[發明專利]一種基于壓電阻抗法的管螺紋松動監測方法

有效

• 申請號: 201810107626.0
• 申請日: 2018-02-02
• 公開（公告）號: CN108181064B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 梁亞斌;馮謙;江健
• 申請（專利權）人: 武漢地震工程研究院有限公司
• 主分類號: G01M3/40
• 分類號: G01M3/40
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

本發明公開了一種基于壓電阻抗法的管螺紋松動監測方法，該方法是在管螺紋的螺紋接頭表面粘貼一個壓電陶瓷片，利用掃描電壓信號對壓電陶瓷片施加激勵，驅動壓電陶瓷片產生機械振動，隨后帶動管螺紋發生振動響應，由于松動引起的管螺紋的物理屬性變化，直接影響到與管螺紋耦合的壓電陶瓷片的振動響應信號，壓電陶瓷片將振動信號轉化為壓電阻抗信號并被阻抗分析儀采集，通過對比分析接收到的電阻抗信號與正常密封狀態下接收信號基準值的差異來判斷和識別此時被測管螺紋的密封狀態。本發明可簡單方便地實現管螺紋密封狀態(松動泄漏)的監測和識別，極大的提高了管螺紋連接的安全性，降低安全隱患和運行風險，提高總體經濟效益，產生積極的意義。

技術領域

本發明涉及結構健康監測技術領域，涉及一種螺紋連接松動監測，具體涉及一種基于壓電阻抗法的管螺紋松動監測方法。

背景技術

管螺紋連接作為連接構件被廣泛應用于中小尺寸管路系統中，由管螺紋連接的管線具有定心、導向作用好，裝配、拆卸方便，能夠承受較大的軸向力和扭矩的優點。然而，管螺紋連接的管線在日常工作過程中，不可避免的受到各種外部荷載和振動作用影響，疲勞荷載效應隨著管螺紋服役時長的增加而逐漸累積，如果缺乏合理有效地定期檢修和維護機制，管螺紋連接常常會發生松動而導致泄漏發生，造成公共資源的浪費，嚴重時甚至會引發安全性事故，給全社會的人民生命財產安全埋下了巨大的隱患。因此，如何解決有密封要求的管路中管螺紋接頭的松動泄漏問題長期以來一直被人們所關注，尋找一種簡單有效、經濟環保的管螺紋接頭松動狀態實時監測方法成為了當務之急。

壓電陶瓷(Lead Zirconate Titanate,PZT)以其特有的傳感和作動功能而成為近年來在航空航天、能源、機械、建筑結構等領域廣泛研究和應用的智能材料之一，其因具有響應快、頻率范圍寬、易裁剪、價格低廉等特點而在工程結構監測方面存在著巨大的應用潛力。而其中，基于壓電陶瓷傳感器的壓電阻抗技術，因同時利用到壓電材料的正逆壓電效應，僅在被測結構表面粘貼或內部預埋一個壓電陶瓷傳感器，即可實現被測結構微小物理特性改變的監測和識別。這些特性使壓電阻抗技術成為結構健康監測領域一種具有廣闊發展和應用前景的監測識別新技術新方法。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，針對管螺紋接頭松動監測領域的空白，提出一種基于壓電阻抗法的管螺紋松動病害的監測方法，可以對管螺紋接頭的松動進行實時準確地監測和識別。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

一種基于壓電阻抗法的管螺紋松動監測方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

步驟一，將一個壓電陶瓷片以表面粘貼的方式固定于螺紋接頭的表面，在壓電陶瓷片表面進行防水絕緣處理；

步驟二，將壓電陶瓷片通過線纜與阻抗分析儀相連接，然后將阻抗分析儀與電腦分析終端相連接；

步驟三，電腦分析終端通過線纜控制阻抗分析儀產生一掃頻電壓信號，經線纜傳輸到粘貼在管螺紋接頭表面的壓電陶瓷片上，由于壓電材料的逆壓電效應，壓電陶瓷片產生機械振動，并帶動壓電陶瓷片附近的管螺紋接頭產生振動響應；與此同時，管螺紋的振動響應又被壓電陶瓷片所捕捉和采集，由于壓電材料的正壓電效應，該振動響應又會引起壓電陶瓷片電阻抗信號的變化，經線纜傳輸到阻抗分析儀，隨后轉化為數字信號，傳輸到電腦分析終端；

步驟四，在電腦分析系統中定義管螺紋正常密封工作狀態下，所監測采集的壓電陶瓷片電阻抗信號作為基準信號，構建識別特征參數基準值；之后，通過監測后續服役狀態下不同時期管螺紋連接測量電阻抗信號的識別特征參數，將識別特征參數與識別特征參數基準值對比分析并計算管螺紋接頭的松動評判指標，通過監測評判指標的變化得出管螺紋接頭的密封情況。

作為改進，步驟四中，管螺紋正常密封工作狀態下采集的壓電陶瓷片電阻抗基準信號，取管螺紋安裝完成投入使用初期的采集信號，或者是在通過現有技術檢測方法確認管螺紋沒有松動泄漏發生時，進行實驗采集的信號。