[发明专利]多通道超声螺栓预紧力测试系统

说明书

本发明公开了一种多通道超声螺栓预紧力测试系统。本发明实现多通道发射与接收，实现激励信号的优化处理，实现超声探头的固定与实时监测，具有高性能、低成本的特点。本发明通过对通道控制器的设计，实现了单个信号输出口控制8个通道的智能螺栓预紧力测试，大大节省了成本和空间；同时利用信号优化处理模块，输出最佳激励波形；为了实现预紧力的实时监测，设计了探头固定装置，使超声探头能够稳定的发射与接收信号。

技术领域

本发明属于预紧力检测技术领域，具体的为一种多通道超声螺栓预紧力测试系统。

背景技术

螺栓作为常用的连接件，在工程中应用十分广泛。施加于其上的轴向预紧力对它的性能、寿命都有很大的影响。而螺栓常常以螺栓组的方式出现，往往表现出弹性相互作用的特性。对多个螺栓内部的应力测量，可以预防事故的发生，保证结合面受力的均匀性，优化栓接结构尺寸和质量。因此，实时准确地测量螺栓组的预紧力情况越来越得到人们的重视。

目前，基于压电的智能结构研究得到了众多学者的关注。扭矩扳手法通过控制输入扭矩控制螺栓预紧力；王涛等设计了基于压电时间反演的螺栓预紧力传感器，通过检测连接界面的状态来反映预紧力的大小；李文波等设计了一种通过电磁超声的方式进行预紧力测量的方法。但以上研究均为单通道预紧力测试，对螺栓组的预紧力测试存在局限性。

发明内容

针对上述对螺栓组的预紧力测试存在局限性的问题，以及为了满足不同型号的螺栓需要不同最佳激励信号，同时需要实现超声探头的固定，本发明提供了一种多通道超声螺栓预紧力测试系统。本发明通过通道控制器，实现了智能螺栓的多通道发射；能够针对不同型号、不同材料的螺栓，实现了激励信号的优化处理，减少频散效应的影响；设计特定的探头固定装置，实现超声信号的实时监测。

本发明的技术方案：

多通道超声螺栓预紧力测试系统，包括多通道信号发射接收模块、信号优化处理模块和探头固定装置；

所述的多通道信号发射接收模块，包括PC端、STM32F4、FPGA、DA模块、通道控制器、智能螺栓和示波器；多通道信号发射接收模块以PC端为控制中心，通过RS232与STM32F4进行串口通信，STM32F4通过总线控制FGPA，利用DA模块进行波形输出；输出波形通过BNC线与通道控制器连接，控制8个通道的激励波形激励相应的智能螺栓；将智能螺栓产生的信号通过高频信号线与示波器连接，示波器与PC端用网线连接；通道控制器将连续发射的单通道信号通过逻辑门控制，分段成8个通道，产生8个通道的信号激励；

所述的信号优化处理模块，包括产生初始波形群体、计算波形群体中所有个体适应度值、选取群体中适应度值高的个体、交叉操作、变异操作、迭代终止判断；信号优化处理模块采用遗传算法建立波形群体，通过计算波形群体的适应值，进行交叉操作和变异操作，当满足条件准则时，确定出该型号、该材料所对应的最佳激励波形；

所述的探头固定装置，包括探头固定件、螺栓固定件、紧固螺钉A、紧固螺钉B；探头固定装置以被测螺栓为基体，通过紧固螺钉A将螺栓固定件与被测螺栓进行连接固定；同时在螺栓固定件上放置探头固定件，通过左右两个紧固螺钉B，将其进行连接固定；利用探头固定件上方的螺纹将超声探头旋紧固定，探针通过探头固定件的中心孔与智能螺栓的压电晶片接触，进行信号的发射与接收。

本发明的实施步骤为：

1)多通道信号发射接收模块，以labview为控制核心，联合STM32F4+FPGA模块与DA模块输出单通道波形，通过通道控制器的逻辑门控制，如图2所示，将单通道的8个信号拆分成8个通道的信号，实现8通道的超声螺栓预紧力监测；

2)通过8个探头固定装置(如图3)，将超声探头通过螺纹的形式与探头固定装置进行连接，实现了稳定的信号发射与接收以及实时监测；