CN213842500U - 一种微型超声螺栓预紧力检测、监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微型超声螺栓预紧力检测、监测系统，包括多个微型超声测量单元，微型超声测量单元通过通讯中继单元连接后台云端，后台云端连接终端智能设备，所述微型超声测量单元包括探头模块、超声测量模块、数据传输模块和显示模块，探头模块与待测螺栓相贴合，在探头模块上设有超声测量模块和数据传输模块，所述显示模块位于数据传输模块上方并与其相连接，所述探头模块还具有连接引线；所述显示模块还具有外置电源；本系统中，超声发射接收和测量部分前置，最大化地接近螺栓，避免测量误差，且最大限度地降低了现场调试时间和成本。

Description

一种微型超声螺栓预紧力检测、监测系统

技术领域

本实用新型涉及微型超声螺栓测量技术，具体是一种微型超声螺栓预紧力检测、监测系统。

背景技术

螺栓连接是机械结构中使用最为广泛的一种结构连接方式，但是由于结构设计、紧固工艺等方面原因，对于结构关键部位的螺栓连接存在着广泛的检测、监测需求。预紧力，或称为为加紧力，是螺栓连接设计和使用的唯一指标，对其进行检测、监测对结构健康状况具有至关重要的意义。

超声螺栓预紧力测量技术，测量位置位于螺栓的头部或者尾部，相比于力环、应变片、光栅等技术，具有无须改变螺栓或其连接结构的优势。目前超声螺栓预紧力监测系统，如：北京艾法斯特科技发展有限公司的实时8/24通道螺栓预紧力监测系统，参见图1.1，采用的是集总方式，后称集总式超声设备，即：一台监测主机通过信号线缆连接多个螺栓，对其测量。在具体实施中，往往所需监测的螺栓数量多且分布相隔较远，使得集总式的监测系统存在如下问题：

1、超声螺栓预紧力测量技术通过测量在螺栓内部传播的声时差，计算螺栓伸长量进而计算螺栓预紧力，如图1.2所示；具体实施中，集总式超声设备至每一颗待测螺栓的长度往往各个不同，导致由于线缆长度不一带来的声时差补偿很难进行，带来较大的测量误差；

2、对于大型动设备，如：水轮机，的旋转部件的螺栓，其内部构造狭小且旋转带来的动载荷较大，集总式超声设备的线缆存在固定失效、脱落的可能，给设备的正常运行带来安全隐患；

3、集总式的超声设备具有固定数量的测量通道，但是用户所须监测的螺栓数量往往多种多样，导致集总式的超声设备很难适配；

4、螺栓连接是一种可靠的连接方式，对其进行定期测量，如：每天测量1次，是非常可靠、合理的，可以使用电池供电、无线传输测量数据的方式进行，但集总式的超声设备必须通过线缆方式连接螺栓，进行测量和数据传输，导致现场布线工作量巨大，也给结构设计单位带来了很大的设计改造工作量。

5、使用超声螺栓预紧力测量技术时，须对每个待测螺栓进行温度测量，以进行温度补偿，但集总式超声设备往往只有一个温度测量通道，在螺栓处于温度场不同位置的情况下，势必带来测量误差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种微型超声螺栓预紧力检测、监测系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种微型超声螺栓预紧力检测、监测系统，包括多个微型超声测量单元，微型超声测量单元通过通讯中继单元连接后台云端，后台云端连接终端智能设备，所述微型超声测量单元包括探头模块、超声测量模块、数据传输模块和显示模块，探头模块与待测螺栓相贴合，在探头模块上设有数据传输模块和超声测量模块，所述显示模块位于数据传输模块上方并与其相连接，所述探头模块还具有连接引线；所述显示模块还具有外置电源。

所述探头模块包括外壳、压电陶瓷片、温度传感器、焊盘和接口插针；压电陶瓷片和温度传感器分别有正负两个导线，共计4根导线，焊盘位于外壳内底部，压电陶瓷片和温度传感器在外壳内部并连接于焊盘上并与超声测量模块电导通。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、超声发射接收和测量部分前置，最大化地接近螺栓，避免测量误差，且最大限度地降低了现场调试时间和成本；

2、由于每个测量单元只负责测量一颗螺栓，可以采用物联网SOC低功耗设计架构，最大限度地延长了电池使用时间、最大限度地提高了电子部分的环境适应能力和抗电磁干扰能力；

3、针对不同数量的待测螺栓，可以灵活配置系统，从而降低系统成本；

4、指令和数据传输可以通过无线，具备了自组网的可能，最大限度地降低了现场布线时间和成本；

5、微型超声单元可以和手机等终端设备使用蓝牙、WIFI进行无线通讯，最大化地方便了现场调试、检测的工作；

6、微型超声单元使用了SOC技术，其体积达到了最小化设计，使之可以灵活地适用于各种螺栓结构的空间。

附图说明

图1为本系统的整体结构图框架图。

图2为本系统中微型超声测量单元的结构示意图。

图3为微型超声测量单元中探头模块的结构示意图。

图中1-待测螺栓，2-微型超声测量单元，3-通讯中继单元，4-后台云端，5-终端智能设备，21-探头模块，22-连接引线，23-数据传输模块，24-超声测量模块，25-显示模块，221-压电陶瓷片，222-温度传感器，223-焊盘，224-接口插针，225-外壳。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参阅图1，本实用新型实施例中，一种微型超声螺栓预紧力检测、监测系统，包括多个微型超声测量单元2，微型超声测量单元2通过通讯中继单元3连接后台云端4，后台云端4连接终端智能设备5，进行检测、监测工作时，将微型超声测量单元2与待测螺栓1连接，微型超声测量单元2有两种工作模式：监测模式和检测模式，其中监测模式适用于检测人员不可达、测量间隔较短，如：一天一次，或者长时间不间断测量的应用需求，如：水轮机的关键部位螺栓、海上风机的塔架螺栓、叶根螺栓、飞机机翼和机身的连接螺栓等；检测模式适合于测量时间间隔较长，如：石化行业的法兰螺栓、飞机机体结构的螺栓等，检测人员会在现场，使用智能终端设备，如：手机，唤醒待测螺栓1上的微型超声测量单元2，进行测量。

监测模式下，微型超声测量单元2发射接收超声波、测量超声波从发射至由螺栓另外一端反射的声时，根据声时差与螺栓预紧力的线性关系计算螺栓预紧力，并将预紧力测量数据通过无线或有线的方式回传给通讯中继单元3，中继单元将测量结果无线或有线的方式将测量数据回传给后台云端4，并通过网络方式将测量结果在终端智能设备5，如：手机、终端电脑，上显示，同时，上述所有无线或有线的通讯通道均为双向，测量策略和指令可由终端智能设备5设定，通过后台云端4和通讯中继单元3分发给任意微型超声测量单元2；

对于检测模式，检测人员在现场使用终端手持设备，如手机，使用无线方式，如：蓝牙、WIFI等，唤醒微型超声测量单元2，完成测量(微型超声单元的测量方式与监测模式一致，如上所述)，使用手机的4G/5G功能将测量数据上传至后台云端4，并可以根据螺栓预紧力的测量数据，在现场及时进行螺栓复拧，以达到设计螺栓预紧力。

如图2，所述微型超声测量单元2包括探头模块21、超声测量模块24、数据传输模块23和显示模块25，探头模块21与待测螺栓1相贴合，在探头模块21上设有数据传输模块23和超声测量模块24，所述显示模块25位于数据传输模块23上方并与其相连接，所述探头模块21还具有连接引线22，当待测螺栓1端部安装空间狭小时，还能够通过连接引线22连接探头和微型超声单元的其余部分，而微型超声单元的其余部分则可固定于相邻安装空间富裕的位置。

超声测量模块24用于对探头模块21产生设定频率的电激励以产生超声波，同时对反射于待测螺栓1另外一端的超声回波进行采样、测量，并依据预先装订的声时差与螺栓预紧力的标定曲线进行计算及温度补充，将计算的预紧力值传给数据传输模块23；数据传输模块23具有无线通讯功能，如：蓝牙、WIFI、Zigbee等，同时具备有线通讯功能，如：485、网线等，以满足不同的通讯需求，其中，无线通讯功能适用于监测模式中较短时间测量一次，如：每天测量一次，或检测模式；有线通讯功能适用于监测模式中的不间断测量需求；显示模块25具有液晶显示功能，为检测模式中检测人员提供除手持终端以外的显示功能，以最大化地方便检修人员进行螺栓预紧力巡检工作。

进一步的，所述显示模块25还具有外置电源，能够保证微型超声测量单元2的独立工作。

所述探头模块21包括外壳225、压电陶瓷片221、温度传感器222、焊盘223和接口插针224，其中外壳225为探头模块21提供结构和电保护，以避免其受到外力而受损，同时绝缘外部的电势扰动，避免因环境干扰、测量失败的可能性；压电陶瓷片221和温度传感器222分别有正负两个导线，共计4根导线，焊盘223位于外壳225内底部，压电陶瓷片221和温度传感器222在外壳225内部并连接于焊盘223上并与超声测量模块24电导通。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种微型超声螺栓预紧力检测、监测系统，其特征在于，包括多个微型超声测量单元(2)，微型超声测量单元(2)通过通讯中继单元(3)连接后台云端(4)，后台云端(4)连接终端智能设备(5)，所述微型超声测量单元(2)包括探头模块(21)、超声测量模块(24)、数据传输模块(23)和显示模块(25)，探头模块(21)与待测螺栓(1)相贴合，在探头模块(21)上设有超声测量模块(24)和数据传输模块(23)，所述显示模块(25)位于数据传输模块(23)上方并与其相连接。

2.根据权利要求1所述的一种微型超声螺栓预紧力检测、监测系统，其特征在于，所述探头模块(21)还具有连接引线(22)。

3.根据权利要求1所述的一种微型超声螺栓预紧力检测、监测系统，其特征在于，所述显示模块(25)还具有外置电源。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种微型超声螺栓预紧力检测、监测系统，其特征在于，所述探头模块(21)包括外壳(225)、压电陶瓷片(221)、温度传感器(222)、焊盘(223)和接口插针(224)。

5.根据权利要求4所述的一种微型超声螺栓预紧力检测、监测系统，其特征在于，所述压电陶瓷片(221)和温度传感器(222)分别有正负两个导线，共计4根导线，焊盘(223)位于外壳(225)内底部，压电陶瓷片(221)和温度传感器(222)在外壳(225)内部并连接于焊盘(223)上并与超声测量模块(24)电导通。

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