一种用于结构健康监测的智能螺栓的制作方法

本实用新型涉及螺栓领域，特别涉及一种用于结构健康监测的智能螺栓。

背景技术：

在船舶、电网、水利、桥梁建筑等工程领域存在很多造价昂贵的大型结构或设备，如风机、海洋平台、桥梁、输电塔、港机、船舶等。由于这些工程结构或设备使用环境恶劣，在长期使用过程中，由于受地基沉降、超载、腐蚀、运输、拆装等各种原因，各部件、部件间连接及整体都会出现不同程度的损伤或变形，常有发生倒塌等恶性事故，造成巨大的经济损失和人员伤亡。所以，对这些大型结构的监测势在必行。在这些结构中，螺栓是必不可少的部件，被大量用于固定各部件，对整个大型结构起着非常重要的作用。当大型结构发生变形时，这些固定各部分的螺栓所承载的轴力将最先发生变化；同时，结构各个部分的固有频率也会发生变化。

鉴于此，本专利阐述了一种既能监测螺栓轴力，又能监测结构各个部分固有频率变化的智能螺栓系统。该智能螺栓系统结构独立，可以分布式布置，不仅可以单独监测各位置螺栓轴力、附近部件的固有频率变化，也可以通过不同位置、多螺栓组网方式综合判断出大型结构或设备的整体结构健康状态，并以无线网络的方式向监控中心传送数据。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种用于结构健康监测的智能螺栓，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种用于结构健康监测的智能螺栓，包括螺栓主体，所述螺栓主体的上端固定安装有螺盖，且螺盖的下端固定安装有螺杆。

所述螺盖的上表面靠近中间位置固定安装有压电陶瓷片，且压电陶瓷片的上表面靠近中间位置固定安装有信号限位片，所述压电陶瓷片的内部靠近上端位置设置有电极层，且压电陶瓷片的内部靠近下端位置设置有压电陶瓷层，所述电极层与压电陶瓷片之间固定安装有保护层。

所述螺栓主体的一端固定连接有螺栓预紧力测试仪，且螺栓预紧力测试仪的一端通过无线通讯设备远程连接有电脑终端，所述电脑终端的内部设置有云存储。

优选的，所述螺杆的下端均匀设置有螺纹，且螺杆的外表面设置有防松胶水。

优选的，所述电脑终端的内部固定安装有存储器，存储器的内部设置有健康阈值。

优选的，所述螺杆的下端设置有螺帽，且螺杆与螺帽之间设置有弹簧垫片。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：该一种用于结构健康监测的智能螺栓，通过设置的压电陶瓷片，能够监测设备结构重要连接部位的螺栓预紧力同时监测设备结构各个组成部件的结构健康情况，防止发生意外，并且对于批量设备，由于智能螺栓的安装位置相对固定，使得一台设备上所采集的振动频谱可以与其它设备进行标定、对比，综合判断得出结论，减少误差，通过设置的防松胶水，能够有效的防止智能螺栓松动，提高了设备使用时的安全性，整个智能螺栓结构简单，操作方便，使用效果相对于传统方式更好。

附图说明

图1为本实用新型一种用于结构健康监测的智能螺栓的整体结构示意图。

图2为本实用新型一种用于结构健康监测的智能螺栓的螺盖放大图。

图3为本实用新型一种用于结构健康监测的智能螺栓的螺杆放大图。

图4为本实用新型一种用于结构健康监测的智能螺栓的压电陶瓷片剖析图。

图5为本实用新型一种用于结构健康监测的智能螺栓的系统图。

图中：1、螺栓主体；2、螺盖；3、螺杆；4、压电陶瓷片；5、信号限位片；6、螺纹；7、防松胶水；8、电极层；9、保护层；10、压电陶瓷层；11、螺栓预紧力测试仪；12、电脑终端；13、云存储。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

如图1-5所示，一种用于结构健康监测的智能螺栓，包括螺栓主体1，螺栓主体1的上端固定安装有螺盖2，且螺盖2的下端固定安装有螺杆3。

螺盖2的上表面靠近中间位置固定安装有压电陶瓷片4，且压电陶瓷片4 的上表面靠近中间位置固定安装有信号限位片5，压电陶瓷片4的内部靠近上端位置设置有电极层8，且压电陶瓷片4的内部靠近下端位置设置有压电陶瓷层10，电极层8与压电陶瓷片4之间固定安装有保护层9；螺杆3的下端均匀设置有螺纹6，且螺杆3的外表面设置有防松胶水7，防松胶水7是一种高粘度，无毒，触变形，水基预涂螺纹密封剂，干燥后，防松胶水7变成一种弹性，粘附力强，无需固化的密封剂，能够有效的防止智能螺栓松动；螺栓主体1的一端固定连接有螺栓预紧力测试仪11，且螺栓预紧力测试仪11的一端通过无线通讯设备远程连接有电脑终端12，电脑终端12的内部设置有云存储13；电脑终端12的内部固定安装有存储器，存储器的内部设置有健康阈值；螺杆3的下端设置有螺帽，且螺杆3与螺帽之间设置有弹簧垫片。

需要说明的是，本实用新型为一种用于结构健康监测的智能螺栓，使用时在螺盖2的上表面靠近中间位置固定安装有压电陶瓷片4，使之成为智能螺栓，此种智能螺栓有两种工作模式：主动工作模式和被动工作模式；

主动工作模式：测量螺栓预紧力，以确保设备重要部位螺栓不松动，通过设定螺栓预紧力阈值，可以进行远程自动预警；

被动工作模式：当电压作用于压电陶瓷层10时，就会随电压和频率的变化产生机械变形，依据压电效应，固接在螺盖2的上表面的压电陶瓷片4可以以电压信号采集振动，对智能螺栓所采集的振动时域信号，通过傅立叶变换可以对所采集的振动信号进行频域分析，通过频域内结构各个部件主频的偏移和幅值变化，进行结构健康监测。

在主动工作模式下，系统通过电脑终端12对螺栓预紧力测试仪11进行无线远程控制，螺栓预紧力测试仪11根据电脑终端12的指令发射脉冲电信号，智能螺栓通过信号限位片5和压电陶瓷片4将脉冲电信号转变为同频率的机械纵波，机械纵波经螺栓底部反射形成机械回波，压电陶瓷片4将机械回波转变为电信号并经过信号限位片5将电信号传回至螺栓预紧力测试仪11，螺栓预紧力测试仪11将接收到的回波电信号加以时间标记，经无线通讯设备传送到电脑终端12，通过电脑终端12的后处理程序，即可精确得到智能螺栓当前的预紧力，电脑终端12可将测得的智能螺栓的当前预紧力上传至云存储 13，并可随时访问下载云存储13中的历史数据，掌握智能螺栓的预紧力的变化情况；

在被动工作模式下，系统通过电脑终端12对螺栓预紧力测试仪11进行无线远程控制，螺栓预紧力测试仪11根据电脑终端12的指令，在智能螺栓上通过信号限位片5和压电陶瓷片4实时采集振动信号，螺栓预紧力测试仪 11将采集到的振动信号进行傅立叶变换，输出时频谱，经无线通讯设备传送到电脑终端12，通过电脑终端12的后处理程序，根据事前设定好的阈值进行结构健康评估，电脑终端12可将测得的智能螺栓的时频谱上传至云存储13，依据深度学习的方式进行模式识别，以更加准确地判定智能螺栓所在设备的结构健康情况，对于批量设备，由于智能螺栓的安装位置相对固定，使得一台设备上所采集的振动频谱可以与其它设备进行标定、对比，综合判断得出结论，减少误差，较为实用。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。