CN206177497U - 螺栓的监测系统 - Google Patents

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龙玉
钟盛钢
奚凯凯
顾青丽
王亚忠
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Abstract

本实用新型提供一种螺栓的监测系统，包括螺栓本体、超声波传感器、控制器和显示终端，所述超声波传感器设于所述螺栓本体的螺栓头上，所述控制器分别与所述超声波传感器和所述显示终端电连接；所述控制器用于发送测量启动信号至所述超声波传感器，所述超声波传感器用于接收所述测量启动信号后对所述螺栓本体发射超声波信号并接收超声波信号，所述超声波传感器还用于获取发射和接收所述超声波信号间的时间差并将所述时间差发送至所述控制器，所述控制器还用于将所述时间差发送至所述显示终端。本实用新型能够实时检测螺栓的预紧力，为大型结构健康分析提供基础数据。

Description

螺栓的监测系统
技术领域
本实用新型涉及螺栓测量技术领域，特别涉及一种螺栓的监测系统。
背景技术
在船舶工程、电网工程、水利工程、桥梁建筑工程等领域都存在很多造价昂贵的大型工程结构设备，如风机、海洋平台、桥梁、输电塔、港机、船舶等。这些设备使用环境恶劣，在长期使用过程中，由于拆装、运输、超载、腐蚀或受地基沉降等各种原因影响，各部件、部件间连接及整体都会出现不同程度的损伤或形变，常有发生倒塌等恶性事故，造成巨大的经济损失和人员伤亡。所以，对这些大型结构的监测势在必行。
在这些结构中，螺栓是必不可少的部件，被大量用于固定各部件，对整个大型结构起着非常重要的作用。当大型结构发生形变时，这些固定各部件的螺栓所承载的应力将最先发生变化，所以通过监测螺栓的预紧力便能够获知大型结构的变形情况，以便采取相应处理措施。提供全生命周期的螺栓预紧力数据，为结构健康分析提供了最基础的数据，可以实时监测传递在其上的预应力。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中大型结构中对螺栓的预紧力监测不够的缺陷，提供一种能够监测螺栓的全生命周期的预紧力，为大型结构健康分析提供基础数据的螺栓的监测系统。
本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种螺栓的监测系统，其特点在于，包括螺栓本体、超声波传感器、控制器和显示终端，所述超声波传感器设于所述螺栓本体的螺栓头上，所述控制器分别与所述超声波传感器和所述显示终端电连接；所述控制器用于发送测量启动信号至所述超声波传感器，所述超声波传感器用于接收所述测量启动信号后对所述螺栓本体发射超声波信号并接收超声波信号，所述超声波传感器还用于获取发射和接收所述超声波信号间的时间差并将所述时间差发送至所述控制器，所述控制器还用于将所述时间差发送至所述显示终端。
本方案中，通过超声波传感器对螺栓本体沿纵向发射超声波信号并测得发射和回波的超声波信号的时间差，能够获得螺栓本体的变形量，从而得出螺栓的预紧力，为大型结构健康分析提供基础数据。
较佳地，所述超声波传感器为压电陶瓷传感器。
较佳地，所述监测系统还包括存储器，所述存储器用于存储所述时间差。
本方案中，存储器可以保持历史数据，为后续数据分析提供保证。使得后续既可以显示实时点测量的数据，又可以显示随时间的变化的测量曲线。
较佳地，所述存储器包括本地存储器和云存储器。
较佳地，所述显示终端为PC或手机。
较佳地，所述超声波传感器粘接于所述螺栓本体的螺栓头上。
较佳地，所述显示终端与所述控制器间采用无线连接。
本实用新型的积极进步效果在于：本实用新型提供的螺栓的监测系统通过超声波传感器对螺栓本体沿纵向发射超声波信号并测得发射和回波的超声波信号的时间差，最终能够获得螺栓本体的变形量，从而得出螺栓的预紧力。本实用新型能够实时检测螺栓的预紧力，为大型结构健康分析提供基础数据。
附图说明
图1为本实用新型一较佳实施例的螺栓的监测系统的示意图。
具体实施方式
下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本实用新型。
如图1所示，一种螺栓的监测系统，包括螺栓本体(图中未示出)、压电陶瓷超声波传感器2、控制器1、PC((personal computer，个人计算机)3、手机4、本地存储器5和云存储器6。压电陶瓷超声波传感器2粘接于螺栓本体的螺栓头上，控制器1分别与压电陶瓷超声波传感器2、PC3、手机4以及本地存储器5电连接，其中控制器1与手机4采用移动通信网络连接；PC3和手机4分别与云存储器6无线连接。控制器1用于发送测量启动信号至压电陶瓷超声波传感器2，压电陶瓷超声波传感器2用于接收测量启动信号后对螺栓本体发射超声波信号并接收超声波信号，压电陶瓷超声波传感器2还用于获取发射和接收超声波信号间的时间差并将该时间差发送至控制器1，控制器1还用于将时间差发送至显示终端即PC3和手机4，同时存储至本地存储器5，PC3和手机4也可以将时间差存储至云存储器6进行备份。
下面继续通过具体的例子，进一步说明本实用新型的技术方案和技术效果。
螺栓通过安装在螺栓头部的压电陶瓷传感器发射超声波信号，测量螺栓紧固时螺杆的长度变化，从而得出螺栓预紧力。具体原理如下：
螺栓在自由状态下，螺栓内部不存在预紧力，而螺栓在紧固状态下，由于预紧力的作用，螺栓将发生形变，因此此时螺栓的变形量为ΔL，本监测系统依据ΔL与预紧力F之间的数学关系，计算得到预紧力F，该数学关系为：
F＝(E*S*ΔL)/L (1)
其中，F为螺栓的预紧力；E为螺栓材质的弹性模量；S为螺栓截面积；ΔL为螺栓的变形量；L为螺栓副的装夹长度。
控制器发射超声波信号并接收该超声波信号、获取发射和回波电信号之间时间差。螺栓在自由状态下，时间差为T0，螺栓在紧固状态下，时间差为T1，由此依据信号收发时间差与螺栓的变形量的关系，得到螺栓的变形量ΔL，该数学关系如下：
ΔL＝(T1-T0)*v/2 (2)
上式中，v为机械纵波在螺栓内的传播速度。最终，依据ΔL并结合公式(1)可得到当前状态下的螺栓的预紧力。
本实施例中，螺栓的监测系统支持单通道便携式测量，轮循式多通道测量，也支持多通道实时测量，支持数据本地存储，也支持云存储。
本实用新型能够很好的解决大型结构关键连接点预紧力监测，通过预紧力监测，可以判断出螺栓的松动、大型结构不平衡等现象，为大型结构的正常工作提供了方便且可靠的监测方案。
虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种螺栓的监测系统，其特征在于，包括螺栓本体、超声波传感器、控制器和显示终端，所述超声波传感器设于所述螺栓本体的螺栓头上，所述控制器分别与所述超声波传感器和所述显示终端电连接；所述控制器用于发送测量启动信号至所述超声波传感器，所述超声波传感器用于接收所述测量启动信号后对所述螺栓本体发射超声波信号并接收超声波信号，所述超声波传感器还用于获取发射和接收所述超声波信号间的时间差并将所述时间差发送至所述控制器，所述控制器还用于将所述时间差发送至所述显示终端。
2.如权利要求1所述的螺栓的监测系统，其特征在于，所述超声波传感器为压电陶瓷传感器。
3.如权利要求1所述的螺栓的监测系统，其特征在于，所述监测系统还包括存储器，所述存储器用于存储所述时间差。
4.如权利要求3所述的螺栓的监测系统，其特征在于，所述存储器包括本地存储器和云存储器。
5.如权利要求1所述的螺栓的监测系统，其特征在于，所述显示终端为PC或手机。
6.如权利要求1所述的螺栓的监测系统，其特征在于，所述超声波传感器粘接于所述螺栓本体的螺栓头上。
7.如权利要求1所述的螺栓的监测系统，其特征在于，所述显示终端与所述控制器间采用无线连接。
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