[发明专利]基于混频非线性超声的法兰螺栓松动检测方法及检测装置

权利要求书

1.基于混频非线性超声的法兰螺栓松动检测装置，其特征在于包括激励信号产生系统、法兰螺栓连接件、检测信号采集系统和信号处理系统；

法兰螺栓连接件包括通过螺栓连接在一起的法兰，所述法兰螺栓连接件的螺栓头所在法兰面上布置有激励压电传感器阵列，法兰螺栓连接件的螺母所在法兰面上布置有接收压电传感器阵列；

激励信号产生系统包括函数发生器、BNC接头和高压功率放大器，所述函数发生器包括两个输出通道，能够同步触发两列连续正弦高频信号；所述BNC接头用于对函数发生器发出的两列连续正弦高频信号进行信号叠加，并输入至高压功率放大器，高压功率放大器用于对信号的电压和功率进行放大；

其中，所述激励信号产生系统输出的叠加、放大后的信号，输出给所述法兰螺栓连接件上的激励压电传感器阵列产生混频超声信号，混频超声信号输入至法兰螺栓连接件的主体结构中发生调制后被法兰另一侧的接收压电传感器阵列接收；

所述检测信号采集系统用于采集由接收压电传感器阵列传来的检测信号，并将采集到的信号传输给信号处理系统；所述信号处理系统用于对采集到的检测信号进行分析，提取信号中的混频调制分量的特征，计算非线性系数，利用非线性系数评估法兰螺栓松动状态。

2.如权利要求1所述的基于混频非线性超声的法兰螺栓松动检测装置，其特征在于所述法兰螺栓连接件的结构中，激励压电传感器以及接收压电传感器的数量均与法兰上螺栓的数量相同，螺栓在法兰上沿着圆周方向间隔阵列排布，每两个螺栓中间位置的螺栓头所在法兰面上均布置有一个激励压电传感器，每两个螺栓中间位置的螺母所在法兰面上均布置有一个接收压电传感器，激励压电传感器和接收压电传感器均在法兰上沿着圆周方向间隔阵列排布设置；其中，所述激励压电传感器和接收压电传感器均是由压电陶瓷片构成，并在法兰的两侧面上呈一一对称分布。

3.如权利要求1所述的基于混频非线性超声的法兰螺栓松动检测装置，其特征在于所述检测信号采集系统采用高频信号采集卡，所述信号处理系统为计算机。

4.一种基于权利要求3所述的基于混频非线性超声的法兰螺栓松动检测装置的检测方法，其特征在于包括以下步骤：

1)确定两列高频信号的最佳激励频率：利用函数发生器产生一组正弦扫频信号，所述一组正弦扫频信号经过高压功率放大器放大之后传入法兰螺栓连接件，后被高频信号采集卡采集，通过计算机分析找出响应最佳时对应的频率，在不同超声频率范围内重复上述操作，确定两列连续正弦高频信号的最佳激励频率分别为f1、f2；

2)同步触发两列连续正弦高频信号：通过控制函数发生器的输出通道1和2的触发方式实现激励频率f1、f2两列信号同步触发，经由BNC接头叠加后输出；

3)接入法兰螺栓连接件：将叠加后的信号输出至高压功率放大器对信号的电压和功率进行放大，然后将信号输出给激励压电传感器阵列，产生混频超声信号，并输入待测法兰螺栓连接件，经过法兰螺栓连接件调制后经其另一侧的接收压电传感器阵列接收并传入检测信号采集系统；

4)利用非线性系数评估法兰螺栓松动状态：所述检测信号采集将采集到的信号传输给计算机，计算机对采集到的检测信号进行分析，通过傅里叶变换得到检测信号的频谱图，从频谱图中读取调制边频处的幅值及两个基频处的幅值，计算非线性系数，利用非线性系数评估法兰螺栓的松动状态。

5.如权利要求4所述的基于混频非线性超声的法兰螺栓松动检测方法，其特征在于所述的的同步触发两列连续正弦高频信号的具体方式为：

1)将所述函数发生器的输出通道1触发的信号进行BRUST，将循环方式改为无限循环，并将其触发方式改为外部触发；

2)将所述函数发生器的输出通道2触发的信号进行BRUST，将循环当时改为无限循环，并将其触发方式改为手动触发；

3)确保输出通道2的激励频率高于输出通道1的激励频率，实现在手动触发输出通道2的同时带动输出通道1的触发，从而可避免因触发顺序不同或触发先后时间不同对调制产生的影响。

6.如权利要求4所述的基于混频非线性超声的法兰螺栓松动检测方法，其特征在于所述利用非线性系数评估法兰螺栓松动状态的具体步骤为：

1)对采集到的检测信号进行傅里叶变换，得到信号的频谱图，从频谱图中读取差频f2-f1处的幅值A_f2-f1、和频f2+f1处的幅值A_f2+f1，以及基频f1处的幅值A_f1、基频f2处的幅值Af2；

2)根据公式计算出检测信号的非线性系数β，利用非线性系数与螺栓松动程度的关系，评估法兰螺栓松动状态。