[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

说明书

本发明公开了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，所示检测装置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。本发明的检测方法，利用混频激励方式下两列不同频率的超声信号在法兰螺栓连接部位发生的非线性声学响应来检测螺栓连接的紧固状态。本发明给出了法兰螺栓松动检测中压电传感阵列在法兰面上的布置方式以及利用非线性系数评估螺栓松动状态的方法。

技术领域

本发明涉及超声无损检测领域，尤其是一种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。

背景技术

法兰螺栓连接结构由于具有可拆卸、易维修、密封好、强度高等优点成为机械装备中普遍采样的连接方式之一。随着人们对机械装备安全性要求的逐渐提高，法兰螺栓连接结构的日益受到重视。在实际服役过程中，由于温度变化、载荷变化、周期振动等环境因素的影响，法兰螺栓连接部位可能会出现局部变形和应力松弛现象，造成螺栓连接松动，严重时导致法兰螺栓连接失效，引发安全事故。为避免此类事故发生，对法兰螺栓紧固状态进行检测显得尤为重要。

传统的基于振动和基于机电阻抗的螺栓紧固状态检测方法分别存在对前期松动不敏感、检测范围有限、检测成本高、难以实现实时监测等不足。基于线性超声的检测方法，在螺栓完全松动时检测效果明显，然而对于螺栓早期松动的检测效果不佳。因此，研发一种新型无损检测方法来评估法兰螺栓的松动情况是必然之势。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供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，利用混频激励方式下两列不同频率的超声信号在法兰螺栓连接部位发生的非线性声学响应来检测螺栓连接的紧固状态，并通过计算检测信号的非线性系数对法兰螺栓连接的紧固状态进行评价。

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。

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。

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。

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：