一种基于压电振动薄片的螺栓松动自给能监测系统，属于机械紧固件检测领域。本发明专利技术解决现有监测技术不能对隐蔽、振动螺栓进行有效监测的问题。本发明专利技术包括能量转换模块、能量收集模块、电压调理模块、信号处理模块和预警模块，能量转换模块安装在螺母或者螺栓与螺母固定的紧固件上，能量转换模块的输出端与能量收集模块的输入端连接，能量收集模块的输出端与电压调理模块的输入端连接；信号处理模块的输入端与能量转换模块连接，信号处理模块与预警模块连接，电压调理模块分别与信号处理模块和预警模块连接。本系统不需要额外电源及能量补给，解决了现有监测技术不能对隐蔽、振动螺栓进行有效监测的问题，并且具有装置简单、造价低廉的优点。
【技术实现步骤摘要】
一种基于压电振动薄片的螺栓松动自给能监测系统
本专利技术涉及一种基于压电振动薄片的螺栓松动自给能监测系统，属于机械紧固件检测领域。
技术介绍
各种机器及部件在组装连接和紧固装配中都使用了螺栓和螺母等部件，为军用、民用等机械、建筑、桥梁等的组装和使用带来了极大的方便。但是如果固定物具有周期性振动，如电机、列车铁轨、风机叶片等，螺栓松动时有发生，若不加以防范，小则设备振动异常或部件损坏，大则整个设备瘫痪，造成巨大经济损失。对于长期振动的螺栓紧固器件，松动风险加剧，往往在剧烈震动中会自行松脱，致使部件损坏，甚致造成重大事故和人员伤亡。为了避免螺栓松动带来的危险事故，常规的方法为人工定期巡检，定期对连接螺栓进行检查。如在漫长的铁路沿线，工人通过敲击查看螺栓是否松动，并逐一进行紧固。而诸如发电机等部位的巡检则需要停机进行检测，看看螺栓和螺母之间是否出现了角位移，对重要设备还会逐一进行紧固。人工检查不仅存在效率低、定期检验成本高并伴有人身安全的风险，而且人工检查结果往往因人而异，很难保证检查结果的准确性和可靠性。为了避免螺栓松动的风险，需要高效、准确及时发现螺栓松动，国内外对此进行了大量相关研究。主要分为以下几个方面：一方面，通过螺栓的设计及加固措施，从根源上降低振动的风险。常见的方法是对螺栓的螺纹进行自锁设计、添加自锁组件、喷涂防松涂料、焊接或者涂胶进行永久琐死等，然而这些方法在剧烈振动或特殊环境中依然不能很好解决螺栓松动的问题而且使得螺栓成本将大幅度增加，长期的振动磨损也使得螺栓的松动加剧，进而降低连接件等效强度，造成局部甚至整体结构的破坏。另一方面，实施监测系统对螺栓松动实时监测并进行及时紧固目前公开的监测系统其核心原理有两种：第一种是通过超声等声波反射方式监测回音信号，确定螺栓和紧固件之间是否有松动，这种方式对于静态螺栓来说效果较好，但对于振动的螺栓来说，噪声信号大，甚至可能出现误判。第二种是基于图像识别的方式通过预先对螺栓标记，通过对比标记位置，获得松动螺栓的情况。但由于螺栓转动整倍数圈数时与标记位置重合，因此存在漏判等问题，另外，这种放大对于显露且易于拍摄的螺栓来说效果较好，但对于不易拍摄或隐蔽螺栓则无法监测。针对以上问题，提出一种不需外加电源的远程实时监测振动螺栓的技术是十分必要的。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有监测技术不能对隐蔽、振动螺栓进行有效监测的问题，提供了一种基于压电振动薄片的螺栓松动自给能监测系统，通过紧固件的振动进行能量收集，并根据螺栓松动情况不同带来的不同振动响应，对监测固体进行实时监测。本专利技术的技术方案：一种基于压电振动薄片的螺栓松动自给能监测系统，包括能量收集系统和信号处理系统，能量收集系统包括能量转换模块、能量收集模块和电压调理模块；信号处理系统包括信号采集处理模块和预警模块，能量转换模块安装在螺母或者螺栓与螺母固定的紧固件上，能量转换模块的输出端与能量收集模块的输入端连接，能量收集模块的输出端与电压调理模块的输入端连接；信号采集处理模块的输入端与能量转换模块连接，信号采集处理模块与预警模块连接，电压调理模块分别与信号采集处理模块和预警模块连接。优选的：所述的能量转换模块包括压电片和振动悬臂梁，压电片粘结在振动悬臂梁上，振动悬臂梁固定在螺母或者螺栓与螺母固定的紧固件上；压电片与能量收集模块连接，振动悬臂梁与信号采集处理模块连接。优选的：所述的能量收集模块包括AC-DC能量收集电路，AC-DC能量收集电路的输入端与压电片连接，AC-DC能量收集电路的输出端与电压调理模块连接。优选的：所述的AC-DC能量收集电路是通过整流桥和滤波电容CR对压电片产生的电能进行整流和收集。优选的：所述的电压调理模块包括欠压锁定电路、误差放大电路和缓冲器控制功率管。优选的：所述的电压调理电路包括欠压锁定电路、误差放大电路和缓冲器控制功率管。优选的：所述的信号采集处理模块包括数模转换ADC模块、傅里叶变换DFT运算模块和基于无线射频识别技术的RFID信号发送模块，所述的振动悬臂梁与ADC模块的输入端连接，ADC模块的输入端与DFT运算模块的输入端连接，DFT运算模块的输出端与RFID信号发送模块的输入端连接，RFID信号发送模块的输出端与预警模块连接；振动悬臂梁的连续振动信号通过信号调理电路调整后，输出给模拟转化器ADC，ADC将连续信号转换为离散数据信号，DFT运算模块对离散数据信号进行离散傅里叶变换，将时域空间信号转化为频域空间，并通过异常检测算法，对信号进行监测，同时对异常检测算法的运算结果通过RFID信号发送模块进行无线输出。优选的：所述的信号采集处理模块采用TMS320F2812作为核心处理器；并且信号采集处理模块还包括外围电路，外围电路包括电源转换电路、时钟电路、复位电路和外部存储卡。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术涉及一种基于压电振动薄片的螺栓松动自给能监测系统，该系统。本系统不需要额外电源及能量补给，能够有效解决现有监测技术不能对隐蔽、振动螺栓进行有效监测的问题。此外还具有装置简单、造价低廉的优点，可广泛用于各类振动发电机装置的螺栓监测。附图说明图1是基于压电振动薄片的螺栓松动自给能监测系统的示意图；图2是基于压电振动薄片的螺栓松动自给能监测装置的结构剖面图；图3是AC-DC能量收集电路；图4是多组能量转换模块的能量收集电路；图5是电压调理模块电路；图6是信息处理系统的电路模块示意图；图中1-能量转换模块，2-能量收集模块，3-电压调理模块，4-信号采集处理模块，5-预警模块。具体实施方式结合附图1至图6说明本专利技术具体实施方式：本专利技术一种基于压电振动薄片的螺栓松动自给能监测系统，包括能量收集系统和信号处理系统，如图1和图2所示，能量收集系统包括能量转换模块1、能量收集模块2和电压调理模块3；信号处理系统包括信号采集处理模块4和预警模块5，能量转换模块1安装在螺母或者螺栓与螺母固定的紧固件上，能量转换模块1的输出端与能量收集模块2的输入端连接，能量收集模块2的输出端与电压调理模块3的输入端连接；信号采集处理模块4的输入端与能量转换模块1连接，信号采集处理模块4与预警模块5连接，电压调理模块3分别与信号采集处理模块4和预警模块5连接。如此设置，能量转换模块1安装在螺母或者螺栓与螺母固定的紧固件上，能量转换模块1在紧固件振动中获得交流电压，并通过能量收集模块2进行电能的收集和储存，并通过电压调理电路3将电压调整为可控信号处理模块4和预警模块5可使用的电压，当紧固件的振动模态发生变化时，压电片的电压信号变化，因此信号采集处理模块4可根据检测压电片的电压信号变化判断紧固件是否松动，并通过预警模块5进行预警。所述的能量转换模块1包括压电片和振动悬臂梁，压电片粘结在振动悬臂梁上，振动悬臂梁固定在螺母或者螺栓与螺母固定的紧固件上；压电片与能量收集模块2连接，振动悬臂梁与信号采集处理模块4连接。如此设置，振动悬臂梁一端安装在紧固件或螺母上，另一端本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于压电振动薄片的螺栓松动自给能监测系统，其特征在于：包括能量收集系统和信号处理系统，能量收集系统包括能量转换模块(1)、能量收集模块(2)和电压调理模块(3)；信号处理系统包括信号采集处理模块(4)和预警模块(5)，能量转换模块(1)安装在螺母或者螺栓与螺母固定的紧固件上，能量转换模块(1)的输出端与能量收集模块(2)的输入端连接，能量收集模块(2)的输出端与电压调理模块(3)的输入端连接；信号采集处理模块(4)的输入端与能量转换模块(1)连接，信号采集处理模块(4)与预警模块(5)连接，电压调理模块(3)分别与信号采集处理模块(4)和预警模块(5)连接。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于压电振动薄片的螺栓松动自给能监测系统，其特征在于：包括能量收集系统和信号处理系统，能量收集系统包括能量转换模块(1)、能量收集模块(2)和电压调理模块(3)；信号处理系统包括信号采集处理模块(4)和预警模块(5)，能量转换模块(1)安装在螺母或者螺栓与螺母固定的紧固件上，能量转换模块(1)的输出端与能量收集模块(2)的输入端连接，能量收集模块(2)的输出端与电压调理模块(3)的输入端连接；信号采集处理模块(4)的输入端与能量转换模块(1)连接，信号采集处理模块(4)与预警模块(5)连接，电压调理模块(3)分别与信号采集处理模块(4)和预警模块(5)连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于压电振动薄片的螺栓松动自给能监测系统，其特征在于：所述的能量转换模块(1)包括压电片和振动悬臂梁，压电片粘结在振动悬臂梁上，振动悬臂梁固定在螺母或者螺栓与螺母固定的紧固件上；压电片分别与能量收集模块(2)和信号采集处理模块(4)连接，振动悬臂梁分别与能量收集模块(2)和信号采集处理模块(4)连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于压电振动薄片的螺栓松动自给能监测系统，其特征在于：所述的能量收集模块(2)包括AC-DC能量收集电路，AC-DC能量收集电路的输入端与压电片和振动悬臂梁连接，AC-DC能量收集电路的输出端与电压调理模块(3)连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于压电振动薄片的螺栓松动自给能监测系统，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：路晓艳，曹文武，李惠，管贺狮，王艳敏，赵阳，潘振，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23
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