CN117664423A - 一种螺栓预紧力测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种螺栓预紧力测量方法及装置，所述方法包括：基于与压电传感螺栓相连的超声波收发器，获取发射脉冲与返回脉冲，其中，所述返回脉冲为所述发射脉冲的回波信号，所述压电传感螺栓包含压电陶瓷传感器和螺栓；根据所述发射脉冲与所述返回脉冲，确定第一回波时间；获取所述螺栓的轴向应力数据以及形变量数据；根据所述螺栓的轴向应力数据、所述形变量数据、所述第一回波时间以及预设的张力形变模型中，确定所述螺栓的预紧力。由此，解决了超声波装置采集的脉冲数据的数据利用率低，导致螺栓预紧力结果与螺栓的状态参数匹配度低的技术问题，达到了基于超声波装置的脉冲信号，提高螺栓预紧力检测的准确度和稳定性的技术效果。

Description

一种螺栓预紧力测量方法及装置

技术领域

本申请涉及人工智能技术领域，具体涉及一种螺栓预紧力测量方法及装置。

背景技术

螺栓预紧力测量对风力涡轮发电机组进行连续检查非常重要，因为合理的预紧力可以最大限度延长涡轮发电机组的预期寿命，同时最大限度降低故障风险。但是，正 确的螺栓预紧力的重要性经常被低估，螺栓将风机和风塔中的关键部件固定在一起， 不正确的安装会增加风机部分或全部故障的风险。

螺栓的作用在于紧固，可知预紧力是重要的测量参数，但预紧力无法直接测得，只能通过间接的方式测得。传统方式有应变片法、垫圈传感器法，应变片法精度有限， 垫圈传感器法所得数据与螺栓的状态参数匹配度不高，超声波装置采集的脉冲数据的 数据利用率低，脉冲数据与螺栓的状态参数没有进行充分解析，导致螺栓预紧力结果 可靠度有限。

因而，如何准确、可靠的测量螺栓预紧力是当前亟需解决的问题。

发明内容

本申请提供了一种螺栓预紧力测量方法、装置、设备以及存储介质。

根据本申请的一方面，提供了一种螺栓预紧力测量方法，包括：

基于与压电传感螺栓相连的超声波收发器，获取发射脉冲与返回脉冲，其中，所述返回脉冲为所述发射脉冲的回波信号，所述压电传感螺栓包含压电陶瓷传感器和螺 栓；

根据所述发射脉冲与所述返回脉冲，确定第一回波时间；

获取所述螺栓的轴向应力数据以及形变量数据；

根据所述螺栓的轴向应力数据、所述形变量数据、所述第一回波时间以及预设的张力形变模型中，确定所述螺栓的预紧力。

根据本申请的第二方面，提供了一种螺栓预紧力测量装置，包括：

第一获取模块，用于基于与压电传感螺栓相连的超声波收发器，获取发射脉冲与返回脉冲，其中，所述返回脉冲为所述发射脉冲的回波信号，所述压电传感螺栓包含 压电陶瓷传感器和螺栓；

第一确定模块，用于根据所述发射脉冲与所述返回脉冲，确定第一回波时间；

第二获取模块，用于获取所述螺栓的轴向应力数据以及形变量数据；

第二确定模块，用于根据所述螺栓的轴向应力数据、所述形变量数据、所述第一回波时间以及预设的张力形变模型中，确定所述螺栓的预紧力。

本申请第三方面实施例提出了一种计算机设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现如本 申请第一方面实施例提出的方法。

本申请第四方面实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如本申请第一方面实施例提出的方法。

本申请第五方面实施例提出了一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品中的指令处理器执行时，执行本申请第一方面实施例提出的方法。

本申请实施例中，首先基于与压电传感螺栓相连的超声波收发器，获取发射脉冲与返回脉冲，之后根据所述发射脉冲与所述返回脉冲，确定第一回波时间，然后获取 第二回波时间以及初始返回脉冲，其中，所述第二回波时间为初始回波时间，之后根 据所述初始返回脉冲、所述发射脉冲以及所述返回脉冲，确定标识结果图像，然后根 据所述第一回波时间与所述第二回波时间，确定时间差，之后根据所述标识结果图像、 所述时间差以及预设的张力形变模型，确定所述螺栓的预紧力。由此，解决了超声波 装置采集的脉冲数据的数据利用率低，导致螺栓预紧力结果与螺栓的状态参数匹配度 低的技术问题，达到了基于超声波装置的脉冲信号，构建波形图形，智能分析螺栓的 历史参数信息，提高螺栓预紧力检测的准确度和稳定性的技术效果。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本申请的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本申请的范围。本申请的其它特征将通过以下的说明书而变得容易 理解。

附图说明

附图用于更好地理解本方案，不构成对本申请的限定。其中：

图1为本申请实施例提供的一种螺栓预紧力测量方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种螺栓预紧力测量方法的流程示意图；

图3为本申请实施例提供的一种螺栓预紧力测量装置的结构框图；

图4是用来实现本申请实施例的螺栓预紧力测量方法的电子设备的框图。

具体实施方式

以下结合附图对本申请的示范性实施例做出说明，其中包括本申请实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当 认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本申请的范围和 精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

本申请提供的一种螺栓预紧力测量方法，该方法可以由本申请提供的一种螺栓预紧力测量装置执行，也可以由本申请提供的电子设备执行，在此不进行限定。

下面以由本申请提供的螺栓预紧力测量装置来执行本申请提供的一种螺栓预紧力测量方法，而不作为对本申请的限定。

下面结合参考附图对本申请提供的螺栓预紧力测量方法、装置、计算机设备及存储介质进行详细描述。

如图1所示，图1示出了本申请第一实施例提出的一种螺栓预紧力测量方法，其中，所述方法应用于螺栓预紧力测量系统，所述系统集成超声波收发器和压电陶瓷传 感器，压电陶瓷传感器的一端集成一超声波收发器，压电陶瓷传感器的另一端与螺栓 连接，所述方法包括：

S101：基于与压电传感螺栓相连的超声波收发器，获取发射脉冲与返回脉冲，其中，所述返回脉冲为所述发射脉冲的回波信号，所述压电传感螺栓包含压电陶瓷传感 器和螺栓。

需要说明的是，超声波收发器可以用于实现超声波的发送与接收，其中，超声波收发器发送的脉冲信号为发射脉冲。

其中，发射脉冲的脉冲频率可以结合螺栓的长度信息进行具体确定。

其中，返回脉冲为发射脉冲的回波信号。一般的，螺栓的长度越短，脉冲频率越高。

为保证返回脉冲与发射脉冲的对应，在未接收到返回脉冲时，不进行下一周期的脉冲信号的发送，且返回脉冲的脉冲频率与发射脉冲的信号频率一致。由于压电陶瓷 传感器与螺栓共同构成压电传感螺栓，发射脉冲经过压电传感螺栓传播，传播的传播 介质为压电传感螺栓，发射脉冲与返回脉冲均为超声波脉冲信号，也就是声波，以压 电传感螺栓为传播媒介进行传播。

一般的，螺栓的形变量受到屈服强度与轴向应力限制，伸长量受到限制，为便于进行数据运算，故超声波收发器的发射脉冲在进行计算过程取一固定值。

示例性的，超声波在钢铁中的传播速度为5300m/s，实际的发射脉冲的传播速度需要结合压电传感螺栓的材料方面的信息进行确定，此处不进行限定。

S102：根据所述发射脉冲与所述返回脉冲，确定第一回波时间。

需要说明的是，在超声波收发器发送发射脉冲时，该发射脉冲在压电传感螺栓进行传递，在传递到所述压电传感螺栓的另一端后，反射回超声波收发器，超声波收发 器接收到返回脉冲，将传递与反射的总的时间确定为第一回波时间，通过确定第一回 波时间，可以为之后进行数据处理提供数据支持。

可选的，该装置可以基于所述返回脉冲的振幅变化数据以及所述发射脉冲的带宽，对所述返回脉冲进行去噪，以获得去噪脉冲，之后根据所述发射脉冲与所述去噪 脉冲之间的相位变化，确定相位差，然后根据超声波的频率以及所述相位差，确定第 一回波时间。

需要说明的是，返回脉冲中通常会出现相位噪声以及其他的干扰的噪声，可能是因为环境导致的，也可能是因为外界的环境导致的，也可能是因为其他的干扰信号产 生的。本申请中，可以基于返回脉冲的波形变化，也即振幅变化数据，以及发射脉冲 的带宽，对返回脉冲进行去噪处理，从而获得去噪脉冲。

进一步地，通过将发射脉冲与去噪脉冲进行波形对比，从而可以根据波形的相位变化得到相位差，其中，相位差可以表征发射脉冲波形与去噪脉冲波形的时序信息。

进一步地，该装置可以根据超声波的频率以及所述相位差，确定第一回波时间。

举例来说，若去噪脉冲滞后返回脉冲的两个周期，也即相位差为两个频率周期，若超声波的频率为3000Hz,对应确定的第一回波时间为2/3000s＝1/1500s。

上述实例说明是为进行方案理解，不做限制性说明。其中，第一回波时间可以为进行数据分析提供数据基础。

S103：获取螺栓的轴向应力数据以及形变量数据。

具体而言，可以通过以下公式，获取螺栓的形变量ΔL。

其中，T1为第一回波时间，T0为自由状态的回波时间，v为机械纵波在螺栓内 的传播速度，其中自由状态表示螺栓不受载状态确定的回波时间。

一般的，螺栓初始带载结束后，会因带载导致所述螺栓产生弹性形变，在螺栓达到稳定阶段进行数据采集，可以提高数据的可靠度。

具体的，通过压电陶瓷传感器可以获取螺栓的螺栓轴向应力，压电陶瓷传感器可以对螺栓的轴向应力进行实时采集，由此，可以得到准确的螺栓轴向应力与形变量。

S104：根据螺栓的轴向应力数据、形变量数据、第一回波时间以及预设的张力形变模型中，确定螺栓的预紧力。

其中，预设的张力模型可以为根据螺栓的历史数据构建的神经网络模型。

具体而言，可以首先从数据库中获取螺栓的历史轴向应力数据、历史形变量数据与历史时间差数据，且历史轴向应力数据、历史形变量数据与历史时间差数据的数据 采集时间是对应的。也即是说，可以将相同采集时间得到的历史轴向应力数据、历史 形变量数据与历史时间差数据分为一组。

具体的，可以以螺栓的历史轴向应力数据、历史形变量数据为训练数据集，输入一深度机器学习模型中，其中，深度机器学习模型的模型基础为神经网络模型。

具体的，可以通过历史轴向应力数据、历史形变量数据对深度机器学习模型进行训练，在模型输出结果趋于历史时间差数据确定的监督参数时，则可以将该深度机器 学习模型确定为张力形变模型。

更为具体的，可以首先搭建一拟合数据筛选网络层，该拟合数据筛选网络层通过Logistics回归(逻辑回归)拟合回归方程实现数据筛选，通过将历史轴向应力数据、 历史形变量数据与历史时间差数据输入深度机器学习模型，拟合数据筛选网络层可以 输出轴向应力最佳拟合数据、形变量最佳拟合数据与时间差最佳拟合数据。

具体的，逻辑回归是在线性回归的基础上加了一个Sigmoid函数(非线形)映 射。具体的，将历史轴向应力数据、历史形变量数据与历史时间差数据输入拟合数据 筛选网络层，Logistics回归(逻辑回归)拟合回归方程可以确定回归函数，将靠近 回归函数的数据点进行整理，确定轴向应力最佳拟合数据、形变量最佳拟合数据与时 间差最佳拟合数据。

通过构建拟合数据筛选网络层，可以实现螺栓预紧力测量系统的数据存储模块数据的筛选，降低因环境变化导致的参数变化对结果干扰，提高张力形变模型的稳定性。

具体的，该装置可以将螺栓的轴向应力数据、形变量数据以及第一回波时间输入预先构建的权重调配模型，以获取螺栓轴向应力权重调配结果、形变量权重调配结果 与回波时间权重调配结果，之后将螺栓轴向应力权重调配结果、形变量权重调配结果 与回波时间权重调配结果输入预设的张力形变模型，以获取螺栓的预紧力。

本申请实施例中，首先基于与压电传感螺栓相连的超声波收发器获取发射脉冲与返回脉冲，之后根据发射脉冲与返回脉冲确定第一回波时间，之后获取螺栓的轴向应 力数据以及形变量数据，之后根据螺栓的轴向应力数据、形变量数据、第一回波时间 以及预设的张力形变模型中，确定螺栓的预紧力。由此，解决了超声波装置采集的脉 冲数据的数据利用率低，导致螺栓预紧力结果与螺栓的状态参数匹配度低的技术问 题，达到了基于超声波装置的脉冲信号，构建波形图形，智能分析螺栓的历史参数信 息，提高螺栓预紧力检测的准确度和稳定性的技术效果。

如图2所示，图2示出了本申请第二实施例提出的一种螺栓预紧力测量方法，该 方法包括：

S201：基于与压电传感螺栓相连的超声波收发器，获取发射脉冲与返回脉冲，其中，返回脉冲为发射脉冲的回波信号，压电传感螺栓包含压电陶瓷传感器和螺栓。

S202：根据发射脉冲与返回脉冲，确定第一回波时间。

S203：获取螺栓的轴向应力数据以及形变量数据。

需要说明的是，步骤S201、S202、S203的具体实现方式可以参照上述实施例， 在此不进行赘述。

S204：获取初始返回脉冲，以及第一回波时间与第二回波时间之间的时间差，其中，第二回波时间为初始回波时间。

具体而言，时间差可以为第一回波时间减去第二回波时间的时间差。

具体而言，螺栓即表示压电传感螺栓，初始回波时间为在螺栓的安装初期，基于超声波收发器确定的回波时间。

一般的，在螺栓安装初期，螺栓未产生弹性形变，故初始回波时间一般小于第一回波时间，初始返回脉冲为第一回波时间未产生变化状态，返回脉冲的标准脉冲数据， 简单来说就是遍历初始返回脉冲为第一回波时间未产生变化状态的多个返回脉冲信 号。具体的，将波形信号进行均匀取点，均匀取点的取点频率需要结合多个返回脉冲 信号的波形变化进行确定，对多个返回脉冲信号进行波形比对，将第一个取点位置中 多个返回脉冲信号进行数据统计，将出现次数最多的数据点确定为第一标准点，遍历 多个返回脉冲信号，最终进行数据点拟合，构建初始返回脉冲。

也即是说，初始返回脉冲不带指某一时刻的脉冲信号，是第一回波时间未产生变化状态的对应的多个返回脉冲信号进行遍历拟合所确定的。

S205：根据初始返回脉冲、发射脉冲以及返回脉冲，确定标识结果图像。

可选的，可以将初始返回脉冲、返回脉冲在同一坐标轴进行数据整理，并将该坐标轴确定为第一坐标轴，并将返回脉冲区别于初始返回脉冲的图像信息进行区别标 注，其中，区别标注可以结合颜色进行区分，发射脉冲在第二坐标轴，第二坐标轴的 横轴均为时间，初始返回脉冲、发射脉冲与返回脉冲的时间存在对应，并结合发射脉 冲的脉冲周期进行实际确定，基于第一坐标轴与初始返回脉冲、返回脉冲，第二坐标 轴与发射脉冲，获取标识结果图像，为结合图像信息进行螺栓预紧力分析提供数据支 持。

可选的，该装置可以首先获取异常波段标识图像以及螺栓的形变量。

可选的，在确定了初始返回脉冲之后，可以首先对初始返回脉冲去噪，进而获取初始去噪脉冲，其中，去噪方案可以为通过初始返回脉冲的振幅变化与发射脉冲的带 宽，对返回脉冲去噪，初始去噪脉冲与返回脉冲输入时序脉冲坐标中，获取比对时序 脉冲波形图，比对时序脉冲波形图的波形的时序信息存在对应，对比对时序脉冲波形 图进行局部放缩，比对初始去噪脉冲与返回脉冲，将返回脉冲中区别于初始去噪脉冲 的波形信息进行确定，从而异常波段比对结果。

进一步地，可以对异常波段比对结果进行颜色区别标注，对返回脉冲中区别于初始去噪脉冲的波形进行区别标注，从而获得异常波段标识图像。

进一步地，该装置可以判断螺栓的形变量是否在屈服强度内，并判断异常波段标识图像是否满足预设的波段阈值要求。若异常波段标识图像不满足波段阈值要求，进 行异常提醒。若异常波段标识图像满足波段阈值要求，基于异常波段标识图像，确定 标识结果图像，在形变量在屈服强度内的情况下，基于异常波段标识图像，确定标识 结果图像。

具体的，螺栓的形变量可以结合超声波在螺栓中的传播速度进行推导确定，判断形变量是否在螺栓的屈服强度内，若形变量不在屈服强度内，需要进行螺栓更换；若 形变量在屈服强度内，则异常波段标识图像的异常标识结果即为标识结果图像。

示例性的，所述屈服强度对应所述螺栓的轴向应力阈值，在所述螺栓达到轴向应力阈值，形变量达到最值，所述螺栓的预紧力将无法进行负载，判断所述第一形变量 是否在所述屈服强度内，为保证所述螺栓的带载能力提供技术支持。

具体而言，波段阈值要求为波段信号的标准要求，标准要求是从波形图像角度进行的限制，一般的，可以从波形的带宽、上升沿、下降沿、波峰与波谷进行限定，特 别的，螺栓的预紧力变化可以在异常波段标识图像进行对应，常见的，预紧力不足导 致的螺栓晃动，可能导致返回脉冲的输出脉宽变宽、上升沿滞后、波峰不稳定等其他 相关图像参数问题，进而引起所述异常波段标识图像出现大量颜色标识信号；若形变 量在所述屈服强度内，判断异常波段标识图像是否满足波段阈值要求；如果异常波段 标识图像不满足波段阈值要求，进行异常提醒；如果波段阈值要求满足波段阈值要求， 获取标识结果图像，保证所述螺栓的预紧力变化满足负载要求，对波段阈值要求进行 对应确定，波段阈值要求从波形的带宽、上升沿、下降沿、波峰与波谷或其他相关角 度对波形输出进行限定；若形变量不在所述屈服强度内，表示形变量达到最值，所述 螺栓的预紧力将无法进行负载，需要进行异常提醒，对螺栓进行更换操作。

一般的，不在屈服强度内需要螺栓进行更换操作，在所述屈服强度，需要结合异常波段标识图像对所述螺栓的状态进行确定，需要了解的，螺栓松动与存在细小裂痕 对应的异常波段标识图像存在区别，需要结合异常波段标识图像对所述螺栓的状态进 行确定，综合异常波段标识图像确定所述螺栓的状态，保证了螺栓状态信息的可靠性。

S206：获取标识结果图像对应的第一指标权重结果，以及时间差对应的第二指标权重结果。

具体而言，该装置可以基于标识结果图像以及声弹性理论确定第一指标权重结果。其中，声弹性理论可以结合超声波在所述螺栓中的传导特征，确定传导过程产生 的偏振信息。

该装置可以结合时间差以及声弹性理论获取第二指标权重结果。其中，声弹性理论可以通过主应力之差与超声剪切波之差，结合螺栓的材料特征与时间差获取第二指 标权重结果。

S207：基于层次分析法，根据第一指标权重结果以及第二指标权重结果进行模型构建，以获取权重调配模型。

S208：将螺栓的轴向应力数据、形变量数据以及第一回波时间输入预先构建的权重调配模型，以获取螺栓轴向应力权重调配结果、形变量权重调配结果与回波时间权 重调配结果。

具体的，可以预先基于层次分析法，根据第一指标权重结果与第二指标权重结果进行层次结构模型构建，从而获取权重调配模型。权重调配模型可以通过层次分析法， 对指标进行权重分配。

具体的，权重调配模型存在输入通道、输出通道与权重调配参数，将螺栓的轴向应力数据、形变量数据以及第一回波时间输入权重调配模型之后，权重调配模型可以 对预紧力数据变化、螺栓轴向应力、形变量与第一回波时间进行分析，进而对螺栓轴 向应力、形变量与第一回波时间进行权重调配，输出螺栓轴向应力权重调配结果、形 变量权重调配结果与回波时间权重调配结果。

S209：将螺栓轴向应力权重调配结果、形变量权重调配结果与回波时间权重调配结果输入预设的张力形变模型，以获取螺栓的预紧力。

其中，螺栓轴向应力权重调配结果可以为对螺栓轴向应力分析得到的权重。

其中，形变量权重调配结果可以为对螺栓形变量分析得到的权重。

其中，回波时间权重调配结果可以为对螺栓第一回波时间分析得到的权重。

具体的，该装置可以将螺栓轴向应力权重调配结果、形变量权重调配结果与回波时间权重调配结果输入预设的张力形变模型，从而可以获取螺栓的预紧力。

本公开实施例中，构建的权重调配模型是根据层次分析法和标识结果图像对应的第一指标权重结果，以及时间差对应的第二指标权重结果构建的，并且结合了声弹性 理论，可以使得权重调配模型非常智能、可靠和准确，为之后进行权重分配提供了有 力的数据支持。

图3示出了本公开提出的一种螺栓预紧力测量装置，该螺栓预紧力测量装置3000包括第一获取模块310、第一确定模块320、第二获取模块330以及第二确定模块340。

第一获取模块，用于基于与压电传感螺栓相连的超声波收发器，获取发射脉冲与返回脉冲，其中，所述返回脉冲为所述发射脉冲的回波信号，所述压电传感螺栓包含 压电陶瓷传感器和螺栓；

第一确定模块，用于根据所述发射脉冲与所述返回脉冲，确定第一回波时间；

第二获取模块，用于获取所述螺栓的轴向应力数据以及形变量数据；

第二确定模块，用于根据所述螺栓的轴向应力数据、所述形变量数据、所述第一回波时间以及预设的张力形变模型中，确定所述螺栓的预紧力。

可选的，所述第一确定模块，具体用于：

基于所述返回脉冲的振幅变化数据以及所述发射脉冲的带宽，对所述返回脉冲进行去噪，以获得去噪脉冲；

根据所述发射脉冲与所述去噪脉冲之间的相位变化，确定相位差；

根据超声波的频率以及所述相位差，确定第一回波时间。

可选的，所述第二确定模块，包括：

第一获取单元，用于将所述螺栓的轴向应力数据、所述形变量数据以及所述第一回波时间输入预先构建的权重调配模型，以获取螺栓轴向应力权重调配结果、形变量 权重调配结果与回波时间权重调配结果；

第二获取单元，用于将所述螺栓轴向应力权重调配结果、所述形变量权重调配结果与所述回波时间权重调配结果输入预设的张力形变模型，以获取所述螺栓的预紧 力。

可选的，所述第一获取单元，还包括：

第一获取子单元，用于获取初始返回脉冲，以及所述第一回波时间与第二回波时间之间的时间差，其中，所述第二回波时间为初始回波时间；

确定子单元，用于根据所述初始返回脉冲、所述发射脉冲以及所述返回脉冲，确定标识结果图像；

第二获取子单元，用于获取所述标识结果图像对应的第一指标权重结果，以及所述时间差对应的第二指标权重结果；

第三获取子单元，用于基于层次分析法，根据所述第一指标权重结果以及所述第二指标权重结果进行模型构建，以获取权重调配模型。

可选的，所述确定子单元，还用于：

获取异常波段标识图像以及所述螺栓的形变量；

基于所述螺栓的轴向应力数据，判断所述螺栓的形变量是否在屈服强度内；

在所述形变量在所述屈服强度内的情况下，基于所述异常波段标识图像，确定标识结果图像。

可选的，所述确定子单元，还用于：

判断所述异常波段标识图像是否满足预设的波段阈值要求；

若所述异常波段标识图像不满足所述波段阈值要求，进行异常提醒；

若所述异常波段标识图像满足所述波段阈值要求，基于所述异常波段标识图像，确定 标识结果图像。

本申请实施例中，首先基于与压电传感螺栓相连的超声波收发器获取发射脉冲与返回脉冲，之后根据发射脉冲与返回脉冲确定第一回波时间，之后获取螺栓的轴向应 力数据以及形变量数据，之后根据螺栓的轴向应力数据、形变量数据、第一回波时间 以及预设的张力形变模型中，确定螺栓的预紧力。由此，解决了超声波装置采集的脉 冲数据的数据利用率低，导致螺栓预紧力结果与螺栓的状态参数匹配度低的技术问 题，达到了基于超声波装置的脉冲信号，构建波形图形，智能分析螺栓的历史参数信 息，提高螺栓预紧力检测的准确度和稳定性的技术效果。

下面参考图4来描述本申请的电子设备，

基于与前述实施例中一种基于超声波的螺栓预紧力测量方法相同的发明构思，本申请还提供了一种基于超声波的螺栓预紧力测量系统，包括：处理器，所述处理器与 存储器耦合，所述存储器用于存储程序，当所述程序被所述处理器执行时，使得装置 以执行实施例一任一项所述方法的步骤。

该电子设备300包括：处理器302、通信接口303、存储器301。可选的，电子设 备300还可以包括总线架构304。其中，通信接口303、处理器302以及存储器301 可以通过总线架构304相互连接；总线架构304可以是外设部件互连标(peripheral componentinterconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(extended industry Standardarchitecture，简称EISA)总线等。所述总线架构304可以分为地址总线、 数据总线、控制总线等。为便于表示，图4中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一 根总线或一种类型的总线。

处理器302可以是一个CPU，微处理器，ASIC，或一个或多个用于控制本申请方 案程序执行的集成电路。

通信接口303，使用任何收发器一类的装置，用于与其他设备或通信网络通信， 如以太网，无线接入网(radio access network，RAN),无线局域网(wireless local areanetworks，WLAN)，有线接入网等。

存储器301可以是ROM或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，RA M或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是电可擦可编程只读存 储器(electrically erasable Programmable read-only memory，EEPROM)、只读光 盘(compact discread-only memory，CD-ROM)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩 光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储 设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由 计算机存取的任何其他介质，但不限于此。存储器可以是独立存在，通过总线架构3 04与处理器相连接。存储器也可以和处理器集成在一起。

其中，存储器301用于存储执行本申请方案的计算机执行指令，并由处理器302 来控制执行。处理器302用于执行存储器301中存储的计算机执行指令，从而实现本 申请上述实施例提供的一种基于超声波的螺栓预紧力测量方法。

可选的，本申请中的计算机执行指令也可以称之为应用程序代码，本申请对此不作具体限定。

本申请提供了一种基于超声波的螺栓预紧力测量方法，其中，所述方法应用于螺栓预紧力测量系统，所述系统集成超声波收发器和压电陶瓷传感器，压电陶瓷传感器 的第一端集成一超声波收发器，压电陶瓷传感器的第二端与螺栓连接，所述方法包括： 通过所述超声波收发器，获取第一发射脉冲与第一返回脉冲，所述第一返回脉冲为所 述第一发射脉冲的回波信号；通过所述第一发射脉冲与所述第一返回脉冲，确定第一 回波时间；获取初始回波时间与初始返回脉冲；通过所述初始返回脉冲、所述第一发 射脉冲与所述第一返回脉冲，获取第一标识结果图像；通过所述第一回波时间与所述 初始回波时间，确定时间差；获取所述螺栓的历史数据，构建张力形变模型；通过所 述第一标识结果图像、所述时间差与所述张力形变模型，基于声弹性理论，获取所述 螺栓的第一预紧力。

本领域普通技术人员可以理解：本申请中涉及的第一、第二等各种数字编号仅为描述方便进行的区分，并不用来限制本申请的范围，也不表示先后顺序。“和/或”， 描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单 独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对 象是一种“或”的关系。“至少一个”是指一个或者多个。至少两个是指两个或者多 个。“至少一个”、“任意一个”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括 单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如a，b，或c中的至少一项(个、种)，可以表 示：a，b，c，a-b，a-c，b-c，或a-b-c，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算 机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令 时，全部或部分地产生按照本申请所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、 专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机 可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传 输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有 线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式 向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质 可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包括一个或多个可用介质集成的服务 器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如软盘、硬盘、 磁带)、光介质(例如DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘(Solid State Disk，SSD)) 等。

本申请中所描述的各种说明性的逻辑单元和电路可以通过通用处理器，数字信号处理器，专用集成电路(ASIC)，现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置，离 散门或晶体管逻辑，离散硬件部件，或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功 能。通用处理器可以为微处理器，可选地，该通用处理器也可以为任何传统的处理器、 控制器、微控制器或状态机。处理器也可以通过计算装置的组合来实现，例如数字信 号处理器和微处理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器 核，或任何其它类似的配置来实现。

本申请中所描述的方法或算法的步骤可以直接嵌入硬件、处理器执行的软件单元、或者这两者的结合。软件单元可以存储于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM 存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域中其它任意 形式的存储媒介中。示例性地，存储媒介可以与处理器连接，以使得处理器可以从存 储媒介中读取信息，并可以向存储媒介存写信息。可选地，存储媒介还可以集成到处 理器中。处理器和存储媒介可以设置于ASIC中，ASIC可以设置于终端中。可选地， 处理器和存储媒介也可以设置于终端中的不同的部件中。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。

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。尽管已描述了本申请的优选实施 例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外 的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围 的所有变更和修改。

尽管结合具体特征及其实施例对本申请进行了描述，显而易见的，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅 仅是所附权利要求所界定的本申请的示例性说明，且视为已覆盖本申请范围内的任意 和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种 改动和变型而不脱离本申请的范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请 权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请意图包括这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种螺栓预紧力测量方法，其特征在于，包括：

基于与压电传感螺栓相连的超声波收发器，获取发射脉冲与返回脉冲，其中，所述返回脉冲为所述发射脉冲的回波信号，所述压电传感螺栓包含压电陶瓷传感器和螺栓；

根据所述发射脉冲与所述返回脉冲，确定第一回波时间；

获取所述螺栓的轴向应力数据以及形变量数据；

根据所述螺栓的轴向应力数据、所述形变量数据、所述第一回波时间以及预设的张力形变模型中，确定所述螺栓的预紧力。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述发射脉冲与所述返回脉冲，确定第一回波时间，包括：

基于所述返回脉冲的振幅变化数据以及所述发射脉冲的带宽，对所述返回脉冲进行去噪，以获得去噪脉冲；

根据所述发射脉冲与所述去噪脉冲之间的相位变化，确定相位差；

根据超声波的频率以及所述相位差，确定第一回波时间。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述螺栓的轴向应力数据、所述形变量数据、所述第一回波时间以及预设的张力形变模型中，确定所述螺栓的预紧力，包括：

将所述螺栓的轴向应力数据、所述形变量数据以及所述第一回波时间输入预先构建的权重调配模型，以获取螺栓轴向应力权重调配结果、形变量权重调配结果与回波时间权重调配结果；

将所述螺栓轴向应力权重调配结果、所述形变量权重调配结果与所述回波时间权重调配结果输入预设的张力形变模型，以获取所述螺栓的预紧力。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述将所述螺栓的轴向应力数据、所述形变量数据以及所述第一回波时间输入预先构建的权重调配模型之前，还包括：

获取初始返回脉冲，以及所述第一回波时间与第二回波时间之间的时间差，其中，所述第二回波时间为初始回波时间；

根据所述初始返回脉冲、所述发射脉冲以及所述返回脉冲，确定标识结果图像；

获取所述标识结果图像对应的第一指标权重结果，以及所述时间差对应的第二指标权重结果；

基于层次分析法，根据所述第一指标权重结果以及所述第二指标权重结果进行模型构建，以获取权重调配模型。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述初始返回脉冲、所述发射脉冲以及所述返回脉冲，确定标识结果图像，包括：

获取异常波段标识图像以及所述螺栓的形变量；

基于所述螺栓的轴向应力数据，判断所述螺栓的形变量是否在屈服强度内；

在所述形变量在所述屈服强度内的情况下，基于所述异常波段标识图像，确定标识结果图像。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述判断所述螺栓的形变量是否在屈服强度内之后，还包括：

判断所述异常波段标识图像是否满足预设的波段阈值要求；

若所述异常波段标识图像不满足所述波段阈值要求，进行异常提醒；

若所述异常波段标识图像满足所述波段阈值要求，基于所述异常波段标识图像，确定标识结果图像。

7.一种螺栓预紧力测量装置，其特征在于，包括：

第一获取模块，用于基于与压电传感螺栓相连的超声波收发器，获取发射脉冲与返回脉冲，其中，所述返回脉冲为所述发射脉冲的回波信号，所述压电传感螺栓包含压电陶瓷传感器和螺栓；

第一确定模块，用于根据所述发射脉冲与所述返回脉冲，确定第一回波时间；

第二获取模块，用于获取所述螺栓的轴向应力数据以及形变量数据；

第二确定模块，用于根据所述螺栓的轴向应力数据、所述形变量数据、所述第一回波时间以及预设的张力形变模型中，确定所述螺栓的预紧力。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一确定模块，具体用于：

基于所述返回脉冲的振幅变化数据以及所述发射脉冲的带宽，对所述返回脉冲进行去噪，以获得去噪脉冲；

根据所述发射脉冲与所述去噪脉冲之间的相位变化，确定相位差；

根据超声波的频率以及所述相位差，确定第一回波时间。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二确定模块，包括：

第一获取单元，用于将所述螺栓的轴向应力数据、所述形变量数据以及所述第一回波时间输入预先构建的权重调配模型，以获取螺栓轴向应力权重调配结果、形变量权重调配结果与回波时间权重调配结果；

第二获取单元，用于将所述螺栓轴向应力权重调配结果、所述形变量权重调配结果与所述回波时间权重调配结果输入预设的张力形变模型，以获取所述螺栓的预紧力。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一获取单元，还包括：

第一获取子单元，用于获取初始返回脉冲，以及所述第一回波时间与第二回波时间之间的时间差，其中，所述第二回波时间为初始回波时间；

确定子单元，用于根据所述初始返回脉冲、所述发射脉冲以及所述返回脉冲，确定标识结果图像；

第二获取子单元，用于获取所述标识结果图像对应的第一指标权重结果，以及所述时间差对应的第二指标权重结果；

第三获取子单元，用于基于层次分析法，根据所述第一指标权重结果以及所述第二指标权重结果进行模型构建，以获取权重调配模型。