[发明专利]一种输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断装置及方法

权利要求书

1.一种输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断装置，其特征在于：包括应变数据采集装置、无线传感器网络系统、螺栓松动诊断模块和诊断结果发送模块；

至少两个应变数据采集装置预先安装在输电塔同一个杆材连接节点的节点螺栓处，用于采集输电塔同一个杆材连接节点附近至少两个不同位置的应变响应数据；所述应变数据采集装置为由压电材料片和连接导线组成的压电薄膜应变片；

所述螺栓松动诊断模块,与无线传感器网络系统通讯连接，用于通过无线传感器网络系统获取所述应变响应数据，通过节点螺栓松动指标计算公式计算出待诊断杆材连接节点的螺栓松动指标，并通过待诊断杆材连接节点的螺栓松动指标判断螺栓松动失效情况，得到节点螺栓松动失效诊断结果；

所述诊断结果发送模块,与螺栓松动诊断模块通讯连接，用于发送节点螺栓松动失效诊断结果至诊断结果显示终端；

所述螺栓松动指标的计算及螺栓松动失效判断过程如下：

(1)待诊断杆材连接节点处的任意两个压电薄膜应变片的位置分别记为A和B，在第i阶模态下，t时刻，位置A和位置B的两个压电薄膜应变片的实时应变响应数据分别为δ_i^A(t)和δ_i^B(t)；

(2)计算杆材连接节点未出现螺栓松动时，某个时间段内位置A压电薄膜应变片在第i阶模态下测量的实时应变响应数据的均方根δ_i^A和位置B压电薄膜应变片在第i阶模态下测量的实时应变响应数据的均方根δ_i^B，则在该时间段第i阶模态下，压电薄膜应变片测量的位置B和A处的实时应变响应数据的均方根比r：

计算诊断时，相同时间段内位置A压电薄膜应变片在第i阶模态下测量的实时应变响应数据的均方根和位置B压电薄膜应变片在第i阶模态下测量的实时应变响应数据的均方根则该时间段内第i阶模态下，压电薄膜应变片测量的位置B和A处的应变响应的均方根比r^d：

(3)将步骤(2)中计算的r和r^d代入公式③中计算出待诊断杆材连接节点的螺栓松动指标ζ：

并根据计算出的螺栓松动指标ζ判断螺栓是否出现松动，当ζ等于0，则节点未出现螺栓松动；当|ζ|大于0且小于100％，则节点螺栓出现部分松动但未完全失效；当|ζ|等于100％，则节点螺栓完全松动失效。

2.根据权利要求1所述的一种输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断装置，其特征在于所述装置还包括：

数据存储系统，所述数据存储系统通过无线传感器网络系统分别与应变数据采集装置、螺栓松动诊断模块连接，用于接收并储存应变数据采集装置采集的应变响应数据；

所述螺栓松动诊断模块具体用于通过无线传感器网络系统从所述数据存储系统获取所述应变响应数据。

3.根据权利要求1或2所述的一种输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断装置，其特征在于：所述杆材连接节点的杆材之间通过连接钢板及分布在连接钢板上的节点螺栓或直接通过节点螺栓进行连接，每个压电薄膜应变片的压电材料片粘接在连接钢板或杆材表面，并在其外部设有防护罩，连接导线从防护罩引出，并与无线传感器网络系统的信号输入端连接。

4.根据权利要求2所述的一种输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断装置，其特征在于：所述无线传感器网络系统包括传感器节点、路由节点和网关，传感器节点接收压电薄膜应变片测量的实时应变响应数据，并传输至路由节点，再汇集于网关，网关与数据存储系统通讯连接，并将实时应变响应数据传输至数据存储系统。

5.根据权利要求3所述的一种输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断装置，其特征在于：所述输电塔杆材连接节点为竖向或横向杆材与斜向杆材连接成K型节点时，杆材连接节点之间通过连接钢板及分布在连接钢板上的多个节点螺栓连接，在连接钢板上分布两个相互垂直的压电薄膜应变片。