[发明专利]基于工作模态应变光纤光栅传感的螺栓松脱定位检测方法

说明书

本发明公开了一种基于工作模态应变光纤光栅传感的螺栓松脱定位检测方法，通过光纤光栅解调仪采集螺栓松脱前的波长时程，再用拧紧力矩扳手使的结构上的部分螺栓松脱，同时用力锤敲击激发出螺栓松脱后的各阶模态并采集螺栓松脱后的波长时程。通过快速傅里叶变换、Forsythe正交多项式和最小二乘法拟合单一测点的正应变功率谱，构建稳态图获得结构的固有频率和阻尼比，在此基础上采用应变传递率的方法计算了结构的应变模态振型；获知结构松脱前后的固有频率和模态应变后，得到固有频率和应变振型杂交的螺栓松脱损伤标识量和阈值来识别螺栓松脱的位置。本发明方法不仅可以高效检测结构中螺栓组中是否发生螺栓松脱，还可以准确定位螺栓组中松脱螺栓的位置。

技术领域

本发明属于螺栓松脱检测技术领域，尤其涉及一种基于工作模态应变光纤光栅传感的螺栓松脱定位检测方法。

背景技术

螺栓是被广泛应用于铁路、车辆、桥梁、工程设备等领域的常用紧固件，在使用过程中由于受振动、腐蚀和冲击等因素的影响，很容易引起螺纹式紧固件的松脱、变形、断裂或脱落，从而引起设备故障，甚至重大事故。所以，对螺栓的松脱检查一直是工程设备检查维护的重要项目。

在国内外已经公开的检测技术中，相对较为突出的方法有：振动信号分析方法和图像识别方法。在振动信号分析方法中，通常是根据结构的位移模态来识别螺栓松脱，但对于螺栓松脱这种局部结构损伤，应变比位移更加敏感；此外，传统电类加速度传感器在复杂的工作环境中容易因电磁干扰导致识别准确度下降。图像识别方法需要在螺栓连接处的转动部分和非转动部分上标记符号，但在设备长期服役后，标记符号会脱落或被污垢覆盖，导致无法进行图像判断，因而现有的图像识别方法难以满足实际需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于工作模态应变光纤光栅传感的螺栓松脱定位检测方法，不仅可以高效检测结构中螺栓组中是否发生螺栓松脱，还可以准确定位螺栓组中松脱螺栓的位置。该方法可以实现螺栓松脱定位长期检测。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于工作模态应变光纤光栅传感的螺栓松脱定位检测方法，该方法包括以下步骤，步骤一，在每个螺栓旁粘贴光纤光栅传感器；步骤二，将光纤光栅传感器、计算机以及光纤光栅解调仪连接起来，采用拧紧力矩扳手将螺组中的每个螺栓均拧紧至9±0.5N·m；步骤三，冲击载荷激发出结构的各阶模态，通过光纤光栅解调仪采集螺栓松脱前的波长时程；步骤四，再次使结构上的部分螺栓松脱，同时激发出螺栓松脱后的各阶模态并采集螺栓松脱后的波长时程；步骤五，通过快速傅里叶变换、Forsythe正交多项式和最小二乘法拟合单一测点的正应变功率谱，构建稳态图获得结构的固有频率和阻尼比；步骤六，在此基础上采用应变传递率的方法计算结构的应变模态振型；步骤七，获知结构螺栓松脱前后的固有频率和模态应变后，得到固有频率和应变振型杂交的螺栓松脱损伤标识量和阈值来识别螺栓松脱的位置。采用光纤光栅传感器具备体积小、抗电磁干扰等特点，相比其他电类传感器更加适应工厂恶劣的工作环境。所述步骤五中，结构螺栓松脱后，结构固有频率下降，固有频率仅仅只能反映结构的整体特性，不能对螺栓组中部分螺栓松脱进行定位，而我们设计的固有频率和应变振型杂交的螺栓松脱损伤标识量可以对螺栓组中螺栓松脱位置进行精确定位。

按上述技术方案，所述步骤二中，光纤光栅解调仪的解调频率根据结构所需要计算的前几阶固有频率进行选择。

按上述技术方案，选取解调仪解调频率2000Hz。

按上述技术方案，所述步骤三、步骤四中，采用力锤敲击模拟实际工况中的冲击载荷激发出结构的各阶模态。不需要采集力锤的激励信号，因此力锤也可用其他能模拟冲击载荷激发出结构各阶模态的重物代替。

按上述技术方案，所述步骤二中，采用拧紧力矩扳手将螺组中的每个螺栓均拧紧至9±0.5N·m。