[發(fā)明專利]一種基于壓電振動(dòng)薄片的螺栓松動(dòng)自給能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910035918.2
• 申請(qǐng)日: 2019-01-15
• 公開（公告）號(hào): CN111435103A
• 公開（公告）日: 2020-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 路曉艷;曹文武;李惠;管賀獅;王艷敏;趙陽;潘振
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M13/00
• 分類號(hào): G01M13/00;G01H11/08;H02J7/32;H02N2/18
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 李恩慶

一種基于壓電振動(dòng)薄片的螺栓松動(dòng)自給能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，屬于機(jī)械緊固件檢測(cè)領(lǐng)域。本發(fā)明解決現(xiàn)有監(jiān)測(cè)技術(shù)不能對(duì)隱蔽、振動(dòng)螺栓進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)的問題。本發(fā)明包括能量轉(zhuǎn)換模塊、能量收集模塊、電壓調(diào)理模塊、信號(hào)處理模塊和預(yù)警模塊，能量轉(zhuǎn)換模塊安裝在螺母或者螺栓與螺母固定的緊固件上，能量轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與能量收集模塊的輸入端連接，能量收集模塊的輸出端與電壓調(diào)理模塊的輸入端連接；信號(hào)處理模塊的輸入端與能量轉(zhuǎn)換模塊連接，信號(hào)處理模塊與預(yù)警模塊連接，電壓調(diào)理模塊分別與信號(hào)處理模塊和預(yù)警模塊連接。本系統(tǒng)不需要額外電源及能量補(bǔ)給，解決了現(xiàn)有監(jiān)測(cè)技術(shù)不能對(duì)隱蔽、振動(dòng)螺栓進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)的問題，并且具有裝置簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于壓電振動(dòng)薄片的螺栓松動(dòng)自給能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，屬于機(jī)械緊固件檢測(cè)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

各種機(jī)器及部件在組裝連接和緊固裝配中都使用了螺栓和螺母等部件，為軍用、民用等機(jī)械、建筑、橋梁等的組裝和使用帶來了極大的方便。但是如果固定物具有周期性振動(dòng)，如電機(jī)、列車鐵軌、風(fēng)機(jī)葉片等，螺栓松動(dòng)時(shí)有發(fā)生，若不加以防范，小則設(shè)備振動(dòng)異常或部件損壞，大則整個(gè)設(shè)備癱瘓，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。對(duì)于長(zhǎng)期振動(dòng)的螺栓緊固器件，松動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)加劇，往往在劇烈震動(dòng)中會(huì)自行松脫，致使部件損壞，甚致造成重大事故和人員傷亡。為了避免螺栓松動(dòng)帶來的危險(xiǎn)事故，常規(guī)的方法為人工定期巡檢，定期對(duì)連接螺栓進(jìn)行檢查。如在漫長(zhǎng)的鐵路沿線，工人通過敲擊查看螺栓是否松動(dòng)，并逐一進(jìn)行緊固。而諸如發(fā)電機(jī)等部位的巡檢則需要停機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，看看螺栓和螺母之間是否出現(xiàn)了角位移，對(duì)重要設(shè)備還會(huì)逐一進(jìn)行緊固。人工檢查不僅存在效率低、定期檢驗(yàn)成本高并伴有人身安全的風(fēng)險(xiǎn)，而且人工檢查結(jié)果往往因人而異，很難保證檢查結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

為了避免螺栓松動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，需要高效、準(zhǔn)確及時(shí)發(fā)現(xiàn)螺栓松動(dòng)，國(guó)內(nèi)外對(duì)此進(jìn)行了大量相關(guān)研究。主要分為以下幾個(gè)方面：一方面，通過螺栓的設(shè)計(jì)及加固措施，從根源上降低振動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。常見的方法是對(duì)螺栓的螺紋進(jìn)行自鎖設(shè)計(jì)、添加自鎖組件、噴涂防松涂料、焊接或者涂膠進(jìn)行永久瑣死等，然而這些方法在劇烈振動(dòng)或特殊環(huán)境中依然不能很好解決螺栓松動(dòng)的問題而且使得螺栓成本將大幅度增加，長(zhǎng)期的振動(dòng)磨損也使得螺栓的松動(dòng)加劇，進(jìn)而降低連接件等效強(qiáng)度，造成局部甚至整體結(jié)構(gòu)的破壞。另一方面，實(shí)施監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)螺栓松動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并進(jìn)行及時(shí)緊固目前公開的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)其核心原理有兩種：第一種是通過超聲等聲波反射方式監(jiān)測(cè)回音信號(hào)，確定螺栓和緊固件之間是否有松動(dòng)，這種方式對(duì)于靜態(tài)螺栓來說效果較好，但對(duì)于振動(dòng)的螺栓來說，噪聲信號(hào)大，甚至可能出現(xiàn)誤判。第二種是基于圖像識(shí)別的方式通過預(yù)先對(duì)螺栓標(biāo)記，通過對(duì)比標(biāo)記位置，獲得松動(dòng)螺栓的情況。但由于螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)整倍數(shù)圈數(shù)時(shí)與標(biāo)記位置重合，因此存在漏判等問題，另外，這種放大對(duì)于顯露且易于拍攝的螺栓來說效果較好，但對(duì)于不易拍攝或隱蔽螺栓則無法監(jiān)測(cè)。針對(duì)以上問題，提出一種不需外加電源的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)振動(dòng)螺栓的技術(shù)是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有監(jiān)測(cè)技術(shù)不能對(duì)隱蔽、振動(dòng)螺栓進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)的問題，提供了一種基于壓電振動(dòng)薄片的螺栓松動(dòng)自給能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過緊固件的振動(dòng)進(jìn)行能量收集，并根據(jù)螺栓松動(dòng)情況不同帶來的不同振動(dòng)響應(yīng)，對(duì)監(jiān)測(cè)固體進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種基于壓電振動(dòng)薄片的螺栓松動(dòng)自給能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括能量收集系統(tǒng)和信號(hào)處理系統(tǒng)，能量收集系統(tǒng)包括能量轉(zhuǎn)換模塊、能量收集模塊和電壓調(diào)理模塊；信號(hào)處理系統(tǒng)包括信號(hào)采集處理模塊和預(yù)警模塊，能量轉(zhuǎn)換模塊安裝在螺母或者螺栓與螺母固定的緊固件上，能量轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與能量收集模塊的輸入端連接，能量收集模塊的輸出端與電壓調(diào)理模塊的輸入端連接；信號(hào)采集處理模塊的輸入端與能量轉(zhuǎn)換模塊連接，信號(hào)采集處理模塊與預(yù)警模塊連接，電壓調(diào)理模塊分別與信號(hào)采集處理模塊和預(yù)警模塊連接。

優(yōu)選的：所述的能量轉(zhuǎn)換模塊包括壓電片和振動(dòng)懸臂梁，壓電片粘結(jié)在振動(dòng)懸臂梁上，振動(dòng)懸臂梁固定在螺母或者螺栓與螺母固定的緊固件上；壓電片與能量收集模塊連接，振動(dòng)懸臂梁與信號(hào)采集處理模塊連接。