本實用新型涉及螺栓測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種螺栓的監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在船舶工程、電網(wǎng)工程、水利工程、橋梁建筑工程等領(lǐng)域都存在很多造價昂貴的大型工程結(jié)構(gòu)設(shè)備，如風(fēng)機、海洋平臺、橋梁、輸電塔、港機、船舶等。這些設(shè)備使用環(huán)境惡劣，在長期使用過程中，由于拆裝、運輸、超載、腐蝕或受地基沉降等各種原因影響，各部件、部件間連接及整體都會出現(xiàn)不同程度的損傷或形變，常有發(fā)生倒塌等惡性事故，造成巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。所以，對這些大型結(jié)構(gòu)的監(jiān)測勢在必行。

在這些結(jié)構(gòu)中，螺栓是必不可少的部件，被大量用于固定各部件，對整個大型結(jié)構(gòu)起著非常重要的作用。當大型結(jié)構(gòu)發(fā)生形變時，這些固定各部件的螺栓所承載的應(yīng)力將最先發(fā)生變化，所以通過監(jiān)測螺栓的預(yù)緊力便能夠獲知大型結(jié)構(gòu)的變形情況，以便采取相應(yīng)處理措施。提供全生命周期的螺栓預(yù)緊力數(shù)據(jù)，為結(jié)構(gòu)健康分析提供了最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)，可以實時監(jiān)測傳遞在其上的預(yù)應(yīng)力。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中大型結(jié)構(gòu)中對螺栓的預(yù)緊力監(jiān)測不夠的缺陷，提供一種能夠監(jiān)測螺栓的全生命周期的預(yù)緊力，為大型結(jié)構(gòu)健康分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的螺栓的監(jiān)測系統(tǒng)。

本實用新型是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題：

一種螺栓的監(jiān)測系統(tǒng)，其特點在于，包括螺栓本體、超聲波傳感器、控制器和顯示終端，所述超聲波傳感器設(shè)于所述螺栓本體的螺栓頭上，所述控制器分別與所述超聲波傳感器和所述顯示終端電連接；所述控制器用于發(fā)送測量啟動信號至所述超聲波傳感器，所述超聲波傳感器用于接收所述測量啟動信號后對所述螺栓本體發(fā)射超聲波信號并接收超聲波信號，所述超聲波傳感器還用于獲取發(fā)射和接收所述超聲波信號間的時間差并將所述時間差發(fā)送至所述控制器，所述控制器還用于將所述時間差發(fā)送至所述顯示終端。

本方案中，通過超聲波傳感器對螺栓本體沿縱向發(fā)射超聲波信號并測得發(fā)射和回波的超聲波信號的時間差，能夠獲得螺栓本體的變形量，從而得出螺栓的預(yù)緊力，為大型結(jié)構(gòu)健康分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

較佳地，所述超聲波傳感器為壓電陶瓷傳感器。

較佳地，所述監(jiān)測系統(tǒng)還包括存儲器，所述存儲器用于存儲所述時間差。

本方案中，存儲器可以保持歷史數(shù)據(jù)，為后續(xù)數(shù)據(jù)分析提供保證。使得后續(xù)既可以顯示實時點測量的數(shù)據(jù)，又可以顯示隨時間的變化的測量曲線。

較佳地，所述存儲器包括本地存儲器和云存儲器。

較佳地，所述顯示終端為PC或手機。

較佳地，所述超聲波傳感器粘接于所述螺栓本體的螺栓頭上。

較佳地，所述顯示終端與所述控制器間采用無線連接。

本實用新型的積極進步效果在于：本實用新型提供的螺栓的監(jiān)測系統(tǒng)通過超聲波傳感器對螺栓本體沿縱向發(fā)射超聲波信號并測得發(fā)射和回波的超聲波信號的時間差，最終能夠獲得螺栓本體的變形量，從而得出螺栓的預(yù)緊力。本實用新型能夠?qū)崟r檢測螺栓的預(yù)緊力，為大型結(jié)構(gòu)健康分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

附圖說明

圖1為本實用新型一較佳實施例的螺栓的監(jiān)測系統(tǒng)的示意圖。

具體實施方式

下面舉個較佳實施例，并結(jié)合附圖來更清楚完整地說明本實用新型。

如圖1所示，一種螺栓的監(jiān)測系統(tǒng)，包括螺栓本體(圖中未示出)、壓電陶瓷超聲波傳感器2、控制器1、PC((personal computer，個人計算機)3、手機4、本地存儲器5和云存儲器6。壓電陶瓷超聲波傳感器2粘接于螺栓本體的螺栓頭上，控制器1分別與壓電陶瓷超聲波傳感器2、PC3、手機4以及本地存儲器5電連接，其中控制器1與手機4采用移動通信網(wǎng)絡(luò)連接；PC3和手機4分別與云存儲器6無線連接?？刂破?用于發(fā)送測量啟動信號至壓電陶瓷超聲波傳感器2，壓電陶瓷超聲波傳感器2用于接收測量啟動信號后對螺栓本體發(fā)射超聲波信號并接收超聲波信號，壓電陶瓷超聲波傳感器2還用于獲取發(fā)射和接收超聲波信號間的時間差并將該時間差發(fā)送至控制器1，控制器1還用于將時間差發(fā)送至顯示終端即PC3和手機4，同時存儲至本地存儲器5，PC3和手機4也可以將時間差存儲至云存儲器6進行備份。

下面繼續(xù)通過具體的例子，進一步說明本實用新型的技術(shù)方案和技術(shù)效果。

螺栓通過安裝在螺栓頭部的壓電陶瓷傳感器發(fā)射超聲波信號，測量螺栓緊固時螺桿的長度變化，從而得出螺栓預(yù)緊力。具體原理如下：

螺栓在自由狀態(tài)下，螺栓內(nèi)部不存在預(yù)緊力，而螺栓在緊固狀態(tài)下，由于預(yù)緊力的作用，螺栓將發(fā)生形變，因此此時螺栓的變形量為ΔL，本監(jiān)測系統(tǒng)依據(jù)ΔL與預(yù)緊力F之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，計算得到預(yù)緊力F，該數(shù)學(xué)關(guān)系為：

F＝(E*S*ΔL)/L (1)

其中，F(xiàn)為螺栓的預(yù)緊力；E為螺栓材質(zhì)的彈性模量；S為螺栓截面積；ΔL為螺栓的變形量；L為螺栓副的裝夾長度。

控制器發(fā)射超聲波信號并接收該超聲波信號、獲取發(fā)射和回波電信號之間時間差。螺栓在自由狀態(tài)下，時間差為T0，螺栓在緊固狀態(tài)下，時間差為T1，由此依據(jù)信號收發(fā)時間差與螺栓的變形量的關(guān)系，得到螺栓的變形量ΔL，該數(shù)學(xué)關(guān)系如下：

ΔL＝(T1-T0)*v/2 (2)

上式中，v為機械縱波在螺栓內(nèi)的傳播速度。最終，依據(jù)ΔL并結(jié)合公式(1)可得到當前狀態(tài)下的螺栓的預(yù)緊力。

本實施例中，螺栓的監(jiān)測系統(tǒng)支持單通道便攜式測量，輪循式多通道測量，也支持多通道實時測量，支持數(shù)據(jù)本地存儲，也支持云存儲。

本實用新型能夠很好的解決大型結(jié)構(gòu)關(guān)鍵連接點預(yù)緊力監(jiān)測，通過預(yù)緊力監(jiān)測，可以判斷出螺栓的松動、大型結(jié)構(gòu)不平衡等現(xiàn)象，為大型結(jié)構(gòu)的正常工作提供了方便且可靠的監(jiān)測方案。

雖然以上描述了本實用新型的具體實施方式，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當理解，這些僅是舉例說明，本實用新型的保護范圍是由所附權(quán)利要求書限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本實用新型的原理和實質(zhì)的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本實用新型的保護范圍。