Page 98 - 无损检测2022年第十期

试验研究

DOI : 10.11973 / ws j c202210014

一种用于超声螺栓预紧力测量的时延算法

冉毅川 , 毛延翩 , 姬升阳 , 陈 兵 , 张承俊 , 刘德新 1
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( 1. 中国长江电力股份有限公司, 宜昌 443000 ;

2. 西南交通大学 材料科学与工程学院, 成都 610031 )

摘 要:针对重大工程领域中需要快速对螺栓预紧力进行监测的需求, 根据声弹性原理和胡

克定律推导了纵波法预紧力测量公式, 搭建了 1.25GHz高采样超声螺栓预紧力测量系统。将频

域升采样原理, 频域互相关时延估计算法相结合, 提出了频域补零互相关时延估计算法; 采用仿真
的方式验证了互相关时延算法计算结果的稳定性, 选取 8.8 级 M30 碳钢螺栓, 通过标定试验确定

其应力系数为 1.680MPa · ns ; 再对该型号螺栓进行加载试验, 试验结果表明, 频域补零互相关算
-1
法测试精度可达 3.5% , 运算速度较传统时域插值算法速度提升约 5 倍。

关键词:超声; 螺栓预紧力; 时延估计; 信号升采样

中图分类号: TG115.28 文献标志码: A 文章编号: 1000-6656 ( 2022 ) 10-0060-05

Atimedela y al g orithmformeasurin g the p reti g htenin g forceofultrasonicbolts
,
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RANYichuan , MAOYan p ian , JIShen gy an g CHENBin g ZHANGChen gj un , LIUDexin 1
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( 1.ChinaYan g tzePowerCo. , Ltd. , Yichan g443000 , China ;

2.SchoolofMaterialsScienceandEn g ineerin g , SouthwestJiaoton gUniversit y , Chen g du610031 , China )

Abstract : Inordertomeetthedemandforra p idmonitorin g ofbolt p reloadforceinma j oren g ineerin g fields , this

thesisderivesthe p reloadforcemeasuremente q uationb y lon g itudinalwavemethodaccordin g totheacoustoelasticit y

p rinci p leand Hooke'slaw , andbuildsa1.25GHzhi g h-sam p lin gultrasonicbolt p reloadforcemeasurements y stem.

Thefre q uenc ydomaintime-dela yestimational g orithmisp ro p osedb ycombinin gthefre q uenc ydomainu p sam p lin g

p rinci p leandthefre q uenc ydomaininter p olationtime-dela yestimational g orithm ; thestabilit yofthecalculation

resultsoftheinter p olationtime-dela yal g orithm isverified b y usin gsimulation , andthestresscoefficientof

-1
1.680 MPa · ns isdeterminedb ythecalibrationtestfortheselectedg rade8.8 M30carbonsteelbolt.thenthe

loadin g testisconductedforthist yp eofbolttestresultshowthatthefre q uenc ydomaininter p olationtime-dela y

al g orithmaccurac y canreach3.5% , theo p erations p eedisabout5timeshi g herthanthetraditionaltimedomain

inter p olational g orithm.

Ke ywords : ultrasonic ; bolt p re-ti g htenin g force ; timedela yestimation ; si g nalu p sam p lin g
螺栓是工程生产中重要的连接方式之一, 具有 精度差、 测量效率低等问题, 在螺栓预紧力监测方面
结构简单、 使用方便、 效率高、 成本低等优点, 被广泛 的应用还存在一定的局限性。历经多年研究, 基于
应用于核动力工程、 水利水电、 交通桥梁、 建筑结构、 声弹性原理的超声波测量法的理论日趋 完善。其
化工产品等领域中。传统的螺栓预紧力测量方法有 中, 超声纵波法因其沿中轴传输, 对柱状形状的螺栓
扭矩扳手法、 电阻应变片法等, 但大多由于存在控制 具有极高的灵敏度, 被广泛应用于螺栓预紧力的工
程测量 [ 1-3 ] 。
核动力工程、 水利水电、 航天航空等重大工程领
收稿日期: 2021-12-09
域中, 需要快速对螺栓预紧力进行监测, 这要求超声
作者简介: 冉毅川( 1969- ), 男, 正高级工程师, 主要从事水电站
管理工作 螺栓预紧力估计算法具备较快的运算速度。现有超
声螺栓预紧力测量方案采用的数据采集卡采样速率
通信作者: 陈 兵, chenbin g @m y .sw j tu.edu.cn
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2022 年 第 44 卷 第 10 期

无损检测