[发明专利]一种利用主动超声导波定量化监测螺栓预紧力矩的方法

权利要求书

1.一种利用主动超声导波定量化监测螺栓预紧力矩的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：离线建立参考数据库：

步骤1.1：采用数显力矩扳手将待测螺栓在连接结构上手动拧紧，并记录力矩扳手数值；

步骤1.2：在连接结构上胶粘两片宏纤维压电复合材料元件，分别作为激励器和传感器；其中两片宏纤维压电复合材料元件分别处于待测螺栓两侧，螺栓中心以及两个宏纤维压电复合材料元件的主形变方向共线；

步骤1.3：作为激励器的宏纤维压电复合材料元件依次连接功率放大器和波形发生器；作为传感器的宏纤维压电复合材料元件依次数字示波器和计算机；

步骤1.4：在波形发生器中存储3-5周期经汉宁窗调制的正弦信号，正弦信号中心频率为100～300KHz；波形发生器将存储的正弦信号按照单脉冲形式输出，输出信号经功率放大器放大后施加给作为激励器的宏纤维压电复合材料元件电极两端，功率放大器放大后的信号脉冲峰峰值为80～100V；

步骤1.5：监测作为传感器的宏纤维压电复合材料元件两端电极的电压信号，并对监测到的信号进行高通滤波，得到滤波后的响应信号；

步骤1.6：计算滤波后的响应信号的均方根，并以均方根作为识别螺栓预紧扭矩的特征参量；

步骤1.7：彻底松动螺栓，而后以步骤1.1中手动拧紧的力矩值开始，选择若干个大于手动拧紧力矩值的螺栓预紧力矩；对于每个螺栓预紧力矩值，重复步骤1.4-步骤1.6，得到该螺栓预紧力矩值对应的特征参量；建立由预紧力矩和特征参量组成的参考数据库；

步骤2：在线监测螺栓预紧力矩：

波形发生器按照设定的时间间隔重复将存储的正弦信号以脉冲形式输出，而后监测作为传感器的宏纤维压电复合材料元件两端电极的电压信号，并对监测到的信号进行高通滤波，得到滤波后的响应信号；计算滤波后的响应信号的均方根；将得到的均方根与参考数据库比较，得到螺栓预紧力矩值。

2.根据权利要求1所述一种利用主动超声导波定量化监测螺栓预紧力矩的方法，其特征在于：在连接结构上用3MDP460工业胶粘贴宏纤维压电复合材料元件，胶层厚度为0.04-0.06mm，并在50℃～60℃温度下固化两个小时。

3.根据权利要求1所述一种利用主动超声导波定量化监测螺栓预紧力矩的方法，其特征在于：步骤1.5中高通滤波的截止频率不小于步骤1.4中的中心频率的1.5倍。

4.根据权利要求1所述一种利用主动超声导波定量化监测螺栓预紧力矩的方法，其特征在于：步骤1.7中，对于每个螺栓预紧力矩值，重复步骤1.4-步骤1.6若干次，得到该螺栓预紧力矩值对应的特征参量平均值的95％置信区间；建立由预紧力矩和特征参量平均值95％置信区间组成的参考数据库。