变片2的连接导线2-2从防护罩3内引出。

下面针对实施例一中的压电薄膜应变片布置方式，对螺栓松动诊断模块其螺栓松动诊断过程详细说明：螺栓松动诊断模块首先对接收的原始动态实时应变响应数据使用数据清理技术进行预处理(如：消除漂移和错误点)，选择结构的某主要的模态，并使用带通滤波器提取与所选模态相关的实时应变响应数据计算滤波后的实时应变响应数据的均方根值，然后计算两压电薄膜应变片2位置的实时应变响应数据均方根比值，并与未螺栓未出现松动前的两压电薄膜应变片2位置的实时应变响应数据均方根比值按照螺栓松动指标计算公式计算出的每个被检测的连接节点的螺栓松动指标ζ，通过计算的螺栓松动指标ζ判断螺栓松动信息(即螺栓是否松动和松动程度)，从而诊断螺栓是否出现失效。

其具体的计算和判断过程如下：

(1)在微幅荷载激励下，输电塔结构发生线性振动，在时刻t输电塔受到的等效静力荷载f_i(t)在第i阶振动模态(该模态为结构的主要模态)下可表示为：

输电塔结构上任一位置上应变响应δ_i(t)在第i阶振动模态下则为：

公式④和公式⑤中，γ_i和Ω_i＝[ω_1i,ω_2i,…,ω_ji,…,ω_n-1i,ω_ni]^T是第i阶模态的频率和振型；M＝diag(m₁,m₂,…,m_j,…,m_n-1,m_n)是质量矩阵，m_j(j＝1,…,n)是等效集中质量；p_i(t)是第i阶模态下的模态坐标；μ_j(j＝1,…,n)是等效静力荷载的影响因子，其只与结构属性有关，而与外部激励无关；

(2)实施例一中的两个压电薄膜应变片2布设在多个杆材13间的连接钢板15表面处，两个相互垂直方向分布的压电薄膜应变片其位置分别记为A和B；在第i阶模态(该模态为结构的主要模态)下，t时刻，两个压电薄膜应变片的位置B和A处的实时应变响应数据比可表示为：

由式⑥可知，应变响应比只与结构特性有关，而与外部激励无关；通过上述公式可以看出，测量的应变响应比与结构特征(螺栓松动)近似为一一对应关系；故可通过测量所得的应变数据的应变响应比来反应结构特征，如判断节点螺栓是否出现松动；而实际工程中，考虑到数据测量和信号处理中的误差会影响瞬时应变响应，计算第i阶模态下压电薄膜应变片测量的位置A和B处的实时应变响应数据均方根比

按照公式⑦计算，其中Δt为测量时间间隔，包括k个数据点：

由式⑦可知，应变响应数据均方根比亦只与结构特性有关，而与外部激励无关，故可通过测量所得的应变数据的应变响应均方根比来反应结构特征，如判断节点螺栓是否出现松动；

(3)根据公式⑦计算出当节点未出现螺栓松动时，在某时间段内第i阶模态下，压电薄膜应变片测量的位置B和A处的应变响应的均方根比r为：

根据公式④计算出诊断时，在相同时间段内第i阶模态下，压电薄膜应变片测量的位置B和A处的应变响应的均方根比r^d为：

(4)将步骤(3)中计算的r和r^d代入公式③中计算出待诊断杆材连接节点的螺栓松动指标ζ：

并根据计算出的螺栓松动指标ζ判断螺栓是否出现松动，当ζ等于0，则节点未出现螺栓松动；当|ζ|大于0且小于100％则节点螺栓出现局部松动但未完全失效；当|ζ|等于100％，则节点螺栓完全松动失效。

其失效指标的判断，在实际应用中，可以根据需求来确定，比如，对于重要程度较高的结构，可以规定为|ζ|达到20％，就表示结构可能不安全了；对于重要程度一般的结构，可以规定为|ζ|达到80％则表示结构可能不安全了。

本申请的发明人针对本发明中的输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断装置对一个交叉型节点试件(如图4所示)进行应变实时监测和螺栓松动诊断初步试验，实验中的压电薄膜应变片2安装如图4所示，并将压电薄膜应变片2的按照图1与各个检测设备进行信号连接。

试验分为三个阶段：(1)螺栓完全拧紧；(2)螺栓局部松动，但未完全松动失效；(3)螺栓完全松动失效。

(1)第一阶段：轻击试件，给予试件一个激励，通过诊断模块计算得到的螺栓松动指标ζ：0％；该阶段中，螺栓完全拧紧，且设该状态为初始未松动状态，故螺栓松动指标|ζ|＝0.0％，是合理且正确的。

(2)第二阶段：将试件螺栓拧松，但未完全松动失效，然后轻击试件，给予试件一个激励，通过本发明中的诊断模块计算得到的螺栓松动指标|ζ|＝21.3％；螺栓松动指标有效反应出螺栓出现松动的情况。

(3)第三阶段：将试件螺栓拧松去掉，使其完全松动失效，然后轻击试件，给予试件一个激励，通过诊断模块计算得到的螺栓松动指标|ζ|＝98.7％；螺栓松动指标有效反应出螺栓完全松动失效的情况。

通过上述实验可以看出，本发明中的诊断装置基本可以准确的诊断出螺栓松动失效情况，该装置具有可行性。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述，只是本发明的其中几个实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断装置，其特征在于：包括应变数据采集装置、无线传感器网络系统、螺栓松动诊断模块和诊断结果发送模块；

至少两个应变数据采集装置预先安装在输电塔同一个杆材连接节点的节点螺栓处，用于采集输电塔同一个杆材连接节点附近至少两个不同位置的应变响应数据；

所述螺栓松动诊断模块,与无线传感器网络系统通讯连接，用于通过无线传感器网络系统获取所述应变响应数据，根据实时应变响应数据判断螺栓松动失效情况,得到节点螺栓松动失效诊断结果；

所述诊断结果发送模块,与螺栓松动诊断模块通讯连接，用于发送节点螺栓松动失效诊断结果至诊断结果显示终端。

2.根据权利要求1所述的一种输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断装置，其特征在于所述装置还包括：

数据储存系统，所述数据存储系统通过无线传感器网络系统分别与数据采集装置、螺栓松动诊断模块连接，用于接收并储存应变数据采集装置采集的应变响应数据；

所述螺栓松动诊断模块具体用于通过无线传感器网络系统从所述数据储存系统获取所述应变响应数据。

3.根据权利要求1或2所述的一种输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断装置，其特征在于：所述应变数据采集装置为由压电材料片和连接导线组成的压电薄膜应变片；所述杆材连接节点的杆材之间通过连接钢板及分布在连接钢板上的节点螺栓或直接通过节点螺栓进行连接，每个压电薄膜应变片的压电材料片粘接在连接钢板或杆材表面，并在其外部设有防护罩，连接导线从防护罩引出，并与无线传感器网络系统的信号输入端连接。

4.根据权利要求2所述的一种输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断装置，其特征在于：所述无线传感器网络系统包括传感器节点、路由节点和网关，传感器节点接收压电薄膜应变片测量的实时应变响应数据，并传输至路由节点，再汇集于网关，网关与数据储存系统通讯连接，并将实时应变响应数据传输至数据储存系统。

5.根据权利要求1或2所述的一种输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断装置，其特征在于：所述螺栓松动诊断模块针对接收的实时应变响应数据，通过节点螺栓松动指标计算公式计算出待诊断杆材连接节点的螺栓松动指标，并通过待诊断杆材连接节点的螺栓松动指标判断螺栓松动失效情况，其螺栓松动指标的计算及螺栓松动失效判断过程如下：

(1)待诊断杆材连接节点处的任意两个压电薄膜应变片的位置分别记为A和B，在第i阶模态下，t时刻，位置A和位置B的两个压电薄膜应变片的实时应变响应数据分别为δ_i ^A(t)和δ_i ^B(t)；

(2)计算杆材连接节点未出现螺栓松动时，某个时间段内位置A压电薄膜应变片在第i阶模态下测量的实时应变响应数据的均方根δ_i ^A和位置B压电薄膜应变片在第i阶模态下测量的实时应变响应数据的均方根δ_i ^B，则在该时间段第i阶模态下，压电薄膜应变片测量的位置B和A处的实时应变响应数据的均方根比r：

计算诊断时，相同时间段内位置A压电薄膜应变片在第i阶模态下测量的实时应变响应数据的均方根

和位置B压电薄膜应变片在第i阶模态下测量的实时应变响应数据的均方根

则该时间段内第i阶模态下，压电薄膜应变片测量的位置B和A处的应变响应的均方根比r^d：

(3)将步骤(2)中计算的r和r^d代入公式③中计算出待诊断杆材连接节点的螺栓松动指标ζ：

并根据计算出的螺栓松动指标ζ判断螺栓是否出现松动，当ζ等于0，则节点未出现螺栓松动；当|ζ|大于0且小于100％，则节点螺栓出现部分松动但未完全失效；当|ζ|等于100％，则节点螺栓完全松动失效。

6.根据权利要求3所述的一种输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断装置，其特征在于：所述输电塔杆材连接节点为竖向或横向杆材与斜向杆材连接成K型节点时，杆材连接节点之间通过连接钢板及分布在连接钢板上的多个节点螺栓连接，在连接钢板上分布两个相互垂直的压电薄膜应变片。

7.根据权利要求3所述的一种输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断装置，其特征在于：所述的输电塔杆材连接节点为斜向杆材与斜向杆材连接成交叉型节点时，杆材连接节点之间直接通过节点螺栓连接，在两根交叉杆材临近节点螺栓的部位表面分别设有压电薄膜应变片。

8.根据权利要求3所述的一种输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断装置，其特征在于：所述的输电塔杆材连接节点为竖向杆材、横向杆材及斜向杆材连接的节点时，杆材连接节点之间通过连接钢板及分布在连接钢板上的节点螺栓群连接，在连接钢板的螺栓群中部分布四个相互垂直且呈矩形状布置的压电薄膜应变片。

9.根据权利要求3所述的一种输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断装置，其特征在于：所述压电材料片的材质为聚偏二氟乙烯。

10.一种输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过无线传感器网络系统获取至少两个应变数据采集装置采集的输电塔同一个杆材连接节点处不同位置的应变响应数据；

根据实时应变响应数据判断螺栓松动失效情况,得到节点螺栓松动失效诊断结果；

将判断出的节点螺栓松动失效诊断结果发送至诊断结果显示终端。

11.根据权利要求10所述的一种输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断方法，其特征在于：所述通过无线传感器网络系统获取至少两个应变数据采集装置采集的输电塔同一个杆材连接节点处不同位置的应变响应数据，包括：

利用至少两个应变数据采集装置采集输电塔同一个杆材连接节点处不同位置的应变响应数据；

将采集的实时应变响应数据通过无线传感器网络系统传送到数据存储系统；

通过无线传感器网络系统从数据存储系统获取应变响应数据。

12.根据权利要求10所述的一种输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断方法，其特征在于：所述根据实时应变响应数据判断螺栓松动失效情况,得到节点螺栓松动失效诊断结果，包括:

针对接收的实时应变响应数据，通过节点螺栓松动指标计算公式计算出待诊断杆材连接节点的螺栓松动指标，并通过待诊断杆材连接节点的螺栓松动指标判断螺栓松动失效情况，其螺栓松动指标的计算及螺栓松动失效判断过程如下：

(1)待诊断杆材连接节点处的任意两个压电薄膜应变片的位置分别记为A和B，在第i阶模态下，t时刻，位置A和位置B的两个压电薄膜应变片的实时应变响应数据分别为δ_i ^A(t)和δ_i ^B(t)；

(2)计算杆材连接节点未出现螺栓松动时，某个时间段内位置A压电薄膜应变片在第i阶模态下测量的实时应变响应数据的均方根δ_i ^A和位置B压电薄膜应变片在第i阶模态下测量的实时应变响应数据的均方根δ_i ^B，则在该时间段第i阶模态下，压电薄膜应变片测量的位置B和A处的实时应变响应数据的均方根比r：

计算诊断时，相同时间段内位置A压电薄膜应变片在第i阶模态下测量的实时应变响应数据的均方根

和位置B压电薄膜应变片在第i阶模态下测量的实时应变响应数据的均方根

则在该时间段第i阶模态下，压电薄膜应变片测量的位置B和A处的应变响应的均方根比r^d：

(3)将步骤(2)中计算的r和r^d代入公式③中计算出待诊断杆材连接节点的螺栓松动指标ζ：

并根据计算出的螺栓松动指标ζ判断螺栓是否出现松动，当ζ等于0，则节点未出现螺栓松动；当|ζ|大于0且小于100％，则节点螺栓出现局部松动但未完全失效；当|ζ|等于100％，则节点螺栓完全松动失效。

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