48路超声波螺栓预紧力测量仪

定义与规范

定义

轴力：螺栓轴向的拉力（预紧力）

残余应力：螺栓轴向的预紧力

飞行时间：超声波在螺栓内发射到返回的时间总和

发波：超声波激发

回波：超声波在端面反射后的声波

第一峰：回波中的第一个大于50mv的波峰

第二峰：回波中的第一峰后的第二个波峰

产品简介

BT-480超声轴力测量仪，基于声弹性原理，实现螺栓预紧力的精确测量，内置高速AD采样，实现超声波形远程采集，可应用于大型结构高强度螺栓批量在线监测和远程探伤，如：风力发电机组法兰螺栓在线监测和远程探伤，水轮机组法兰螺栓在线监测和远程探伤。

1.1产品概述

    BT-480内嵌高速FPGA，高速AD采样模块，实现超声波激发及高精度声时测量，配合超声轴力解算分析软件，实现预紧力精确测量。后面板14路温度检测通道（图1.1），前面板48路超声检测通道（图1.2）。

图1.1. 产品外形图-后面板

图1.2. 产品外形图-前面板

1.2产品功能

48路超声实时测量通道，满足现场大量螺栓监测需要

14路高精度温度测量通道，实现螺栓预紧力精确温度补偿。

远程超声波形全波采集，实现测量与诊断一体

远程参数配置，实现现场工作量最小

轮询范围自定义，实现螺栓灵活分组管理，提高轮询频率

1.3产品特点

军工级品质：军工标准设计，超过1万小时在线监测考验。

多通道设计：满足现场在线监测各种需求。

灵活的接口：RS485串口、RJ45网口，配合4G、Wifi 模块轻松实现远程监测。

智能化软件：自动补偿功能，一键配置参数，智能补偿回波，实现施工过程波形、数据稳定。

1.4应用场景

BT-480能够应用于风电机组、水电机组、核电机组、工程车辆、高铁飞机等各种应用高强度螺栓的场合，对高强度螺栓进行在线状态监测、轴力检校。

图1.3. 超声轴力测量仪应用场合

设备参数

表 2.1. BT-480 超声螺栓轴力测量仪技术参数

2.1机械接口

产品外形尺寸：234*250*81 mm

重量：    1.5 Kg

图1.4. 外形尺寸及接口

2.2 产品附件

表 2.2. BT-480 超声螺栓轴力测量仪附件表（选配）

使用说明

3.1连接

将温度传感器、超声传感器连接主机前后面板上对应的接口。前面板Q6接超声传感器线，后面板Q9接温度传感器。485接口为DB9孔，通过串口线转USB连接电脑。

3.2开机

接通电源后，后面板状态指示灯，红灯亮表示电源接通、黄灯亮表示板卡已经就绪。

3.3启动软件

软件启动：双击桌面BT-480采集软件图标，启动软件，软件界面如图3.1所示，左侧边栏为轴力、温度、声时显示区。右边为3个表单栏，依次为轮询示波、数据分析、板卡设置。菜单栏有文件、编辑、帮助三个菜单：文件菜单可以进行全屏、回波图像保存，编辑菜单可设定螺栓标定参数。帮助栏包含软件使用相关的帮助信息。

图 3.1. BT-480超声轴力监测设备调试软件

2. 采集启动顺序：依次点击： 连接、读取参数、单点采集。设备启动单点采集。

3.4参数配置

在板卡设置栏\参数配置框内，选择对应通道（如1通道），点击读取参数，读取成功后，发波电压、增益因子、比较阈值、触发起点更新。

停止单点采集，点击全波采集，波形显示栏目出现超声波形，如图3.2所示。

图 3.2. 全波显示的超声波形

触发起点配置：点击全波采集后，软件自动配置触发起点。当自动数据一场时，需进行手动配置：用鼠标放大回波区间第一回波位置（波形图上按住鼠标左键往右下角画矩形框可放大波形），观察第一峰时间（图3.1），减去2微秒作为零位声时，填入参数栏的零位声时。以图3.3为例，触发起点可配置为171微秒。（注意：单点采集回波的显示以触发起点为起始点）。

显示方波：勾选显示回波（默认勾选），点击单点采集，勾选显示脉宽，回波上显示红色方波（需要放大回波波形到12微秒范围）， 如图3.3所示。

图 3.3. 放大后的回波波形

增益调整：实时修改增益（数值连续可调，一般配置为1.0），一般调整回波峰值到200mv（勾选自动补偿后，回波波形最大峰值自动锁定在200mv）。

比较阈值：实时修改比较阈值（数值连续可调），红色方波幅值随之变化，一般配置在被截取波峰最大值与前一波峰最大值之间2/3处，并。一般截取第2峰，个别螺栓回波第2峰与第1峰幅值差距非常小，可选第1峰，以避免跳数， 但需要做好记录以备后续查验。

数据正常，标签状态显示绿色，且右下图数据稳定，可停止调整，黄色为警示标志，红色为数据不正常标志，重复第6步。

12.微调阈值：观察飞行时间显示栏目，10秒内无明显跳点（波动小于30ns）即为调整合格。若有跳点，说明阈值配置不合适，重复第5步，微调阈值，往上跳数，就往下微调阈值，往下跳数，往上微调阈值，尽可能使得阈值位于前一峰最大值与被截取峰最大值的中间。

13.写入配置：声时数据稳定后（静态偏差20ns以内），停止单点采集，勾选写入锁、点击实时写入数据(写入RAM)；勾选固件锁，点击固件写入数据（写入ROM），通道参数配置完成。

14.纵波螺栓参数配置

点击菜单栏\编辑\纵波轴力参数配置，弹出对话框如图3.4所示。左边为

图 3.4. 纵波标定参数配置界面

螺栓参数（需要提前标定），右侧表格为已经存储的48个螺栓参数，点击左侧绑定，可将左边栏的数据更新到表格中。

2）点击保存，保存数据到硬盘，并更新系统参数。

名词解释：

初始长度：螺栓端到端的初始几何长度，单位mm

夹持长度：两个螺母之间的几何距离，即法兰盘厚度，单位mm

标定长度：标定轴力参数时，螺母之间的几何距离， 单位mm

基准声时：螺栓空载，超声波测得的飞行时间，单位ns

基准温度：测量基准声时时，记录的温度（比率），无量纲

轴力系数：标定得到的轴力与飞行时间的比值（拟合线斜率）， 如图3.5所示，蓝色为测量得到的飞行时间和轴力，黄色线为拟合直线，轴力系数为45.185。

图 3.5. 轴力系数标定结果（示例，需通过实验获得该图）

温度系数1：标定得到的螺栓基准声时与温度的比值（拟合线斜率），如图3.6所示，蓝色为测量得到的飞行时间和温度（比率），黄色线为拟合直线，温度系数为5513.3。

图 3.6. 温度系数标定结果（示例）

温度系数2：备用参数，一般情况下无用，与温度系数1相同即可。在-20度以下，呈现非线性温度-轴力关系时使用。

3.5轴力测量

1. 单点螺栓轴力测量

配置好纵波标定参数后，在板卡设置页面，点击单点采集，勾选显示力，左上侧轴力栏显示轴力，单位kN。

多点轮询轴力测量

1）在板卡配置页面中配置好各通道参数，并固件写入后，切换到轮询示波页面。面板如图3.7所示。

2）点击轮询采集，每组12路飞行时间、温度、轴力显示在左侧面板，通过右侧分组选择下拉列表（默认为第一组），可选择需要显示的分组（一共4组48通道）。

3）右侧波形显示区，勾选通道号，显示对应通道的飞行时间波形。

4）点击显示力，飞行时间波形变为轴力波形。

图 3.7. 纵波标定参数配置界面

3.6数据存储

在单点采集、轮询采集模式时，先勾选数据存储，再启动采集，采集的声时数据将以txt格式存储于程序目录 .\datas下。

3.7图像截屏

点击菜单栏\文件，点击全屏保存，电脑屏幕图像保存，点击截屏回波，回波图像保存。图像存储于程序目录 .\screen下。（建议： 每次参数调整都将图片保存，以备后续比对）

图 3.8. 纵波标定参数配置界面

3.8数据分析

选择数据分析页面，数据分析页面如图3.9所示。

图 3.9. 数据分析页面

选中“导入数据”栏目中的数据，点击导入，数据表格出现在右侧，若数据量较大，可点击下一簇进行翻页。

选中数据表格中的一列，点击分段预览，在下方绘图窗显示出所选表格数据的波形。

若要观看txt文档中该列的全部数据点击“时阈图”，弹出时阈图分析窗口，显示该列所有时阈数据。如图3.11所示。

图 3.10. 数据分析页面

点击“频谱图”，弹出所选列数据的傅里叶谱，如图3.12所示。

图 3.11. 频谱图

网络连接

插上网线，连接设备和电脑，浏览器输入：192.168.0.7进入网络模块配置页面。Work Mode：tcp server， port Number 8080， 串口波特率：115200。其他默认。设备作为服务器，电脑端通过client模式进行访问。

图 4.1 连接模块

图 4.2 网络连接配置

故障分析

表 5.1. 常见故障及解决方法

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