[发明专利]一种带温度补偿的输电铁塔螺栓预紧力测量探头和方法

权利要求书

1.一种带温度补偿的输电铁塔螺栓预紧力测量方法，其特征在于，利用带温度补偿的输电铁塔螺栓预紧力测量探头，所述测量探头包括外壳和设置在外壳内的固定环、温度传感器、圆柱形纵波超声压电陶瓷晶片、圆柱形横波超声压电陶瓷晶片，所述的圆柱形横波超声压电陶瓷晶片设置在外壳内中部且与螺栓贴合，所述的圆柱形纵波超声压电陶瓷晶片设置于圆柱形横波超声压电陶瓷晶片上方，所述的固定环设置外壳内壁上且与螺栓固定，所述的温度传感器设置在固定环和圆柱形横波超声压电陶瓷晶片之间且与螺栓接触，所述的外壳内部间隙设置背衬；

所述测量方法包括以下步骤：

S1：通过延时激励方法依次激发横波和纵波电信号，分别通过横波和纵波超声压电陶瓷晶片转换为机械波，记录入射波时间，并通过结合界面沿着螺栓轴线由螺栓头部向尾部传播；

S2：依次接受超声横波和纵波机械波回波信号，分别通过横波和纵波超声压电陶瓷晶片转化为电信号，记录回波时间，获取回波和入射波的声时差；

S3：通过温度传感器测量输电铁塔螺栓的温度，记录相对室温的温度改变量；

S4：将步骤S2得到的声时差、步骤S3得到的温度改变量代入热声弹性效应方程，得到预紧力；

步骤S4中所述的热声弹性效应方程为：

式中：σ轴向应力，K_L与K_T分别为纵波与横波的声弹性系数；F_p为螺栓预紧力；

对输电铁塔螺栓，L为螺栓伸长后的总长度，预紧后螺栓的等效受力长度为L₂，即为夹持长度加上螺栓头部和螺母轴向长度之和的一半；

Δt_L代表纵波传播时差，Δt_T代表横波传播时差；

V_L0与V_T0分别为室温条件下，零应力σ＝0状态下的纵波和横波声速；

ΔT是相对室温的温度改变量；

A_s为螺栓有效承力截面积，可表达为：d为螺栓公称直径，P为螺纹螺距。

2.根据权利要求1所述的一种带温度补偿的输电铁塔螺栓预紧力测量方法，其特征在于，所述的外壳为铝质合金圆柱形外壳。

3.根据权利要求1所述的一种带温度补偿的输电铁塔螺栓预紧力测量方法，其特征在于，所述的背衬材质为环氧树脂材料。

4.根据权利要求1所述的一种带温度补偿的输电铁塔螺栓预紧力测量方法，其特征在于，所述的固定环为环状吸附磁铁，所述的吸附磁铁与螺栓吸合。

5.根据权利要求1所述的一种带温度补偿的输电铁塔螺栓预紧力测量方法，其特征在于，所述的温度传感器为圆环形热敏材料温度传感器。

6.根据权利要求1所述的一种带温度补偿的输电铁塔螺栓预紧力测量方法，其特征在于，所述的外壳上还设置接插件。