技術(shù)文章
雙傳感器協(xié)同工作:應(yīng)變片通過粘貼在螺栓光桿段(應(yīng)力分布均勻區(qū)域),測量軸向應(yīng)變并基于胡克定律計算軸力,靜態(tài)測量精度可達 ±1% FS,滿足長期穩(wěn)定監(jiān)測需求;壓電傳感器采用 PZT 壓電陶瓷材料,利用正壓電效應(yīng)將扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的機械應(yīng)力轉(zhuǎn)化為電信號,動態(tài)響應(yīng)速度達微秒級,可精準捕捉瞬時扭矩變化。兩者數(shù)據(jù)通過多主體黑板協(xié)作模型實時融合,既覆蓋靜態(tài)穩(wěn)態(tài)監(jiān)測,又兼顧動態(tài)瞬態(tài)捕捉,實現(xiàn)全工況監(jiān)測覆蓋。
硬件與信號處理:硬件安裝上,應(yīng)變片采用凹槽預(yù)加工 + 環(huán)氧樹脂密封工藝,避免外部水汽、粉塵干擾,延長使用壽命;壓電傳感器集成于螺栓頭部,無需鉆孔破壞螺栓結(jié)構(gòu),適配現(xiàn)役設(shè)備改造。信號處理環(huán)節(jié),先通過小波包變換分離扭矩特征頻段(10-100kHz)以去除噪聲,再用最小二乘法建立應(yīng)變 - 軸力標定曲線完成靜態(tài)校準,最后通過 D-S 證據(jù)理論融合雙傳感器數(shù)據(jù),有效降低單一傳感器誤報率(誤報率下降至 3% 以下)。
技術(shù)突破:借助 ABAQUS 有限元仿真分析螺栓應(yīng)力集中區(qū)域,優(yōu)化傳感器布局;壓電傳感器采用環(huán)形陣列設(shè)計,360° 覆蓋扭轉(zhuǎn)方向,靈敏度提升 20%;針對溫度干擾,選用自補償型應(yīng)變片與 KNN 基無鉛壓電材料,在 30-120℃溫度范圍內(nèi),應(yīng)變測量變化量控制在 10.6% 以內(nèi);實驗驗證中,通過全自動高強螺栓檢測儀施加 20-500kN 標準軸力,軸力測量誤差 ±1% FS,振動臺模擬 1-20Hz 松動過程,扭矩檢測誤差 ±3% FS。
應(yīng)用價值:在某風電場塔筒螺栓組的試點應(yīng)用中,系統(tǒng)可實時監(jiān)測螺栓軸力衰減趨勢,預(yù)測誤差 < 5%,提前 72 小時預(yù)警松動風險;相比傳統(tǒng)單一傳感器方案,該系統(tǒng)減少 50% 傳感器配置數(shù)量,大幅降低風電、橋梁等領(lǐng)域的監(jiān)測成本,相關(guān)技術(shù)指標已滿足 VDI2230 行業(yè)標準要求,為智能螺栓技術(shù)標準化、產(chǎn)業(yè)化提供支撐。