[00146982]一种多档位振弦式螺栓状态监测装置及其使用与识别方法

结构健康监测（SHM）技术是保障工程结构安全性的重要手段,也是土木工程领域目前研究的热点问题。螺栓连接是一种重要的工程结构连接方式,其具有承载能力强、便于拆卸等的优点,被广泛应用于土木、机械、航空航天、汽车等领域,尤其是在预制装配式建筑、高铁技术以及风电行业等多个领域,螺栓被大量应用于关键节点部位的连接。直接或间接由于螺栓松动引发的事故在土木工程以及工业领域不胜枚举。压电传感的基本原理是压电效应,其优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、工作可靠和重量轻等。为了将压电传感的基本原理应用到工程结构的螺栓松动监测问题的解决当中,设计了一种多灵敏度的压电式螺栓松动监测装置并提出相应的使用与松 动识别方法,以用于工程结构的螺栓连接状态的长期、实时在线监测。 本发明为了解决当前工程结构的螺栓连接状态的监测缺乏准确可靠、针对性强的装置与松动识别方法的问题,提供一种多灵敏度压电式螺栓松动监测装置及其使用与识别方法。 本装置的松动识别与监测方法在于： （1）标定阶段：在标准环境条件下,通过标准的标定设备,给螺栓不同预紧力,然后采集本装置的电信号,对本装置进行正、反行程往复循环多次测试,将得到的输出-输入测试数据通过数据拟合得到预紧力与电信号之间的关系曲线。 （2）监测阶段：针对某一螺栓,根据其监测需求,采用相应的档位进行监测,首先采集初始状态的数据,初始状态的电压信号U1,当螺栓松动产生转角变化,使得压电材料的压力产生变化,测定压电材料此时的电压为U2,计算电压变化为松动指标,按照相关的标准规范,设定螺栓松动阈值,实际监测阶段按照标定阶段的阈值和相关紧固件规范,定期采集数据,当监测数据超出预警范围时,则进行工检查,若螺栓松动,则将装置取下,对松动的螺栓进行重新紧固,并重新将装置连接。 本发明提出的一种多灵敏度压电式螺栓松动监测装置及其使用与识别方法,相对现有技术具有以下优点： （1）本装置体积小,加工简单,生产效率高,便于安装,检测精度高,稳定性好,频带宽、灵敏度高、信噪比高、工作可靠和重量轻等。本装置与螺栓的连接方式为机械连接,不影响螺栓正常使用,检测时间短,不影响螺栓原来的连接状态; （2）相比同类基于压电传感原理制作而成的装置,本装置设置有多个压电材料,每块压电材料感受螺栓松动产生的压力不同,因此灵敏度不同,即“多灵敏度”。使用时可针对不同重要程度和松动阈值的螺栓启用不同的档位进行监测,从而增强了本装置的适用性。 （3）由于螺母旋转位移往往相对较小,通过卡环伸出的动板,对螺母松动产生的旋转位移有放大效应,从而使得微小转动能够识别。本装置适用范围广,根据本装置的基本原理可针对不同的实际对象研制构造不同的同类装置,本装置及基于本装置基本原理研制的其他装置可广泛应用于风电结构、装配式结构节点、以及高铁关键部件等的螺栓连接的松动识别与状态监测。 （4）本装置对工人技术水平要求低,便于使用,可以弥补肉眼识别的疏漏,减少工作量,降低高空作业风险性,适用于各类工程结构的螺栓连接松动识别与监测。