[实用新型]超声波多通道螺栓应力计

说明书

本实用新型属于超声工业检测领域。螺栓、螺母和垫圈是工业中常用的紧固件，通常采用扭力板手来上紧螺栓，由于每个螺栓、螺母和垫圈之间的磨擦力不同，往往在相同的扭力作用下，所上紧的各个螺栓的实际应力会相差很大，甚至可能会使个别螺栓因应力过大而损坏，因应力不均或过小而泄漏。因此在一些高可靠性的使用场合，为了安全起见，需要对每个螺栓进行应力测定。目前的单通道的螺栓应力测定仪，能分别对单个螺栓的应力进行测定。在实际使用中，每个法兰上至少有三～四个螺栓，而每上紧其中一个螺栓时，会引起相近几个螺栓上的应力产生变化，所以要最终测定各个螺栓上的实际应力，就必须对同一法兰上的所有螺栓进行多次循环检测，这种方法十分费时费工，而且因每次测量前重新安装换能器不仅费时，因换能器与螺栓的耦合状态及位置每次不可能完全一致而大大降低超声波法测量螺栓应力的测量精度。

本实用新型的目的在于克服单通道超声波螺栓应力计在实际使用中的不足，如：多次循环测量既费时又费工、每次安装时引起的换能器与螺栓耦合及位置的不一致而产生的测量误差，设计了采用计算机化的多通道超声波螺栓应力计，可同时对多个螺栓进行检测，并在监视屏上棒形图和数学表格形式显示各个螺栓上的应力，操作人员能有针对性地调整各螺栓上的应力到大小均匀恰当，防止应力过大而断裂或因过小，不均匀而泄漏的事故发生。

本实用新型是这样实现的：整个螺栓应力测量系统通过多通道选择装置对同一个法兰上相关的螺栓群体(如同一法兰上的所有螺栓)的每个螺栓都构成一个独立的测量回路，对各个测量回路实施快速切换，完成自动巡回检测，并由计算机把各个螺栓测量回路测得的预紧前后的纵波的声时差值与事先预存在ROM中的螺栓的声时差、夹紧长度、温度和应力的对应关系进行计算，得到相应的螺栓应力，并把结果在显示屏上用图表与数字表格形式显示。显示屏上还可画出最佳应力、应力过高、过低的界限，便于操作人员直接按照屏上所示，有目的地调节各个螺栓上的应力直至各个螺栓上应力恰当、一致。所有结果都可以存档备查。

本实用新型的优点在于：充分利用计算机快速运算及数据处理的特点、迅速与准确，实时绘出每个螺栓上的应力，便于操作人员有目的地调节各个螺栓上的应力，省时省力；消除了每次安装时带来的换能器与螺栓耦合的不一致而造成的测量误差，保证了超声波应力测量的准确性；防止了由于应力过大造成螺栓断裂，过小不均匀造成泄漏的事故。

附图为本实用新型实施例，其中：

图1，本实用新型原理图；

图2，探头剖面图；

图3，发射电路图。

结合附图对本实用新型作进一步的描述。

图1，单片机主体3轮流控制多通道中某一通道的发射电路4发射声波，放大电路5放大超声探头11收到的螺栓底面的反射信号，过零电平检测电路6，被触发发射电路的信号启动，拣出回波信号过零电平到达的瞬刻产生一个由发射到接收的正方波时宽脉冲。这一时宽脉冲方波通过或门7控制计时门8让高频晶振时标9在发到收的时间间隔中通过，由单片机主体3计数。单片机还通过温度传感器10测定整个法兰的温度。计算机2通过RS232接口或者平行口接口读取单片机主体3传来的温度，声时数据，用采集到的各个螺栓预紧前后的声时，温度和预先存储在计算机内的螺栓的应力，声时差，温度夹紧距离，材质等之间的关系显示出螺栓的应力并在屏幕1上以图表，数字的形式显示，使操作人员能有针对地调整各个螺栓应力的大小、恰当。测时采用“随机多次测量后平均的检测方法”使得测量灵敏度达到0.1ns。

若把连接超声探头11的连线先与波段开关式的选择器连接，通过波段开关式的选择器再与超声探头连接，这样可使实测的螺栓数成倍地增加。

图2，超声探头11的外壳12由铁制成，保护晶片13和增加探头11的吸附力作用，四氟隔离环14设在外壳12内侧与强磁性圆片15之间防止电和磁的短路。

图3，单片机主体3传来的触发发射信号启动发射单稳16，产生一个窄方波驱动发射功放管G₁导通，通过电容C₁激励声波脉冲，这一声波在螺栓底面反射回来，又在晶片13上产生一对应于回波信号的电讯号，发射电脉冲和回波信号通过电容C₂限幅电阻R₂传给放大器。对于幅度很小的接收回波，限幅二极管G₂，G₃相当于开路。对于发射信号，G₂、G₃在二端电压超过0.7V时将导通保证放大器输入端信号。小于0.7V不致损坏，超过部分都降在限幅电阻R₂上。