一种输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断装置及方法。所述输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断装置包括应变数据采集装置、无线传感器网络系统、螺栓松动诊断模块和诊断结果显示终端；至少两个应变数据采集装置安装在输电塔的杆材连接节点的节点螺栓附近，用于采集杆材连接节点处的实时应变响应数据，并通过无线传感器网络系统传送到螺栓松动诊断模块，通过螺栓松动诊断模块判断螺栓松动失效情况，最后通过诊断结果显示终端显示节点螺栓松动失效诊断结果。本发明专利技术实现了螺栓松动失效智能诊断，避免了耗费大量人力物力的人工检测，有效地解决了节点螺栓检测、运营养护问题。

A diagnosis device and method for bolt looseness of pole material connection joint of transmission tower

【技术实现步骤摘要】
一种输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断装置及方法
本专利技术属于输电塔结构工程
，具体涉及一种基于无线压电应变监测的输电塔杆材连接节点螺栓松动智能诊断装置及方法。
技术介绍
在工程结构中，螺栓往往起着连接杆材的作用，由于其具有施工简单，便于维护等诸多优点，被广泛应用于输电塔结构。螺栓连接的可靠性与输电线路的运行安全密切相关，故杆材连接节点螺栓的工作性能对输电塔结构安全运行十分重要。输电线路在风荷载、冰雪荷载或地震荷载等作用下，其导线将会振动甚至舞动，使得输电塔结构承受各种动态荷载，进而造成塔身杆材所受轴力交相变化。这易引起输电塔节点螺栓连接的不稳定甚至完全失效，导致铁塔结构刚度不足。不仅严重影响了输电塔体系的结构稳定性，还威胁到整条输电线路的安全可靠运行。为了保障输电塔长期安全稳定运行，电网公司需要对其进行定期检查。然而，输电塔的节点螺栓通常极多，数量可达上千，整条输电线路的节点螺栓数量更是庞大，因而人工检测将费时费力。同时，输电线路多位于荒郊野外，人工检测的环境十分恶劣。因此，当前急需发展一种输电塔节点螺栓松动智能诊断装置及方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断装置及方法，可以实现输电塔节点螺栓附近的实时应变响应监测，并实现螺栓松动失效智能诊断，用来克服现有输电塔的节点螺栓数量庞大，人工检测费时费力的缺陷，有效地解决节点螺栓检测、运营养护的问题。为了达到上述技术目的，本专利技术提供了一种输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断装置，其特征在于：包括应变数据采集装置、无线传感器网络系统、螺栓松动诊断模块和诊断结果发送模块；至少两个应变数据采集装置预先安装在输电塔同一个杆材连接节点的节点螺栓处，用于采集输电塔同一个杆材连接节点附近至少两个不同位置的应变响应数据；所述螺栓松动诊断模块,与无线传感器网络系统通讯连接，用于通过无线传感器网络系统获取所述应变响应数据，根据实时应变响应数据判断螺栓松动失效情况,得到节点螺栓松动失效诊断结果；所述诊断结果发送模块,与螺栓松动诊断模块通讯连接，用于发送节点螺栓松动失效诊断结果至诊断结果显示终端。本专利技术进一步的技术方案：所述装置还包括数据储存系统，所述数据存储系统通过无线传感器网络系统分别与数据采集装置、螺栓松动诊断模块连接，用于接收并储存应变数据采集装置采集的应变响应数据；所述螺栓松动诊断模块具体用于通过无线传感器网络系统从所述数据储存系统获取所述应变响应数据。本专利技术进一步的技术方案：所述应变数据采集装置是由压电材料片和连接导线组成的压电薄膜应变片；所述杆材连接节点的杆材之间通过连接钢板及分布在连接钢板上的节点螺栓或直接通过节点螺栓进行连接，每个压电薄膜应变片的压电材料片粘接在连接钢板或杆材表面，并在其外部设有防护罩，连接导线从防护罩引出，并与无线传感器网络系统的信号输入端连接。本专利技术进一步的技术方案：所述无线传感器网络系统包括传感器节点、路由节点和网关，传感器节点接收压电薄膜应变片测量的实时应变响应数据，并传输至路由节点，再汇集于网关，网关与数据储存系统通讯连接，并将实时应变响应数据传输至数据储存系统。本专利技术进一步的技术方案：所述螺栓松动诊断模块针对接收的实时应变响应数据，通过节点螺栓松动指标计算公式计算出待诊断杆材连接节点的螺栓松动指标，并通过待诊断杆材连接节点的螺栓松动指标判断螺栓松动失效情况，其螺栓松动指标的计算及螺栓松动失效判断过程如下：(1)待诊断杆材连接节点处的任意两个压电薄膜应变片的位置分别记为A和B，在第i阶模态下，t时刻，位置A和位置B的两个压电薄膜应变片的实时应变响应数据分别为和(2)计算杆材连接节点未出现螺栓松动时，某个时间段内位置A压电薄膜应变片在第i阶模态下测量的实时应变响应数据的均方根和位置B压电薄膜应变片在第i阶模态下测量的实时应变响应数据的均方根则在该时间段第i阶模态下，压电薄膜应变片测量的位置B和A处的实时应变响应数据的均方根比r：计算诊断时，相同时间段内位置A压电薄膜应变片在第i阶模态下测量的实时应变响应数据的均方根和位置B压电薄膜应变片在第i阶模态下测量的实时应变响应数据的均方根则在该时间段第i阶模态下，压电薄膜应变片测量的位置B和A处的应变响应的均方根比rd：(3)将步骤(2)中计算的r和rd代入公式③中计算出待诊断杆材连接节点的螺栓松动指标ζ：并根据计算出的螺栓松动指标ζ判断螺栓是否出现松动，当ζ等于0，则节点未出现螺栓松动；当|ζ|大于0且小于100％，则节点螺栓出现局部松动但未完全失效；当|ζ|等于100％，则节点螺栓完全松动失效。本专利技术较优的技术方案：所述输电塔杆材连接节点为竖向或横向杆材与斜向杆材连接成K型节点时，杆材连接节点之间通过连接钢板及分布在连接钢板上的多个节点螺栓连接，在连接钢板上分布两个相互垂直的压电薄膜应变片。本专利技术较优的技术方案：所述的输电塔杆材连接节点为斜向杆材与斜向杆材连接成交叉型节点时，杆材连接节点之间直接通过节点螺栓连接，在两根交叉杆材临近节点螺栓的部位表面分别设有压电薄膜应变片。本专利技术较优的技术方案：所述的输电塔杆材连接节点为竖向杆材、横向杆材及斜向杆材连接的节点时，杆材连接节点之间通过连接钢板及分布在连接钢板上的节点螺栓群连接，在连接钢板的螺栓群中部分布四个相互垂直且呈矩形状布置的压电薄膜应变片。本专利技术较优的技术方案：所述压电材料片的材质为聚偏二氟乙烯。本专利技术提供了一种输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：通过无线传感器网络系统获取至少两个应变数据采集装置采集的输电塔同一个杆材连接节点处不同位置的应变响应数据；根据实时应变响应数据判断螺栓松动失效情况,得到节点螺栓松动失效诊断结果；将判断出的节点螺栓松动失效诊断结果发送至诊断结果显示终端。本专利技术较优的技术方案：所述通过无线传感器网络系统获取至少两个应变数据采集装置采集的输电塔同一个杆材连接节点处不同位置的应变响应数据，包括：利用至少两个应变数据采集装置采集输电塔同一个杆材连接节点处不同位置的应变响应数据；将采集的实时应变响应数据通过无线传感器网络系统传送到数据存储系统；通过无线传感器网络系统从数据存储系统获取应变响应数据。本专利技术进一步的技术方案：所述根据实时应变响应数据判断螺栓松动失效情况,得到节点螺栓松动失效诊断结果，包括：针对接收的实时应变响应数据，通过节点螺栓松动指标计算公式计算出待诊断杆材连接节点的螺栓松动指标，并通过待诊断杆材连接节点的螺栓松动指标判断螺栓松动失效情况，其螺栓松动指标的计算及螺栓松动失效判断过程如下：(1)待诊断杆材连接节点处的任意两个压电薄膜应变片的位置分别记为A和B，在第i阶模态下，t时刻，位置A和位置B的两个压电薄膜应变片的实时应变响应数据分别为和(2)计算杆材连接节点未出现螺栓松动时，某个时间段内位置A压电薄膜应变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断装置，其特征在于：包括应变数据采集装置、无线传感器网络系统、螺栓松动诊断模块和诊断结果发送模块；/n至少两个应变数据采集装置预先安装在输电塔同一个杆材连接节点的节点螺栓处，用于采集输电塔同一个杆材连接节点附近至少两个不同位置的应变响应数据；/n所述螺栓松动诊断模块,与无线传感器网络系统通讯连接，用于通过无线传感器网络系统获取所述应变响应数据，根据实时应变响应数据判断螺栓松动失效情况,得到节点螺栓松动失效诊断结果；/n所述诊断结果发送模块,与螺栓松动诊断模块通讯连接，用于发送节点螺栓松动失效诊断结果至诊断结果显示终端。/n

【技术特征摘要】
1.一种输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断装置，其特征在于：包括应变数据采集装置、无线传感器网络系统、螺栓松动诊断模块和诊断结果发送模块；
至少两个应变数据采集装置预先安装在输电塔同一个杆材连接节点的节点螺栓处，用于采集输电塔同一个杆材连接节点附近至少两个不同位置的应变响应数据；
所述螺栓松动诊断模块,与无线传感器网络系统通讯连接，用于通过无线传感器网络系统获取所述应变响应数据，根据实时应变响应数据判断螺栓松动失效情况,得到节点螺栓松动失效诊断结果；
所述诊断结果发送模块,与螺栓松动诊断模块通讯连接，用于发送节点螺栓松动失效诊断结果至诊断结果显示终端。


2.根据权利要求1所述的一种输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断装置，其特征在于所述装置还包括：
数据储存系统，所述数据存储系统通过无线传感器网络系统分别与数据采集装置、螺栓松动诊断模块连接，用于接收并储存应变数据采集装置采集的应变响应数据；
所述螺栓松动诊断模块具体用于通过无线传感器网络系统从所述数据储存系统获取所述应变响应数据。


3.根据权利要求1或2所述的一种输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断装置，其特征在于：所述应变数据采集装置为由压电材料片和连接导线组成的压电薄膜应变片；所述杆材连接节点的杆材之间通过连接钢板及分布在连接钢板上的节点螺栓或直接通过节点螺栓进行连接，每个压电薄膜应变片的压电材料片粘接在连接钢板或杆材表面，并在其外部设有防护罩，连接导线从防护罩引出，并与无线传感器网络系统的信号输入端连接。


4.根据权利要求2所述的一种输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断装置，其特征在于：所述无线传感器网络系统包括传感器节点、路由节点和网关，传感器节点接收压电薄膜应变片测量的实时应变响应数据，并传输至路由节点，再汇集于网关，网关与数据储存系统通讯连接，并将实时应变响应数据传输至数据储存系统。


5.根据权利要求1或2所述的一种输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断装置，其特征在于：所述螺栓松动诊断模块针对接收的实时应变响应数据，通过节点螺栓松动指标计算公式计算出待诊断杆材连接节点的螺栓松动指标，并通过待诊断杆材连接节点的螺栓松动指标判断螺栓松动失效情况，其螺栓松动指标的计算及螺栓松动失效判断过程如下：
(1)待诊断杆材连接节点处的任意两个压电薄膜应变片的位置分别记为A和B，在第i阶模态下，t时刻，位置A和位置B的两个压电薄膜应变片的实时应变响应数据分别为δiA(t)和δiB(t)；
(2)计算杆材连接节点未出现螺栓松动时，某个时间段内位置A压电薄膜应变片在第i阶模态下测量的实时应变响应数据的均方根δiA和位置B压电薄膜应变片在第i阶模态下测量的实时应变响应数据的均方根δiB，则在该时间段第i阶模态下，压电薄膜应变片测量的位置B和A处的实时应变响应数据的均方根比r：



计算诊断时，相同时间段内位置A压电薄膜应变片在第i阶模态下测量的实时应变响应数据的均方根和位置B压电薄膜应变片在第i阶模态下测量的实时应变响应数据的均方根则该时间段内第i阶模态下，压电薄膜应变片测量的位置B和A处的应变响应的均方根比rd：



(3)将步骤(2)中计算的r和rd代入公式③中计算出待诊断杆材连接节点的螺栓松动指标ζ：



并根据计算出的螺栓松动指标ζ判断螺栓是否出现松动，当ζ等于0，则节点未出现螺栓松动；当|ζ|大于0且小于100％，则节点螺栓出现部分松动但未完全失效；当|ζ|等于100％，则节点螺栓完全松动失效。


6.根据权利要求3所述的一种输电塔杆材连接节点螺栓松动诊断装置，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：周学明，胡丹晖，张耀东，毕如玉，李小华，冯志强，付剑津，史天如，黄泽琦，刘继承，余希洋，
申请(专利权)人：国网湖北省电力有限公司电力科学研究院，国家电网有限公司，国网湖北省电力有限公司检修公司，重庆大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42