Page 109 - 无损检测2021年第五期
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张 磊, 等:
风机叶片连接螺栓损伤的在线监测
应用。 局部高频动力) 的研究, 因此尚未形成有效的监测理
WAIT 等 [ 15 ] 通过结合阻抗方法和兰姆波的应 论。阻抗法具有很高的激励频率和可调节的感应面
用来分析螺栓系统的结构完整性。 AN 等 [ 16 ] 利用 积, 因此非常适合局部动态特性的研究。如果解决了
从表面安装压电换能器同时获得的阻抗和导波信号 螺栓连接状态对局部动态影响的表征问题, 阻抗方法
来检测螺栓松动, 说明了集成的阻抗和基于导波的 在在线监测螺栓连接方面将具有良好的发展潜力。
损伤检测技术的适用性。图 6 所示为螺栓在拧紧状
4 基于叶片螺栓微变形的光纤传感监测技术
态下不同温度条件时测得的导纳和导波信号; 图 7
所示为螺栓在松动和拧紧状态下, -10 ℃ 时测得的 光纤传感检测法使用的光纤技术分为 3 类: 光
导纳和导波信号。图 6 和图 7 表明, 在温度变化的 纤光栅传感技术; 光纤微机电传感技术; 光纤分布式
条件下进行损伤诊断是一项艰巨的任务, 因为导纳 传感技术。这些技术可测量结构的温度、 应变、 应
和导波信号对损伤和温度均较敏感。 力、 加速度、 倾角、 位移等参数, 在先进制造、 航天国
防、 资源环境和工业物联网等领域都有广泛的应用。
风机叶片螺栓的监测主要应用光纤微机电传感
技术。该技术将光栅与螺栓紧密贴附, 螺栓的形变
导致光信号发生变化, 这种变化被解调器解析后可
实现螺栓形变的监测 [ 18 ] 。光纤微机电传感器的硅
基敏感结构采用微机电技术集成制造, 采用光纤检
测技术读取信号, 因此, 该技术具有光纤微机电传感
器和光纤传感器的共同优点。光纤微机电传感器通
过实时检测螺栓的受力数据和评估螺栓松动引起的
损伤, 克服了现有传感器“ 宽频” 和“ 高精度” 的制约,
消除了雷击损伤和电磁干扰, 降低了电子传感器和
图 6 螺栓在拧紧状态、 不同温度条件下测得的 电缆引燃叶片的安全隐患。
导纳和导波信号
5 基于叶片螺栓材料及结构特征的检测技术
随着 科 技 发 展, 传 统 检 测 方 法 不 断 进 步 的 同
时, 新技术也在不断涌现, 新兴的检测方法主要如
下所述。
( 1 )角度传感器法。在指定的被监测螺母上安
装一个角度传感器与接收器, 通过实时监测得出螺
母逆时针旋转的角度信号, 将螺栓的最大预紧力作
为初始状态, 传感器的计数值设为 0 , 随着螺栓的蠕
动, 螺母会发生逆时针旋转, 传感器随之计数, 即可
监测到螺栓的连接状态 [ 19 ] 。
( 2 )磁附法。该方法应用于塔机螺栓的安全检
图 7 螺栓在松动和拧紧状态下, -10 ℃ 时测得的 测, 主要由带号码的磁块和塑料环片组成 [ 20 ] 。工作
导纳和导波信号 原理为, 当螺栓受力, 螺母松动下移并推动塑料和磁
[ 17 ] 块环向下移动时, 磁块脱离螺栓底部, 此时磁块受到
因精密阻抗分析 仪成本 高, MASCARENAS
等设计了基于 AD5933 型阻抗测量芯片的无线阻抗 的磁力小于其自身重力, 与塑料环一起掉落。工作人
设备, 并将其用于结构健康监测, 降低了成本, 但是, 员可根据掉落的磁块或者塑料环锁定问题螺栓。
阻抗芯片有限的扫描面积和采样频率限制了其应用。 ( 3 )氢脆检测法。氢脆是高强度螺栓质量隐患的
所有上述阻抗方法都通过阻抗信号分析来确定 主要来源, 文献[ 21 ] 归纳了适用于航天产品的螺栓氢
螺栓的连接状态, 缺乏对螺栓结构动力特性( 尤其是 脆检测法: 氢含量检测法; 应力持久法; 分步加载法。
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2021 年 第 43 卷 第 5 期
无损检测
