[发明专利]一种基于压电振动薄片的螺栓松动自给能监测系统

说明书

一种基于压电振动薄片的螺栓松动自给能监测系统，属于机械紧固件检测领域。本发明解决现有监测技术不能对隐蔽、振动螺栓进行有效监测的问题。本发明包括能量转换模块、能量收集模块、电压调理模块、信号处理模块和预警模块，能量转换模块安装在螺母或者螺栓与螺母固定的紧固件上，能量转换模块的输出端与能量收集模块的输入端连接，能量收集模块的输出端与电压调理模块的输入端连接；信号处理模块的输入端与能量转换模块连接，信号处理模块与预警模块连接，电压调理模块分别与信号处理模块和预警模块连接。本系统不需要额外电源及能量补给，解决了现有监测技术不能对隐蔽、振动螺栓进行有效监测的问题，并且具有装置简单、造价低廉的优点。

技术领域

本发明涉及一种基于压电振动薄片的螺栓松动自给能监测系统，属于机械紧固件检测领域。

背景技术

各种机器及部件在组装连接和紧固装配中都使用了螺栓和螺母等部件，为军用、民用等机械、建筑、桥梁等的组装和使用带来了极大的方便。但是如果固定物具有周期性振动，如电机、列车铁轨、风机叶片等，螺栓松动时有发生，若不加以防范，小则设备振动异常或部件损坏，大则整个设备瘫痪，造成巨大经济损失。对于长期振动的螺栓紧固器件，松动风险加剧，往往在剧烈震动中会自行松脱，致使部件损坏，甚致造成重大事故和人员伤亡。为了避免螺栓松动带来的危险事故，常规的方法为人工定期巡检，定期对连接螺栓进行检查。如在漫长的铁路沿线，工人通过敲击查看螺栓是否松动，并逐一进行紧固。而诸如发电机等部位的巡检则需要停机进行检测，看看螺栓和螺母之间是否出现了角位移，对重要设备还会逐一进行紧固。人工检查不仅存在效率低、定期检验成本高并伴有人身安全的风险，而且人工检查结果往往因人而异，很难保证检查结果的准确性和可靠性。

为了避免螺栓松动的风险，需要高效、准确及时发现螺栓松动，国内外对此进行了大量相关研究。主要分为以下几个方面：一方面，通过螺栓的设计及加固措施，从根源上降低振动的风险。常见的方法是对螺栓的螺纹进行自锁设计、添加自锁组件、喷涂防松涂料、焊接或者涂胶进行永久琐死等，然而这些方法在剧烈振动或特殊环境中依然不能很好解决螺栓松动的问题而且使得螺栓成本将大幅度增加，长期的振动磨损也使得螺栓的松动加剧，进而降低连接件等效强度，造成局部甚至整体结构的破坏。另一方面，实施监测系统对螺栓松动实时监测并进行及时紧固目前公开的监测系统其核心原理有两种：第一种是通过超声等声波反射方式监测回音信号，确定螺栓和紧固件之间是否有松动，这种方式对于静态螺栓来说效果较好，但对于振动的螺栓来说，噪声信号大，甚至可能出现误判。第二种是基于图像识别的方式通过预先对螺栓标记，通过对比标记位置，获得松动螺栓的情况。但由于螺栓转动整倍数圈数时与标记位置重合，因此存在漏判等问题，另外，这种放大对于显露且易于拍摄的螺栓来说效果较好，但对于不易拍摄或隐蔽螺栓则无法监测。针对以上问题，提出一种不需外加电源的远程实时监测振动螺栓的技术是十分必要的。

发明内容

本发明为了解决现有监测技术不能对隐蔽、振动螺栓进行有效监测的问题，提供了一种基于压电振动薄片的螺栓松动自给能监测系统，通过紧固件的振动进行能量收集，并根据螺栓松动情况不同带来的不同振动响应，对监测固体进行实时监测。

本发明的技术方案：

一种基于压电振动薄片的螺栓松动自给能监测系统，包括能量收集系统和信号处理系统，能量收集系统包括能量转换模块、能量收集模块和电压调理模块；信号处理系统包括信号采集处理模块和预警模块，能量转换模块安装在螺母或者螺栓与螺母固定的紧固件上，能量转换模块的输出端与能量收集模块的输入端连接，能量收集模块的输出端与电压调理模块的输入端连接；信号采集处理模块的输入端与能量转换模块连接，信号采集处理模块与预警模块连接，电压调理模块分别与信号采集处理模块和预警模块连接。

优选的：所述的能量转换模块包括压电片和振动悬臂梁，压电片粘结在振动悬臂梁上，振动悬臂梁固定在螺母或者螺栓与螺母固定的紧固件上；压电片与能量收集模块连接，振动悬臂梁与信号采集处理模块连接。