一种振动信号智能检测的城市地铁螺栓装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种振动信号智能检测的城市地铁螺栓装置，其包括螺栓杆螺栓杆的头部设置有外螺纹，螺栓杆的尾部设置有螺栓头，螺栓头与螺栓杆之间设置有振动检测装置。本发明专利技术的螺栓振动检测方法包括：压电片产生电压、产生电压，电压经过信号处理模块进行放大，发送给电压传感器；计算压电片的振动幅度Δ(振动)、判断螺栓是否出现松动等步骤。本方案将检测模块和螺栓设置在一起，兼具了螺栓的紧固作用和振动传感器的检测功能，对本身适用于地铁螺栓这一内部振动幅度不大但承受的压力力极大的待检测装置，能有效反映螺栓的综合受力。能有效反映螺栓的综合受力。能有效反映螺栓的综合受力。

【技术实现步骤摘要】
一种振动信号智能检测的城市地铁螺栓装置及方法


[0001]本专利技术涉及螺栓振动检测
，具体涉及一种振动信号智能检测的城市地铁螺栓装置及方法。

技术介绍

[0002]随着科学技术日新月异，我国的城市地铁交通技术也正在飞速发展，其中，城市地铁的速度、承载量不断提升，给我们的生活带来了巨大便利的同时，也对装备的精度要求较高。螺栓连接结构广泛应用于城市地铁的各种结构中，是各种结构之间最普遍的连接方式。绝大多数螺栓都是大家常说的先松后断，由列车运行过程中的各种振动引起的螺栓松动现象，是螺栓失效的主要方式，因此，实时检测螺栓的振动信号，保证其合理紧固和良好的锁紧防松是保证螺栓不松不断的最重要条件之一。
[0003]当前，多数城市地铁螺栓的振动信号检测仍然依赖于手持式振动测量仪，这一方式不仅难以实时、精确的检测螺栓的振动情况，而且会耗费大量的人力资源，而实时性的振动传感器多数承力能力不足，适用范围较窄，与螺栓关联较少，并且不适用城市地铁这一高规模、磨损程度大的工程中。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的上述不足，本专利技术提供了一种可实时监测螺栓松动情况的振动信号智能检测的城市地铁螺栓装置及方法。
[0005]为达到上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案为：
[0006]提供一种振动信号智能检测的城市地铁螺栓装置，其包括螺栓杆螺栓杆的头部设置有外螺纹，螺栓杆的尾部设置有螺栓头，螺栓头与螺栓杆之间设置有振动检测装置；振动检测装置包括压电片，压电片上设置有质量块，质量块上设置有弹簧，压电片、弹簧和质量块上均活动套设在螺栓杆上；压电片与螺栓头内的信号处理模块连接，信号处理模块包括电荷变换级，电荷变换级依次与归一化放大级、滤波级、积分级和输出级串联，输出级与连接，压电片与电荷变换级连接。
[0007]进一步地，压电片与电荷变换级之间设置有电荷放大器，电荷放大器包括放大器，放大器的输入端与压电片连接，放大器与压电片之间并联有两个二极管，放大器的输出端与电荷变换级连接，放大器的输入端与输出端之间连接有电容C
f
，电容C
f
上并联有电阻R
f
。
[0008]进一步地，压电片包括第一电压片和第二电压片，第一电压片和第二电压片之间设置有金属片，金属片和第二电压片均通过导线与信号处理模块连接。
[0009]进一步地，电荷变换级与输出级之间设置有过载指示级。
[0010]一种采用振动信号智能检测的城市地铁螺栓装置的螺栓振动检测方法，其包括以下步骤：
[0011]S1：螺栓将振动传递给压电片，产生电压，电压经过信号处理模块进行放大，发送给电压传感器；
[0012]S2：电压传感器检测电压值U1，计算压电片的输入电压值U0：其中，R为电压传感器的电阻，R
S
为信号处理模块的负载电阻；
[0013]S3：根据输入电压计算压电片的振动幅度Δ(振动)；
[0014][0015]其中，C为电容C
f
的电容，b为电荷常数，E为压电片沿着厚度方向的电场，h为压电片变形的极限幅度，d为压电应变常数，S为压电片的面积，μ为泊松比，为压电片的柔韧度，l1为应变片产生电压U0时变形的最大幅度，l0为应变片不产生电压时变形的幅度；
[0016]S4：将振动幅度Δ(振动)与螺栓振动的阈值进行比较，若Δ(振动)大于阈值，则螺栓出现松动，否则螺栓保持紧固状态。
[0017]本专利技术的有益效果为：本方案将检测模块和螺栓设置在一起，兼具了螺栓的紧固作用和振动传感器的检测功能；能够用于极其恶劣的环境下，契合了地铁系统的要求；应变片产生电压，为整个检测系统提供电源，工作不需要外加电源，直接吸取螺栓振动的机械能并转换成电信号输出，耐用时间长，节约能源。信号放大模块使用了电荷放大器，从而获取和放大较为微小的电压信号，对本身适用于地铁螺栓这一内部振动幅度不大但承受的压力力极大的待检测装置，能有效反映螺栓的综合受力。
附图说明
[0018]图1为螺栓的结构图。
[0019]图2为信号处理模块的原理框图。
[0020]图3为电荷放大器的电路图。
[0021]其中，1、螺栓杆，2、弹簧，3、质量块，4、第一电压片，5、第二电压片，6、信号处理模块，7、金属片，8、螺栓头。
具体实施方式
[0022]下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。
[0023]如图1至图3所示，本方案的振动信号智能检测的城市地铁螺栓装置包括螺栓杆1，所述螺栓杆1的头部设置有外螺纹，螺栓杆1的尾部设置有螺栓头8，螺栓头8与螺栓杆1之间设置有振动检测装置；振动检测装置包括压电片，压电片上设置有质量块3，质量块3上设置有弹簧2，压电片、弹簧2和质量块3上均活动套设在螺栓杆1上，弹簧2为螺栓提供一定的保持力，避免螺栓松动、
[0024]压电片与螺栓头8内的信号处理模块6连接，信号处理模块6包括电荷变换级，电荷变换级依次与归一化放大级、滤波级、积分级和输出级串联，输出级与电压传感器连接，压
电片与电荷变换级连接。
[0025]螺栓安装在城市地铁系统上，提供螺栓连接，压电片实时监控螺栓的振动，并将振动情况转换成电压输出，通过输出的电压值检测出螺栓的振动的幅度，进而检测出螺栓的松动情况。
[0026]当有振动现象发生时，螺栓杆1就会对质量块3施加以载荷，此时由于弹簧2的刚度极大，而质量块3的质量和惯性很小，因此质量块3感受到与螺栓头8相同的振动，并受到与加速度方向相反的惯性力作用。在此惯性作用下，在应变片的两个表面上就产生了交变电荷，形成电压输出。
[0027]压电片与电荷变换级之间设置有电荷放大器，电荷放大器包括放大器，放大器的输入端与压电片连接，放大器与压电片之间并联有两个二极管，放大器的输出端与电荷变换级连接，放大器的输入端与输出端之间连接有电容C
f
，电容C
f
上并联有电阻R
f
。
[0028]压电片包括第一电压片4和第二电压片5，第一电压片4和第二电压片5之间设置有金属片7，金属片7和第二电压片5均通过导线与信号处理模块6连接；电荷变换级与输出级之间设置有过载指示级。
[0029]为了防止因电容C
f
长时间充电导致集成运放饱和，在电容C
f
上并联电阻R
f
。为了防止在过载时有较大的输出，在信号处理模块6的输入端加保护二极管。这种电荷放大器通过改变后续信号处理模块6的配备，在输出端分别得到与输入端相对应的电压量。
[0030]采用上述振动信号智能检测的城市地铁螺栓装置的螺栓振动检测方法包括以下步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种振动信号智能检测的城市地铁螺栓装置，其特征在于，包括螺栓杆，所述螺栓杆的头部设置有外螺纹，所述螺栓杆的尾部设置有螺栓头，所述螺栓头与螺栓杆之间设置有振动检测装置；所述振动检测装置包括压电片，所述压电片上设置有质量块，所述质量块上设置有弹簧，所述压电片、弹簧和质量块上均活动套设在螺栓杆上；所述压电片与螺栓头内的信号处理模块连接，所述信号处理模块包括电荷变换级，所述电荷变换级依次与归一化放大级、滤波级、积分级和输出级串联，所述输出级与连接电压传感器，所述压电片与电荷变换级连接。2.根据权利要求1所述的振动信号智能检测的城市地铁螺栓装置，其特征在于，所述压电片与电荷变换级之间设置有电荷放大器，所述电荷放大器包括放大器，所述放大器的输入端与压电片连接，所述放大器与压电片之间并联有两个二极管，所述放大器的输出端与电荷变换级连接，所述放大器的输入端与输出端之间连接有电容C
f
，所述电容C
f
上并联有电阻R
f
。3.根据权利要求1所述的振动信号智能检测的城市地铁螺栓装置，其特征在于，所述压电片包括第一电压片和第二电压片，所述第一电压片...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵敏，王泽志，李威，欧阳杰，肖嵩，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：